Aminoácidos e Proteínas

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Tema: Am inoácidos, Peptídios e P roteínas
Professora: Evelize Folly das Chagas
Proteínas
- Vinte aminoácidos
- Primeiro Asparagina (aspargo), 1806
-Último Treonina, próximo de 1938
-Glutamato do trigo; Tirosina queijo
Queratina Enzima luciferase –
produz luz pela 
reação da
Luciferina + ATP
Hemoglobina
Aminoácidos
Estrutura
ααααGrupo Amino
Grupo Ácido
Grupo ou Cadeia Lateral
Grupo Amino
Cadeia Lateral – varia em tamanho, estrutura, carga elétrica
influencia a solubilidade do aminoácido em água
Identificação dos Carbonos no Aminoácido
Propriedades Gerais dos Aminoácidos
Carbono αααα – centro quiral – ligado a quatro substituintes diferentes
arranjados em configuração tetraédrica e assimétrica
Estereoisômeros – moléculas que diferem somente no arranjo espacial
• Cadeia lateral (R) – determina as propriedades físico-químicas de cada aa
Propriedades Gerais dos Aminoácidos
Representação da Estereoisomeria dos αααα-aminoácidos
• αααα- aminoácidos – configuração estereoquímica L
Por convenção – forma L – grupo αααα-NH3+ - projetado para a esquerda
forma D – grupo αααα-NH3+ - projetado para a direita
• opticamente ativos – desviam o plano da luz polarizada
Propriedades Gerais dos Aminoácidos
Classificação dos Aminoácidos 
Conforme a Cadeia Lateral R
Conforme a propriedade de interagir com a água em pH fisiológico (pH~7,0):
1. Aminoácidos com Cadeias Laterais Não-Polares e Alifáticas
Alanina
Valina
Leucina
Isoleucina
Estabilização da proteína
Interação Hidrofóbica}
Glicina – não faz contribuição realGlicina – não faz contribuição real
para Interação Hidrofóbica
Prolina – estrutura cíclica
conformação rígida
reduz a flexibilidade
Metionina – grupo tioeter não polar
2. Aminoácidos com Cadeias Laterais Aromáticas
• relativamente não polares
(hidrofóbicas)
• participam em interações
hidrofóbicashidrofóbicas
• grupo OH da tirosina
– pode formar ponte de hidrogênio
– grupo funcional importante em 
algumas enzimas
• Tirosina e Triptofano – mais polares
do que Fenilalanina
3. Aminoácidos com Cadeias Laterais Polares, Não Carregadas
Grupos R – mais solúveis em água ou mais
hidrofílicos do que os não polares
– grupos funcionais que formam
ligações de hidrogênio com a água
Polaridade da:Polaridade da:
Serina e Treonina – grupo hidroxila
Cisteína – grupo sulfidrila
Asparagina e Glutamina – grupo amida
Formação de Cistina
Dois resíduos de Cisteína se oxidam e formam o aminoácido dimérico Cistina
oxidação
Ponte dissulfeto
redução
4. Aminoácidos com Cadeias Laterais Carregadas Positivamente (Básicas)
Lisina – 2o grupo amino na posição εεεε
Arginina – grupo guanidino
Grupo R – carga positiva significante em pH 7,0
Arginina – grupo guanidino
Histidina – grupo imidazol
(pKa ~neutro)
– doador/receptor de protons em
muitas reações enzimáticas
– fração significante carregada 
em pH neutro positivamente
Classificação dos Aminoácidos Conforme a Cadeia Lateral R
5. Aminoácidos com Cadeias Laterais Carregadas Negativamentes (Ácidas)
Aspartato
Grupo R – carga negativa significante em pH 7,0
Aspartato
e
Glutamato
segundo grupo carboxila
cristais de hidroxiapatita, embebidos 
em uma delicada rede de fibras 
proteícas, com destaque para as proteícas, com destaque para as 
amelogeninas 
Aminoácidos Incomuns
Parede 
celular
Colágeno
Miosina
Protrombina
Aminoácidos Incomuns
Elastina, 
4 Lys 
