03 - Aminoácidos Peptídeos Proteínas

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Aminoácidos, peptídeos e proteínas
Profa. Dra. Marcia Mourão Ramos Azevedo
AMINOÁCIDOS
São unidades estruturais básicas dos peptídeos e das proteínas. 
Todos os 20 aminoácidos comuns encontrados em proteínas são α-aminoácidos. Possuem um grupo carboxil e um grupo amino ligados ao mesmo átomo de carbono (o carbono α) 
Carbono α
AMINOÁCIDOS
Exceção prolina (um aminoácido cíclico)
Os aminoácidos diferem entre si na estrutura da cadeia lateral (grupo R), a qual varia em estrutura, tamanho e carga elétrica  influencia a solubilidade dos aminoácidos em água.
Estrutura geral de um aminoácido
AMINOÁCIDOS
Todos os aminoácidos comuns, exceto a glicina, possuem o carbono α ligado a quatro grupos diferentes: 
Um grupo carboxil, 
Um grupo amino
Um átomo de hidrogênio
Um grupo R
Um átomo de carbono ligado a quatro grupos diferentes é considerado assimétrico e chamado de centro quiral. 
Aminoácidos possuem 2 possíveis estereoisômeros (moléculas com as mesmas ligações químicas, mas com ≠ configurações), D ou L
Os aminoácidos presentes nas proteínas são estereoisômeros L
Glicina não tem isomeria
óptica
AMINOÁCIDOS
Constituição de proteínas
Estrutura da célula
Hormônios
Receptores de proteínas e hormônios
Transporte de metabólitos e íons
Atividade enzimática
Imunidade
Gliconeogênese no jejum e diabetes
FUNÇÕES BIOLÓGICAS DOS AAs
Os aminoácidos podem ser classificados segundo dois princípios:
Classificação com base nas propriedades do grupo R, em particular, suas polaridade ou tendência em interagir com a água em pH biológico (próximo a 7).
Classificação segundo a essencialidade.
CLASSIFICAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS
Classificação pelo grupo R
Grupo R apolares e alifáticos
Interações hidrofóbicas
Gly  Estrutura mais simples
Met  Possui átomo de enxofre - tioéter 
Pro  Iminoácido, menor flexibilidade estrutural
Aminoácidos apolares e hidrofóbicos (insolúveis em água)
Ala, Val, Leu, Iso  tendem a se aglomerar entre si nas proteínas
Grupo R aromáticos
São relativamente apolares hidrofóbicos
Tirosina pode formar ligações de hidrogênio
Fenilalanina
Mais apolar
Grupos R polares, não carregados
Solubilidade intermediária em água
Possuem grupos funcionais capaz de formar ligações de hidrogênio com a água
Serina e treonina
Grupos hidroxil
Asparagina e glutamina
Grupo amida
Cisteína
Grupo sulfidril
Ligações dissulfeto
Grupos R polares, não carregados
Asparagina e glutamina
Por hidrólise ácida ou básica geram aspartato e glutamato, respectivamente
Cisteína
É oxidada a cistina
Grupos R carregados Positivamente (básicos) 
Aminoácidos hidrofílicos
Carga positiva
Lisina, segundo grupo amino
Arginina, grupo guanidina
Histidina, grupo aromático 
imidazol ( pode estar carregada positivamente como não carregada em pH 7,0
- Resíduos de His facilita diversas reações catalisadas por enzimas ao servirem como aceptores/doadores de prótons
Grupos R carregados negativamente (ácidos)
Aminoácidos ácidos
Carga negativa
Possuem segundo grupo ácido carboxílico
A Citocromo C oxidase é uma
proteína integral da membrana interna de mitocôndrias
A Lipase gástrica é uma proteína solúvel em meio aquoso.
Proteínas são moléculas tridimensionais.
A forma da molécula é determinante de sua função. 
A Citocromo C oxidase é uma proteína de membrana.
Proteínas de membrana possuem uma região de aminoácidos hidrofóbicos apolares, cujas cadeias laterais interagem com a porção lipídica de membrana celulares. Outras regiões dessas proteínas ricas em aminoácidos hidrofílicos polares projetam-se para os meios aquosos extra- ou intracelular, e podem formar “canais” hidrofílicos que atravessam a membrana, interconectando os meios separados por ela.
