3_Aminoacidos

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3-1Copyright ã 2000 V. T. Motta
AminoácidosAminoácidos
ee
PeptídiosPeptídios
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3-2Copyright ã 2000 V. T. Motta
AminoácidosAminoácidos
�� Aminoácido:Aminoácido: um composto que contém tanto 
um grupo amino como um grupo carboxila
�� aaaa--AminoácidoAminoácido: têm um grupo carboxila e um grupo 
amino ligados ao mesmo átomo de carbono
� Embora os aa -aminoácidos sejam escritos na forma 
não ionizadas, em soluções aquosas neutras eles 
são espécies totalmente ionizadas conhecidas 
como zwitterionzwitterion (íons híbridos)
R- CH- COOH
N H2
R- CH- COO-
N H3
+
Forma
não ionizada
zwitterion
2
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3-3Copyright ã 2000 V. T. Motta
QuiralidadeQuiralidade dos Aminoácidosdos Aminoácidos
� Com exceção da glicina, todos os aminoácidos 
oriundos das proteínas tem um centro quiral (o aa -
carbono)
� a grande maioria dos aa -aminoácidos tem cofiguração L 
no aa -carbono
H NH3
+
CO2
-
CH3
+ H3 N H
CO2
-
CH3
D-Alanina L-Alanina
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3-4Copyright ã 2000 V. T. Motta
20 AA das proteínas20 AA das proteínas
Cadeias laterais não polares (forma predominante em pH 7.0)
H-
CH3 -
CH3 CH2 CH( CH3 ) -
( CH3 ) 2 CH CH2 -
CH3 S CH2 CH2 -
N
H
( CH3 ) 2 CH
glicina (gly, G)
alanina (ala, A)
valina (val, V)
leucina (leu, L)
isoleucina (ile, I)
methionina (met, M)
fenilalanina (phe,F)
triptofano (trp, W)
N
H H
+
prolina (Pro, P)
3
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3-5Copyright ã 2000 V. T. Motta
20 AA das 20 AA das proteúnasproteúnas
Cadeias laterais polares (forma predominante em pH 7.0)
asparagina (asn, N)
glutamina (glu, G)
serina (ser, S)
treonina (thr, T)
H2 NCCH2 -
O
H2 NCCH2 CH2 -
O
HOCH2 -
CH3 CH-
OH
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3-6Copyright ã 2000 V. T. Motta
20 AA das proteínas20 AA das proteínas
Cadeias laterais ácidas (forma predominante em pH 7.0)
ácido aspártico (asp, D)
ácido glutâmico (glu, E)
cisteína (cys, C)
tirosina (tyr, Y)
- O2 CCH2 - HS CH2 -
-O2 CCH2 CH2 - HO CH2 -
4
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3-7Copyright ã 2000 V. T. Motta
20 AA das proteínas20 AA das proteínas
Cadeias laterais básicas (forma predominanta em pH 7.0)
arginina (arg, R) Histidina (his, H)
lisina (lys, K)
H2 NCNHCH2 CH2 CH2 -
NH2
+
H3 NCH2 CH2CH2 CH2 -
N
N
H
CH2 -
+
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3-8Copyright ã 2000 V. T. Motta
20 AA das proteínas20 AA das proteínas
� Características estruturais
1. Todos os 20 são aa -aminoácidos
2. Em 19 dos 20, o grupo aa -amino é primário; na prolina
ele é secundário
3. Com exceção da glicina, o carbono alfa de cada 
aminoácido é um centro quiral
4. Isoleucina e treonina contêm um segundo centro 
quiral
5. O grupo sulfidrílico da cisteína, o grupo imidazol da 
histidina, e o hidroxil fenólico da fenilalanina estão 
parcialmente ionizados em pH 7.0, no entanto, a forma 
iônica não é a principal neste pH
5
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3-9Copyright ã 2000 V. T. Motta
Propriedades ácidoPropriedades ácido--básicasbásicas
pK a dapK a dopK a do
10.079.112.20tirosina
lisina 2.18 8.95 10.53
6.109.181.77histidina
ácido glutâmico 2.10 9.47 4.07
8.0010.252.05cisteína
ácido aspártico 2.10 9.82 3.86
arginina 2.01 9.04 12.48
cadeia 
lateral
Cadeias 
laterais 
ácidas aa--NH3
+aa --CO 2 H
pK a dapK a dopK a do cadeia 
lateral
Cadeias 
laterais 