Raro (não é pós-sintético), 
Ser
Ciclo da uréia
Biossíntese Arginina
Aminoácidos em água
Formas iônicas e Zwiteriônicas
• pH neutro – íons dipolares ou “zwitterions”
grupo αααα-amino – protonado (íon amônio – NH3+)
grupo αααα-carboxila – dissociado (íon carboxilato – COO-)
Características Ácido-Base dos Aminoácidos
Anfotéricos
• ácido ou doador de proton:
ou
• base ou receptor de proton:
Características Ácido-Base dos Aminoácidos
Aminoácido é diprótico quando totalmente protonado:
1 proton do grupo amino –NH3+
1 proton do grupo carboxi –COOH 2 protons
pH baixo – forma totalmente protonada (carga total = +1)
pH intermediário – forma neutra (carga total = 0)
pH alto – forma totalmente desprotonada (carga total = –1)
Titulação ácido-base e curvas de titulação 
Curva de Titulação da Glicina
pKa – constante de equilíbrio e
mede a tendência de um
grupo doar o proton
αααα αααα αααα
pI – pH em que o aminoácido se
encontra na forma zwitteriônica
Para Glicina:
αααα αααα αααααααα
Curva de Titulação do Glutamato
pI = ½ (pK1 + pKR) = ½ (2.19 +4.25) = 3.22
Curva de Titulação da Histidina
αααα αααα αααααααα
pI = ½ (pKR + pK2) = ½ (6.0 +9.17) = 7.59
Peptídeos
aminoácidos unem-se covalentemente através de ligações peptídicas
Ligação peptídica – grupo αααα-carboxila de um aminoácido com o
grupo αααα-amino de outro, libera 1 de água, 
reação de condensação
Dipeptídeo – 2 aminoácidos unidos por uma ligação peptídica
Tripeptídeo – 3 aminoácidos unidos por duas ligações peptídicas
.
.
.
= Cadeias de Aminoácidos
Oligopeptídeos
.
.
.
.
.
Polipeptídeos
Proteínas
.
.
.
Massa molecular < 10.000 Da
Massa molecular ≥ 10.000 Da
Ligação Peptídica
Aminoácido 1 Aminoácido 2
αααααααα
αααα αααα
Ligação Peptídica
Dipeptídeo
Pentapeptídeo
Amino-terminal ou
N- Terminal
Resíduo
Serina
Resíduo
Glicina
Resíduo
Tirosina
Resíduo
Alanina
Resíduo
Isoleucina
Carboxi-terminal ou
C- Terminal
Serilgliciltirosilalanilisoleucina
Comportamento Ácido-Base do Peptídeo
• 1 grupo αααα-amino livre
• algumas cadeias laterais ionizáveis
• 1 grupo αααα-carboxila livre
• Predição do comportamento ácido-base depende:
- do grupo αααα -amino livre- do grupo αααα -amino livre
- do grupo αααα -carboxila livre
- do tipo e quantidade de cadeias laterais ionizáveis
• Peptídeo tem também o pI como os aminoácidos
• Valor de pKa de R ionizável pode mudar quando presente no peptídeo:
- perda de carga dos grupos αααα -amino e αααα –carboxila
- micro-ambiente onde a cadeia lateral se encontra
Peptídeos Biologicamente Ativos
Número de resíduos – de 2 a milhares
Ocicitocina – 9 resíduos
Glucagon – 29 resíduos
Insulina – 2 cadeias polipeptídicas – 30 resíduosInsulina – 2 cadeias polipeptídicas – 30 resíduos
21 resíduos
PROTEÍNAS
���� Transporte e Armazenamento
Proteínas transportadoras se ligam e carregam moléculas ou íons de um 
órgão para outro:
As proteínas tem funções biológicas
Hemoglobina
Mioglobina 
Lipoproteínas
���� Proteção Imunitária
Proteínas de defesa – os anticorpos são proteínas altamente específicas que 
reconhecem e se combinam com substâncias estranhas (vírus, bactérias, etc)
As proteínas tem papel vital na distinção do próprio e não próprio
Anticorpos
���� Controle do crescimento e da diferenciação
Proteínas regulatórias – regulam as atividades celulares ou fisiológicas
-Hormônios (insulina, glucagon, hormônio estimulante da tireóide…)
Hormônios insulina e glucagon
���� Sustentação mecânica
