Aula2 Lehn03 AminoácidosPeptídeosProteínas

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Aminoácidos, Peptídeos e Proteínas Curso de Enfermagem (2º Período)
Santarém
2016
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INTRODUÇÃO
Proteínas: moléculas orgânicas mais abundantes e com maior diversidade de funções nos sistemas vivos. Praticamente todos os processos vivos dependem.
É a principal forma pela qual a informação genética se expressa!
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Diversidade de funções
ENZIMAS E HORMÔNIOS:
Catalisam e regulam as reações que ocorrem no organismo.
MÚSCULOS E TENDÕES:
Proporcionam ao corpo os elementos do movimento.
PELE E CABELO:
Oferecem revestimento externo.
HEMOGLOBINA:
Transporte de oxigênio.
ANTICORPOS:
Meios de proteção contra doenças.
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Funções das proteínas
Vagalume
Enzima luciferase quebra a proteína luciferina na presença de ATP
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 Conceito: “primeiro” ou “o mais importante”
 Classificação:
Constituição: simples – ribonuclease
		conjugadas – grupos prostéticos; lipoproteínas, glicoproteínas e metaloproteínas
b) Forma: fibrosas – queratina e colágeno
			globulares – enzimas
c) Funções Biológicas:
-Enzimas: amilase, lipase, sacarase, glicosiltransferase
Funções das proteínas
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Proteínas nutrientes e de reserva: caseína do leite e ovoalbumina na clara de ovo
Proteínas transportadoras: hemoglobina, lipoproteínas
Proteínas contráteis: actina, miosina, tubulina
Proteínas estruturais e de proteção: colágeno, elastina e queratina
Proteínas reguladoras (hormônios): insulina e glucagon
Proteínas de defesa: Imunoglobulinas, fibrinogênio e trombina
Funções das proteínas
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Características químicas dos aminoácidos
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Aminoácidos
Aminoácidos são compostos quaternários de carbono (C), hidrogénio (H), oxigénio (O) e nitrogénio (N) 
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Aminoácidos
naturais – produzidos no organismo animal
essenciais – não produzidos no organismo animal  devem ser ingeridos na alimentação (varia de acordo com a espécie)
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Estrutura dos Aminoácidos
300 diferentes aminoácidos natureza (apenas 20 constituintes de proteínas em mamíferos. (Nota: Esses são os únicos aminoácidos codificados pelo DNA, o material genético da célula;
Cada aminoácido (exceto a prolina) apresenta um grupo carboxila, um grupo amino e uma cadeia lateral distinta ("grupo R") ligados ao átomo de carbono a.
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Estrutura geral dos amionoácidos de ocorrência biológica
Grupamento amino
Grupamento carboxilato 
(ácido carboxílico)
Hidrogênio
Grupamento “R”,
 ou cadeia lateral
Essa parte é que define as propriedades cada aminoácido de acordo com suas características de estrutura, tamanho, caga elétrica , solubilidade
Exceção: 
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Estrutura geral dos a-aminoácidos comuns encontrados em proteínas
Uma exceção é a prolina, um iminoácido. A cadeia lateral fecha um anel com o grupo a amino.
a
Cadeias laterais definem a natureza química e as estruturas dos diferentes aminoácidos 
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Lisina
Estrutura geral dos a-aminoácidos comuns encontrados em proteínas
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Estrutura dos Aminoácidos
Em pH fisiológico (pH =7,4), o grupo carboxila encontra-se dissociado, formando o íon carboxilato, carregado negativamente (-COO-), e o grupo amino encontra-se protonado (- NH3+). Nas proteínas, quase todos esses grupos carboxila e amino estão combinados, formando as ligações peptídicas, e, em geral, não estão disponíveis para reações químicas, exceto pela possibilidade de formação de pontes de hidrogênio.