Corte transversal da membrana interna da mitocôndria
Aminoácidos apolares
Aminoácidos
polares
Classificação segundo a essencialidade
Aminoácidos essenciais
Aminoácidos não essenciais
- Não podem ser sintetizados pelos animais ou os são, porém, em quantidades inferiores às necessidades do organismo 
 Valina 
 Leucina
 Isoleucina 
 Metionina
 Fenilalanina 
 Triptofano
 Treonina 
 Lisina
 Arginina 
 Histidina
Classificação segundo a essencialidade
Aminoácidos não essenciais
- Podem ser sintetizados pelos tecidos em quantidades que satisfazem as exigências do metabolismo, a partir de fontes de carbono e grupos amino 
 Glicina 
 Alanina
 Prolina 
 Tirosina
 Serina 
 Cisteína
 Asparagina 
 Glutamina
 Aspartato 
 Glutamato
 aa essenciais 
Aminoácidos incomuns
Modificações pós-traducionais
São encontrados no colágeno, uma proteína fibrosa do tecidos conectivos
Encontrada em proteínas de parede celular de plantas
Constituinte da miosina  proteina do músculo
Encontrado na protrombina e proteínas que ligam Ca2+
Aminoácidos incomuns
Modificações pós-traducionais
- Selênio é adicio-nado durante a síntese proteica
 - Derivada da serina
- Derivado de 4 resíduos de lisina
- Encontrado na proteína elastina
Aminoácidos incomuns
Alguns resíduos de aminoácidos em uma proteína podem ser modificados para alterar a função da proteína
Aminoácidos incomuns
Alguns resíduos de aminoácidos em uma proteína podem ser modificados para alterar a função da proteína
Aminoácidos incomuns
Intermediários-chave na biossíntese de arginina e no ciclo da ureia
Aminoácidos podem atuar como ácidos e bases
Grupo amino, carboxil e os grupos R ionizáveis de alguns aminoácidos  funcionam como bases e ácidos fracos
Doam (ácidos) ou recebem (base) prótons
Zwitterion  aa sem um grupo R ionizável é dissolvido em água a pH neutro ele passa a existir como um íon dipolar
Substâncias anfóteras  possui natureza dual (ácido-base)
Forma não iônica não ocorre em quantidades significativas em soluções aquosas
Aminoácidos podem atuar como ácidos e bases
Um α-aminoácido simples (monocarboxílico e monoamínico), quando totalmente protonado, é um ácido diprótico, possuindo dois grupos, (COOH e NH3+), que podem fornecer prótons
Carga 
Llquida:
+ 1
0
-1
Ponto isoelétrico (pI)
Titulação de um aminoácidos
 Titulação ácido-base envolve a adição ou a remoção gradual de prótons. 
 Os 2 grupos ionizáveis da glicina  o grupo carboxil e o grupo amino são titulados com uma base forte (NaOH)
Em pH muito baixo, a espécie iônica predominante da glicina é a forma completamente protonada
 pKa: tendência de um grupo fornecer um próton.
 pKa fornecimento de prótons
Conclusão: a função das proteínas depende do pH ao qual estão submetidas
Estágio I
Desprotonação do grupo –COOH. pH = pKa (pK1)
pI = 5,97
Remoção do 1º próton completa e a do 2º iniciada. Neste pH, a glicina apresenta-se como íon dipolar (zwitterion)
Estágio II
Remoção de um próton do grupo –NH3+. pH = pKa = 9,60
A titulação está completa em um pH = 12 
Forma predominante:
Para a glicina que não possui grupo R ionizáveis, o ponto isoelétrico é a média aritmética dos dois valores de pKa
pI = (pK1 + pK2)/2
pI = (2,34 + 9,60)/2 = 5,97
Titulação de um aminoácidos
A glicina possui uma carga negativa líquida em qualquer pH acima de seu pI  eletrodo positivo (ânodo)
Em pH abaixo de seu pI a glicina possui uma carga líquida positiva  eletrodo negativo (cátodo)
Titulação de um aminoácidos
Curvas de titulação predizem a carga elétrica dos aminoácidos
Alguns aminoácidos podem ter átomos ionizáveis também em sua cadeia lateral
pI = 3,22
pI = 7,59
Peptídeo
ligações peptídicas = grupo α-carboxil de um aminoácido e o grupo α-amino do outro
Peptídios de importância biológica
Fonte: MARZZOCO, A., TORRES, B.B., 2007.
Classificação de Peptídeo
 Os peptídeos são classificados de acordo com o número de unidades de aminoácidos. 
	- Dipeptídeos, tripeptídeos, tetrapeptídeos... 
 Quando alguns poucos aminoácidos são unidos a estrutura resultante é chamada de oligopeptídeo.
Quando muitos aminoácidos são unidos, o produto é chamado de polipeptídeo.
A ligação Peptídica é rígida e planar
A ligação peptídica (C-N) é mais curta que a ligação (C-N) de uma amina simples
Átomos associados à ligação são planares
Compartilhamento parcial de 2 pares de elétrons entre o oxigênio carbonílico e o nitrogênio da amida. 
Formação de um DIPOLO ELÉTRICO.
Os 6 átomos do grupo peptídico estão em um único plano.