Proteínas estruturais – dão força ou proteção às estruturas biológicas
queratina – forte e insolúvel (cabelo e unhas)
colágeno – alta força de tensão (componente de tendões e cartilagens)
Queratina
Colágeno
�Movimento coordenado
-As proteínas são os principais componentes do músculo, a contração 
muscular ocorre através do movimento deslizante de dois filamentosproteicos
-A propulsão de espermatozóides pelos flagelos é produzida por um 
conjunto contrátil constituído de proteínas 
Actina e Miosina
Contração muscular
���� Catálise enzimática
Enzimas – quase todas as enzimas são proteínas
As enzimas tem alto poder catalítico (aumentam a velocidade da reação)
As proteínas são essenciais nas transformações químicas em sistemas biológicos
Enzimas Hepáticas
Metabolismo de xenobióticos
Níveis Hierárquicos de Organização
Kai LinderstrØm-Lang cunhou os termos: 
estrutura primária, secundária, terciária e 
quaternária
Proteínas são polímeros lineares formados 
por unidades chamadas de aminoácidos
quaternária
Níveis de Estrutura da Proteína
Estrutura Primária 
– todas as ligações covalentes entre os resíduos de aminoácidos na cadeia
– mais importante – sequência de resíduos de aminoácidos
Estrutura Secundária 
– refere-se aos padrões de enovelamentos regulares do esqueleto
do polipeptídeo
Estrutura Terciária 
– descreve todos os aspectos do enovelamento tridimensional do peptídeo
Estrutura Quaternária 
– arranjo no espaço de uma proteína com 2 ou mais subunidades polipeptídicas
Estrutura Primária
• 1953 Frederick Sanger determinou a estrutura primária 
da insulina. Esse estudo mostrou que as proteínas tem 
uma sequência de aminoácidos definida.
• Estudos mostraram que a sequência de aa de uma 
proteína é geneticamente determinada.
Anemia Falciforme
• Mutação na cadeia ββββ do resíduo Glutamato da posição 6 para Valina (E6V)
Anemia Falciforme
• concentrações O2 abaixo de níveis críticos – polimerização das subunidades em
arranjos lineares de fibras e distorção na forma da hemácia - foice
Eritrócitos Normais
Eritrócitos em forma de foice
Estrutura Primária
• 1953 Frederick Sanger determinou a estrutura primária 
da insulina. Esse estudo mostrou que as proteínas tem 
uma sequência de aminoácidos definida.
• Estudos mostraram que a sequência de aa de uma 
proteína é geneticamente determinada.
Aminoácido 1 Aminoácido 2
αα
Estrutura Primária
Ligação Peptídica
Ligação Peptídica
Dipeptídeo
α α
A ligação peptídica é rígida
Estrutura Primária
Ligações N–Cα : α : α : α : angulo ∅
Ligações Cαααα–C : angulo ψ
Ligação peptídica C–N – rígida
têm movimento rotacional
Impedimento estérico
ψ
∅
As cisteínas podem formar pontes de dissulfeto
A formação de pontes de S aproxima regiões distantes da 
proteína
Proteínas podem conter átomos de metais intrinsecos
(grupos prostéticos)
alcool desidrogenase
Hemoglobina
Hemoglobina transição do estado T para R após 
ligação do Oxigênio
Estrutura Secundária
3 TIPOS:
1) αααα hélice 
2) β β β β pregueada
3) Dobra ββββ
Estrutura secundária
• A αααα hélice foi prevista em 1951 por Linus Pauling e • A αααα hélice foi prevista em 1951 por Linus Pauling e 
Corey . A primeira hélice só foi vista 6 anos mais tarde 
quando se determinou a estrutura da mioglobina. 
Ponte de Hidrogênio
São relativamente fracas (1-3 kcal/mol). O átomo 
de H é parcialmente compartilhado por dois 
átomos relativamente eletronegativos, como o O 
e o N.