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Aminoácidos 
aa padrão, primários, normais ou comuns: fazem parte das proteínas.
aa de proteínas oticamente ativos são L-estereoisômeros, exceto a glicina
Classificação segundo a polaridade dos seus grupos R
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Os aminoácidos
Os aminoácidos presentes nas proteínas são isômeros L
A biologia é canhota
Glicina não tem isomeria óptica
Carbono alfa
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Os aminoácidos possuem (pelo menos) um carbono quiral
Estéreo isômeros
Ópticamente ativos,
 isto é mudam o plano de polarização da luz polarizada
(enantiomeros)
Os aminoácidos utilizados nas proteínas são L-estereoisômeros
Exceção:
Centro 
quiral
A
B
C
D
A
B
C
D
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Composição das proteínas
As proteínas são formadas por aminoácidos
Existem 20 tipos de aminoácidos diferentes
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Grupos R alifáticos, apolares
Glicina
Alanina
Valina
Leucina
Metionina
Isoleucina
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Grupos R aromáticos
Fenilalanina
Tirosina
Triptofano
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Grupos R polares mas desprovidos de carga
Serina
Treonina
Cisteína
Prolina
Asparagina
Glutamina
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Grupos R carregados positivamente (Cadeias laterais básicas)
Lisina
Arginina
Histidina
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Grupos R carregados negativamente (cadeias laterais ácidas)
Aspartato
Glutamato
http://www.johnkyrk.com/aminoacid.html
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Cisteína
Cisteína
Cistina
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4-hidroxiprolina (colágeno)
5-hidroxilisina (colágeno)
6-N-metilisina (miosina)
-carboxiglutamato (protrombina)
Desmosina (elastina)
selenocisteína
Aminoácidos Especiais
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Ornitina
Citrulina
Aminoácidos Especiais
Encontrados no ciclo da uréia
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Grupo R apolar e alifáticos
Aminoácidos apolares e hidrofóbicos
Ligações de Van der Waals
Ala, Val, Leu, Iso
Interações hidrofóbicas
Gly; menor aminoácido
Met
Possui átomo de enxofre
Pro
Iminoácido, menor flexibilidade estrutural
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Apolares alifáticos
Alanina , valina, leucina e isoleucina tendem a se agrupar no interior das proteínas, estabilizando sua esrutura por meio de interações hidrofóbicas.
Metionina possui um grupamento tioéter apolar (contendo enxofre) na sua cadeia lateral.
Prolina: tem uma cadeia alifática ciclica na sua cadeia lateral. Sua amina secundária (imino) confere rigidez à região do polipeptídeo onde está presente. 
Glicina: É o que tem a estrutura mais simples. Embora esteja classificada como apolar, sua cadeia lateral é muito pequena para contribuir com as interações hidrofóbicas
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Grupo R aromáticos
Aminoácidos hidrofóbicos
Tirosina pode formar pontes de hidrogênio com a água
Modificações pós- traducionais
Fosforilação do OH da tirosina
Fenilalanina
Mais apolar
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Grupos R polares, não carregados
Solubilidade intermediária em água
Serina e treonina
Grupos hidroxil
Asparagina e glutamina
Grupo amida
Cisteína
Grupo sulfidril
Ligações dissulfeto
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Grupos R carregados
Aminoácidos básicos
Carga positiva
Lisina, segundo grupo amino
Arginina, grupo guanidina
Histidina, grupo aromático imidazol
Aminoácidos ácidos
Carga negativa
Possuem segundo grupo ácido carboxílico
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Aminoácidos incomuns
Modificações pós-traducionais
4-hidroxiprolina
5-hidroxilisina
6-N-metil-lisina
Gama-carboxiglutamato
Fosforilação de resíduos
Selenocisteína
Selênio ao invés de enxofre na Cys
É adicionado durante a tradução por mecanismo específico e regulado
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pH e pKa
Constantes de dissociação dependem do pH do meio e são diferentes para diferentes moléculas
Ionização
< pH; > [H]+ estado não-ionizado
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Aminoácidos são ionizáveis
Substâncias anfóteras: possuem natureza dual
Podem funcionar assim como ácidos ou bases
Doam ou recebem prótons
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Titulação de um aminoácidos
pKa: tendência de um grupo fornecer um próton ao meio
Aminoácidos podem perder até 2 prótons para o meio
Conclusão: a função das proteínas depende do pH ao qual estão submetidas
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Curvas de titulação predizem a carga elétrica dos aminoácidos
Alguns aminoácidos podem ter átomos ionizáveis também em sua cadeia lateral
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Peptídeos e proteínas
Prof. Dr. Francisco Prosdocimi
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Polímeros de Aminoácidos
Peptídeos (até 10.000 Da) 
	e proteínas (> 10.000 Da).