 Átomo de O trans ao átomo de H
- As ligações peptídicas C-N não podem girar livremente  caráter parcial de ligação dupla. 
O C de resíduos adjacentes de aminoácidos são separados por 3 ligações covalentes
 Cα—C―N—Cα
A cadeia polipeptídica possui uma série de planos rígidos
ϕ C―N—Cα—C (rotação entre N—Cα)
ψ N—Cα―C—N (rotação entre C―C)
Φ e ψ = ± 1800
ω  Cα—C―N—Cα (C―N, lig peptídica  rotação restrita)
C
C
C
C
C
C
R
R
R
O
O
O
N
N
N
H
H
H
H
H


Os planos rígidos compartilham um ponto comum de rotação no C
ω
A ligação peptídica é rígida e plana. Isto ocorre devido a um caráter parcial de dupla ligação entre o carbono da carbonila e o nitrogênio da amina. Isso impede que ocorra rotação neste eixo. Por outro lado, ocorrem rotações nas ligações entre N-C (rotação ) e entre C-C da carbonila (rotação )
Dados moleculares de algumas proteína
Níveis estruturais das proteínas
A estrutura primária consiste em uma sequência de aminoácidos unidos por ligações peptídicas e inclui algumas ligações dissulfeto.
A estrutura secundária é o arranjo espacial dos átomos da cadeia principal em um determinado segmento da cadeia polipeptídica. Hélices α, folha β e voltas β
A estrutura terciária é o arranjo tridimensional total de todos os átomos de uma proteína. Aminoácidos distantes e em diferentes estruturas secundárias podem interagir.
A estrutura quaternária é o arranjo tridimensional de duas ou mais cadeias polipeptídicas, ou subunidades.
. 
ESTRUTURA PRIMÁRIA
 É o nível estrutural mais simples e mais importante, pois dele deriva todo o arranjo espacial da molécula.
 É a seqüência de aminoácidos na cadeia polipeptídica; mantida por ligações peptídicas . 
 As pontes dissulfeto (S-S) também devem ser assinaladas na estrutura primária de uma proteína. 
Estrutura primária
Consiste em uma sequência de aminoácidos unidos por ligações peptídicas e inclui algumas ligações dissulfeto.
 É o arranjo espacial dos átomos da cadeia principal em um determinado segmento da cadeia polipeptídica
 Ligações de hidrogênio ocorrem entre o hidrogênio do grupo –NH e o oxigênio do grupo C ═ O
Estrutura secundária comum ocorre quando cada ângulo diedro, ϕ e ψ, permanece + ou - igual, ao longo do segmento
ESTRUTURA SECUNDÁRIA
Hélices α; conformações β e volta β 
Hélice α
ESTRUTURA SECUNDÁRIA
 Alanina melhor tendência em forma hélice-α
 Pro e Gly menor propensão em formar hélice α 
ϕ = -570 e ψ = -470
Cada volta da hélice = 3,6 resíduos de aa
ESTRUTURA SECUNDÁRIA
Tendência dos aminoácidos em assumir a conformação de Hélice α
 O esqueleto da cadeia polipeptídica está estendido em forma de zigue-zague, ao invés de uma estrutura helicoidal
ESTRUTURA SECUNDÁRIA
Conformações β
ϕ = -1390 e ψ = +1350
ϕ = -1190 e ψ = +1130
Fazem pontes de H entre os átomos da ligação peptídica
 São elemento conectores que liga estruturas sucessivas de hélices α e conformações β
ESTRUTURA SECUNDÁRIA
Voltas β
Os resíduos Gly e Pro frequentemente ocorrem em voltas β
Conectam as extremidades de dois segmentos adjacentes de uma folha β antiparalela
. 
ESTRUTURA TERCIÁRIA
 É o arranjo tridimensional total de todos os átomos da cadeia poliptídica
 Aminoácidos distantes na sequência polipeptídica e em diferentes tipos de estruturas secundárias podem interagir na estrutura proteica dobrada
 Enovelamento de uma cadeia polipeptídica como um todo
 Ocorrem ligações entre os átomos dos radicais R de todos os aminoácidos da molécula
. 
ESTRUTURA TERCIÁRIA
Subunidade (uma cadeia polipeptídica)
. 
 Associação de duas ou mais cadeias polipeptídicas 
ESTRUTURA QUATERNÁRIA
Proteína 
(Duas subunidades ) 
FORÇAS NÃO COVALENTES
Pontes de H
Aminoácidos polares
Ligações iônicas
 Aminoácidos carregados
Interações hidrofóbicas
Aminoácidos apolares
Forças de Van der Waals
Qualquer aminoácido
Proteína
Proteína
NH
—
CH
2 
—
OH 
... 