N — H ......... N
δδδδ- δδδδ+ δδδδ-
N — H ......... O
D
O
A
C
N — H ......... O
O — H ........ N
O — H ......... O
O
A
D
O
R
C
E
P
T
O
R
α-Hélices
• Esqueleto polipeptídico gira ao redor de um eixo
longitudinal imaginário
5,4 Å
3,6 resíduos
• Unidade de repetição – uma volta de hélice
com 5,4 Å de extensão
• Cada volta contém 3,6 resíduos de aminoácidos
O grupamento R fica voltado para fora da hélice
• A volta da hélice é orientada pela mão direita
α-Hélices
Estabilização da estrutura
– todas as ligações peptídicas participam
…
– ponte de hidrogênio entre ligações peptídicas do
1o CO HN e do 4o resíduo
1
2
– todas as ligações peptídicas participam
deste tipo de ponte
– cada volta sucessiva da hélice é segura por
4 pontes de Hidrogênio de voltas adjacentes
3
4
Resíduos preferencialmente achados em αααα-hélices
• As cadeias laterais dos resíduos de aa se projetam para fora da αααα-hélice
• A prolina não participa de hélices, já que possui o último átomo da cadeia 
lateral ligado ao N da cadeia principal
Bom formadores de hélices 
alanina ácido glutâmico leucina metionina
Maus formadores de hélices
glicina prolina serina tirosina 
Sequência de aminoácidos de 3 hélices
CITRATO SINTASE 
Leu - Ser - Phe - Ala - Ala - Ala - Met - Asn - Gly - Leu - Ala
ALCOOL DESIDROGENASE
Ile - Asn - Glu - Gly - Phe - Asp - Leu - Leu - Arg - Ser - GlyIle - Asn - Glu - Gly - Phe - Asp - Leu - Leu - Arg - Ser - Gly
TROPONINA C
Lis - Glu - Asp - Ala - Lis - Gli - Lis - Ser - Glu - Glu - Glu
Resíduos carregados resíduos polares resíduos hidrofóbicos
α-Hélices
Estabilização da estrutura
ΒΒΒΒeta Pregueada 
• as folhas ββββ combinam regiões distantes da proteína
• as pontes de H se formam entre os COO- de uma cadeia e o NH de 
outra
• podem ser paralelas ou antiparalelas
Bom formadores de fita ββββ: : : : valina, isoleucina, fenilalanina, tirosina, 
triptofano, treonina
Maus formadores de fita ββββ: : : : prolina, ácido glutâmico, ácido 
aspártico, cisteína, glutamina, lisina, etc 
Conformações β
• Conformação mais estendida das cadeias polipeptídicas
Fita β pregueada
• Esqueleto da cadeia polipeptídica é estendida de forma zigzag
N
C
N
C
C
N
N
C
N
7.0 Å
C
C
N
N
N
C
6.5 Å
Folhas ββββAntiparalelas
Folhas beta paralelas
Dobras ββββ ou Voltas
• conectam as αααα- hélices e as folhas ββββ
• em geral, estão na superfícies das proteínas
• loops que conectam fitas ββββ adjacentes são 
ditos hairpin loops
• em geral, são flexíveis
Bom formadores de voltas: glicina, serina, aspártico, 
prolina, asparagina
50
Distribuição dos aminoácidos nas diferentes 
estruturas secundárias
Mioglobina e triose fosfato isomerase
Exemplos de estruturas secundárias
Motifs ou motivos: Estrutura Suprasecundária
Existem certas combinações de elementos de estrutura 
secundária que se repetem com grande freqüência nas proteínas. 
Essas combinacões são ditas de motivos estruturais ou 
estruturas suprasecundárias.