Ligação peptídica:
Amino-terminal
C-terminal
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Bioquímica Celular
Proteínas
São macromoléculas orgânicas de alto peso molecular constituídas por unidades ou monômeros denominados aminoácidos.
Os aminoácidos estão ligados entre si por ligações peptídicas.	
Aminoácido
Ligação
Peptídica
Polipeptídeo
Dipeptídeo
Tripeptídeo
Tetrapeptídeo
Proteínas são moléculas formadas por um ou mais polipeptídios contendo, geralmente mais de 100 aminoácidos.
Toda proteína é um polipeptídio,
mas nem todo polipeptídio é proteína.
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2 aminoácidos livres
Interação para formação da ligação peptídica
Formação da ligação peptídica com liberação de H2O
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Ligação peptídica
2 aa ........................................ Dipeptídeo
3 aa......................................... Tripeptídeo
4 aa ........................................ Tetrapeptídeo
+ 10 aa ................................... Polipeptídeo
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Polipeptídeo
>Insulina [Homo sapiens] MALWMRLLPLLALLALWGPDPAAAFVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTPKTRREAEDLQVGQVELGGGPGAGSLQPLALEGSLQKRGIVEQCCTSICSLYQLENYCN 
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Peptídeos tbm são ionizáveis
Ou seja, possuem curva de titulação característica
Funcionam em faixas de pH ótimas
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Número de resíduos por proteína
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Uso de aminoácidos
Varia bastante entre as proteínas
Não permite predizer com precisão o comportamento molecular da molécula
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Proteínas com outros grupos químicos
Adicionados pós-traducionalmente
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Trabalhando com proteínas
Prof. Dr. Francisco Prosdocimi
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Proteínas podem ser separadas e purificadas
Sabendo que a célula possui milhares de proteínas, como purificar uma única delas?
Basta selecionar por propriedade
Tamanho, carga e propriedades de ligação
Obter o extrato bruto
“correr” em cromatografia de coluna
Fase estável (matriz)
Fase móvel (solução com tampão)
Coluna maior permite maior resolução na separação
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Cromatografia por troca iônica
Polímero carregado negativamente
Proteínas positivas ligam ao polímero e demoram mais a ser eluídas da coluna
Afinidade da proteína é definido também pelo pH
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Cromatografia por exclusão de tamanho
Grânulos porosos na matriz seguram as moléculas menores
Moléculas grandes não entram nos poros e são eluídas primeiro
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Cromatografia de afinidade
Adiciona-se à matriz da coluna algum tipo de molécula ligante da molécula de interesse
Molécula ligadora de ATP; adiciona-se ATP à matriz
Elui-se com solução de ATP
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Eletroforese -- Histórico
1952, Markham and Smith
Ao estudarem hidrólise de RNA percebem que moléculas de diferentes estruturas têm sua mobilidade diferenciada quando aplicadas num papel e submetidas a um campo elétrico
1955, Smithies
Géis de amido funcionam bem para separar proteínas do soro humano
1967, Loening 
Géis de acrilamida com maior resolução e permitem separar ainda moléculas grandes de DNA
1980, Schwartz and Cantor 
Eletroforese em campo pulsado separa fragmentos enormes
É hoje impossível imaginar um laboratório de biomol sem eletroforese acontecendo a todo instante...