O 
—
C 
—
CH
2 
—
CH
2 
—
2
Proteína
Proteína
O
—
CH
Ponte de Hidrogênio
Interações hidrofóbicas 
e Forças de van der Waals 
2
CH
—
CH
3
CH
3 
CH
3
CH
3 
—
CH 
—
CH
2
—
—
CH 
—
CH
3 
H
3
C
—
CH
—
CH
3
CH
3
+
+
—
CH
2
—
CH
2
—
NH
3
O
C 
—
CH
2
—
CH
2
—
Ligação Iônica 
Quais são os tipos de forças que mantém a estrutura tridimensional de uma proteína ? 
Quais são os tipos de forças que mantém a estrutura tridimensional de uma proteína ? 
 O hormônio insulina é composto por duas subunidades, A e B, unidas por duas pontes dissulfeto intercadeia. Além disso, a cadeia B possui uma ponte dissulfeto intracadeia
A
B
Quais são os tipos de forças que mantém a estrutura tridimensional de uma proteína ? 
Além dos laços não covelentes, uma proteína pode ter pontes dissulfeto formada a partir de dois resíduos do aminoácido Cys (cisteína).
Pontes dissulfeto são covalentes e só podem ser rompidas por agentes redutores, como 2-mercapto-etanol. 
Classificação das proteínas
 QUANTO A SUA COMPOSIÇÃO
Proteínas simples: Por hidrólise liberam apenas aminoácidos. Ex. albumina, globulina, actina, miosina.
Proteínas conjugadas: contém componentes químicos associados denominado grupo prostético. 
- lipoproteínas contêm lipídeos (lipoproteína sanguínea)
- glicoproteínas contêm carboidratos (Imunoglobulinas)
- metaloproteína contêm um metal específico (ferro – ferritina)
Classificação das proteínas
QUANTO AO NÚMERO DE CADEIAS POLIPEPTÍDICAS
Proteínas com uma única cadeia polipeptídica 
	- Mioglobina (153 resíduos)
	- Citocromo C (104 “)
	- Titina (humano) (27.000 “)
Proteínas Multissubunidade - Formadas por mais de uma cadeia polipeptídica. Ex. Hexocinase (2). Quando apresenta ao menos duas subunidades idênticas  Oligomérica. Ex. Hemoglobina (4)
E as subunidades idênticas denominadas de
Protômero.
Classificação das proteínas
 QUANTO A SUA FORMA
Proteínas fibrosas - são adaptadas às funções estruturais. Apresentam cadeias polipeptídicas arranjadas em longos filamentos. Em geral são formadas por um único tipo de estrutura secundária (hélices-α ou conformações β). São insolúveis em água. Garantem aos vertebrados suporte, forma e proteção externa. 
- α-queratina (hélices-α ligadas por ligações dissulfeto)
 Fibroínas da seda (conformações β)
 Colágeno (hélice tripla de colágeno)
Classificação das proteínas
 QUANTO A SUA FORMA
Proteínas globulares- apresentam cadeias polipeptídicas dobradas em uma forma esférica ou globular, geralmente contêm diversos tipos de estruturas secundárias na mesma cadeia de polipeptídeo. São geralmente solúveis. 
	Exemplo: enzimas, Hemoglobina, mioglobina, imunoglobulinas
Classificação das proteínas
 Perda de estrutura tridimensional originada pela ruptura de algumas ligações suficiente para causar a perda de função
Causas: pelo calor, pHs extremos, solventes orgânicos miscíveis (álcool ou acetona), certos solutos (ureia e hidrocloreto de guanidina), ou detergentes.
 Na desnaturação ocorre o desdobramento da proteína mantendo-se intacta a sua estrutura primária. 
Desnaturação protéica
 Se retornarem às condições ideais de temperatura, pressão e pH  as moléculas desnaturadas reassumem suas estruturas nativas e suas atividades biológicas
Renaturação protéica
Desnaturação/renaturação de proteinas
1. Quais as principais diferenças entre a hélice α e a conformação β?
2. Descreva os processos de desnaturação e renaturação proteica.
3. A estrutura terciária das proteínas
é mantida por um conjunto de forças. Cite e descreva cada uma delas.
4. Defina proteínas e diga quais são os produtos de hidrólise total de uma proteína. 
5. Escreva a fórmula geral de um aminoácido, citando os componentes dessa fórmula. 
6. Como se chama a ligação entre dois aminoácidos? Como se forma essa ligação?
7. Diferencie e exemplifique proteínas fibrosas e globulares.
Dê a classificação dos aminoácidos com base nas propriedades do grupo R.
Liste algumas funções dos aminoácidos.
 Responda as questões abaixo.
Qual é o aminoácido mais simples presente na natureza?
Qual é o aminoácido que é exceção à formula estrutural geral dos aminoácidos?
marciazevedos@yahoo.com.br