Exemplos
• hélice-volta-hélice e a ligação de cálcio, Kretsinger, 1973, parvalbumina; 
Herzberg and James, 1985, troponina CHerzberg and James, 1985, troponina C
• unidade ββββ-ββββ, sem função associada, inibidor de tripsina bovina, Robert 
Huber; erabutoxina (veneno de cobra), Barbara Low
• chave grega: 4 fitas ββββ antiparaelas; sem função associada, nuclease
• ββββ−−−−αααα−−−−ββββ: está presente em quase todas as proteínas que possuem folhas β β β β 
paralelas, como por exemplo, triose fosfato isomerase
A) folha beta com 4 fitas B) folha beta com 5 fitas 
C) Barril com 8 fitas
Beta-alfa beta motif
ESTRUTURA TERCIARIA
Estrutura Terciária
• é o arranjo tridimensional total de todos os átomos na proteína
• resíduos de aminoácidos que estão distantes na sequência primária 
em estruturas 2árias distintas podem se interagir na estrutura totalmente
enovelada de uma proteína
10 20 30
ACYCRIPACI AGERRYGTCI YQGRLWAFCC
1 2 3 4 56
α-Defensina Humana
Estrutura Terciária
Domínios: unidades da proteína que podem se enovelar 
independentemente formando uma estrutura estável
αααα- domain; ββββ-domains and α α α α −−−− ββββ domains - Chotia and Levitt.
Os três tipos de ligações não-covalentes que 
colaboram para o enovelamento das protéinas.
Enzima Tioredoxina
10 20 30 40 50 60
MVKQIESKTA FQEALDAAGD KLVVVDFSAT WCGPCKMIKPFFHSLSEKYS NVIFLEVDVD 
70 80 90 100
DCQDVASECE VKCMPTFQFF KKGQKVGEFS GANKEKLEAT INELV
Função – mantém o equilíbrio redox do interior das células
Estrutura Terciária
N
C
Estrutura QuaternáriaEstrutura Quaternária
Estrutura Quaternária
• Alguma proteínas possuem mais de uma subunidade. Neste caso, 
são chamadas de oligômeros. Ex: hemoglobina, alcool 
desidrogenase, lactato desidrogenase, etc. 
• Os capsídios virais também são formados pela conjunto de 
diversas proteínas
60
Estrutura Quaternária
• arranjo tridimensional das sub-unidades de uma proteína multiméricas
Hemoglobina
COMO AS PROTEÍNAS CHEGAM ATÉ A SUA 
ESTRUTURA FUNCIONAL?ESTRUTURA FUNCIONAL?
Rota hipotética de dobramento de uma proteína
Gro EL - Paul Sigler and Arthur Horwich,1994
• 14 subunidades que formam 2 anéis com uma cavidade central
• cada subunidade tem 3 domínios: equatorial, intermediário e 
apical
• contem 7 sítios de ligação a ATP
• Gro ES se liga formando um tampa
Estrutura e função da família hsp60 
de chaperonas moleculares
Experimento de Christhian Anfinsen
década de 50
Ribonuclease: 124 aa com 4 pontes de S
DESNATURADA
Classificação das proteínas a partir de 
níveis estruturais funcionais (3º e 4º )
-Fibrosa-Fibrosa
-Globular
Classificação das proteínas 
Elementos repetitivos simples de estrutura 2aria (α-hélice e 
conformação-β)
Insolúveis em H2O
↑ [aminoácidos hidrofóbicos]
FIBROSAS: 
GLOBULARES: 
Estrutura 3aria complicada (compactas)
Cadeias polipeptídicas enoveladas em forma esférica ou 
globular 
PROTEÍNAS FIBROSAS
Constituem cabelos, unhas, parte externa da pele
2 α-hélice formam espiral super-retorcido (mantido por 
interações hidrofóbicas)
Estrutura 4aria estabilizada por ligações dissulfeto
Confere resistência a estrutura
PROTEÍNA FIBROSA: α-QUERATINA
PROTEÍNA FIBROSA: COLÁGENO
Resistência mecânica
Presente no tecido conjuntivo (tendões, cartilagens, ossos, córnea)
3 polipeptídios superenovelados
Fibroína 
PROTEÍNAS GLOBULARESPROTEÍNAS GLOBULARES
Enzimas 
Hexocinase
Proteínas transportadoras
a. Mioglobina b. Hemoglobina
• uma cadeia polipeptídica de 153 aa
(16,7 kDa)
• localização – tecido muscular
• um grupo heme
• função – reserva e transporte de oxigênio
• localização – hemácias
• um grupo heme por cadeia
• função – transporte de oxigênio, CO2 e H
+
• 2 cadeias α (141 aa)
2 cadeias β (146 aa) A2b2 (64,5 kDa)