Vou ali correr um gelzinho e já volto
Tenho que ir senão vou perder meu gel
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Eletroforese
Movimento de partículas dispersas num fluído sob influência de um campo elétrico uniforme
DNA, carga negativa
Tem tendência a se dirigir ao polo positivo quando sujeito a um campo elétrico
Serve para separar moléculas por tamanho/carga elétrica 
Proteína deve ser desnaturada com detergente (SDS)
Técnica utilizada à exaustão em trabalhos de biologia molecular
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Eletroforese, etapas
Preparação do gel
Aplicação das amostras
Eletroforese
Coloração
 Análise dos resultados
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Preparação do gel
Horizontal X Vertical
Agarose X Poliacrilamida
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Aplicação das amostras
Definição do mapa das amostras por canaleta
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Corrida do gel
Aplicação do campo elétrico
Fonte elétrica gera fluxo de íons através da solução tampão
Terminais positivo e negativo
Tempo adequado, senão o DNA sai do gel
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Coloração das moléculas
Prata
Gel SDS-PAGE
PoliAcrilamide Gel Electrophoresis
Melhor resolução
Coomassie blue, etc
Brometo de etídio
Agente intercalante do DNA
Cancerígeno!
Composto fluorescente à luz UV
Gel de agarose
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Eletroforese de um resultado de cromatografia
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O marcador de peso molecular
Comprado de uma empresa
Possui proteínas de peso molecular bem conhecido
Permite saber o peso molecular da(s) proteína(s) presente(s) numa amostra
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Geis bidimensionais
Corre-se o gel normalmente em uma dimensão... E depois vira-se-o e corre-se em outra dimensão
Cada ponto representa aproximadamente uma proteína original presente na amostra
Maiores géis dão maiores resolução
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Proteínas não separadas podem ser quantificadas
Deve-se saber qual o substrato que a enzima usa
Deve-se poder medir o produto da ação enzimática
Uma unidade de enzima digere 1μmol de substrato por minuto a 25ºC
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Estrutura primária das proteínas
Prof. Dr. Francisco Prosdocimi
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Níveis estruturais das proteínas
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As estruturas primárias das proteínas são conhecidas
Para todos os genomas sequenciados, conhece-se a estrutura primária de todas as proteínas para este organismo
As pontes dissulfeto podem se formar entre diferentes cadeias protéicas
E principalmente dentro da mesma
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Sequenciamento de peptídeos
Degradação de Edman
Marca e remove apenas o resíduo N-terminal
Método ineficiente, permite sequenciamento de pequenas porções das moléculas
Sequenciamento do RNAm é muito mais simples e preciso; permite sequenciar proteínas enormes – como a titina
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Produção de peptídeos
Purificação a partir de tecidos
Engenharia genética
Síntese química direta
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Alinhamento de sequências
Os organismos possuem, em grande medida, as mesmas proteínas (ortólogas)
Derivam do ancestral comum entre os organismos
O alinhamento permite que identifiquemos as porções mais importantes (conservadas) da proteína
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Evolução molecular
Quanto mais similares as sequências das proteínas dos organismos, mais próximos eles são evolutivamente
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Árvore molecular da vida
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Conclusões
Diferentes características químicas das cadeias laterais dos aminoácidos definem características de peptídeos e proteínas
Os resíduos de aminoácidos são ligados às centenas ou milhares para formar peptídeos e proteínas
As proteínas podem ser modificadas pós-traducionalmente
As proteínas podem ser separadas por carga, tamanho e afinidade e assim estudadas isoladamente – cromatografia e eletroforese
As proteínas podem ser sequenciadas e sua estrutura primária (seq. de aminoácidos é conhecida)
As sequências das proteínas são excelentes marcadores da evolução da vida na terra
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Nonpolar, Aliphatic R Groups The R groups in this class of
amino acids are nonpolar and hydrophobic. The side
chains of alanine, valine, leucine, and isoleucine
tend to cluster together within proteins, stabilizing protein
structure by means of hydrophobic interactions.
Glycine has the simplest structure. Although it is formally
nonpolar, its very small side chain makes no real
contribution to hydrophobic interactions. Methionine,
one of the two sulfur-containing amino acids, has a nonpolar
thioether group in its side chain. Proline has an
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