básicas aa--NH3
+aa --CO 2 H
carboxil
carboxil
sufidril
fenólico
guanidino
imidazol
1° amino
Grupo 
da cadeia 
lateral
Grupo 
da cadeia
lateral
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3-10Copyright ã 2000 V. T. Motta
Grupos ácidos: Grupos ácidos: aaaa--COOHCOOH
� O pKa de um grupo aa -carboxil é 2.19, o que os 
tornam ácidos mais fortes do que o ácido acético 
(pKa 4.76)
� a maior acidez é devida ao efeito indutivo do grupo -
NH3+ que atrai os elétrons da ligação
O íon amônio tem um efeito indutivo
sobre os elétrons da ligação 
+
pK a = 2.19
N H3
+
N H3
+
RCHCO2
-
RCHCO2 H H3 O
+
H2 O+
6
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3-11Copyright ã 2000 V. T. Motta
Grupos ácidos: Grupos ácidos: aaaa--NHNH33++
� O valor médio do pKa para um grupo aa-NH3+ é 
9.47, comparado com o valor 10.60 do 1° íon 
alkilamônio
+
pKa = 9.47
NH3
+ NH2
RCHCO2
- RCHCO2
-
+ H2 O H3 O
+
pKa = 10.76
NH3
+ NH2
CH3 CHCH3 CH3 CHCH3 + H3 O
++ H2 O
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3-12Copyright ã 2000 V. T. Motta
Grupo básico: Grupo básico: GuanidinaGuanidina
� A cadeia lateral da arginina é uma base 
consideravelmente mais forte do que uma amina 
alifática
� a basicidade do grupo guanidina é atribuída a 
estabilização por ressonância da forma protonada
+
••••
•• ••
••
pKa = 12.48
••
••
C
NH2
+
CRNH
NH2
+
NH2
NH2
RNH CRNH
NH2
NH2
CRNH
NH2
NH
••
••
+ H3 O
+H2 O
7
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3-13Copyright ã 2000 V. T. Motta
Grupo básico: Grupo básico: ImidazolImidazol
� O grupo imidazol da cadeia lateral da histidina é 
uma amina aromática heterocíclica
+
Este par é um 
aceptor de
prótons
pK a 6.10
N
H
NH3
+N
H
CH2 CHCO2
-
N H3
+N
H
CH2 CHCO2
-
N
+ H3 O
+
H2 O
N
N
H
H +
CH2 CHCO2
-
N H3
+
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3-14Copyright ã 2000 V. T. Motta
Ionização Ionização vsvs pHpH
� Dado o valor de pKa de cada grupo funcional, 
pode-se calcular a relação da cada ácido com 
sua base conjugada como uma função de pH
� Considere-se a ionização de um aa-CO2H
� escrevendo a constante de ionização do ácido e 
rearranjando os termos tem-se
pK
a
 = 2.00
aa--CO2
-a -a -CO2 H + H3 O
++ H2 O
[ aa-CO 2 H] 
[ aa-CO 2
- ]
Ka = 
[H 3 O
+ ]
=
Ka
[ aa-CO 2 H] 
[ aa-CO 2 - ]
[H 3 O
+ ]
ou
8
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3-15Copyright ã 2000 V. T. Motta
Ionização Ionização vsvs pHpH
� substituindo o valor de pKa (2.00) para a concentração 
de íon hidrogênio em pH 7.0 (1.0 x 10-7) torna-se
� em pH 7.0, o grupo aa -carboxila está virtualmente 100% 
na forma ionizada (ou base conjugada) e tem uma 
carga líquida -1
� pode-se repetir este cálculo para qualquer pH e 
determinar a relação entre [aa -CO2-] e [aa -CO2H] além da 
carga líquida do aa -carboxila naquele pH
=
Ka
[ aa -CO 2 H] 
[ aa-CO 2
- ]
[H 3 O
+ ]
= 1.00 x 10 5
1.00 x 10 -7
1.00 x 10
-2
=
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3-16Copyright ã 2000 V. T. Motta
Ionização Ionização vsvs pHpH
� Pode-se calcular também a relação do ácido e da 
sua base conjugada para um grupo aa-NH3+; para 
este cálculo, supor um valor 10.0 para o pKa
� rearranjando a equação da constante de ionização tem-
se
+
pK a = 10.00 aa--NH2aa--NH3
+ H3 O
++ H2 O
[ aa-NH2 ]
[ aa-NH 3 + ] 
Ka=
[H3 O
+ ]
9
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3-17Copyright ã 2000 V. T. Motta
Ionização Ionização vsvs pHpH
� substituindo os valores para o pKa de um grupo aa -NH3+
e a concentração do íon hidrogênio em pH 7.0, tem-se
� em pH 7.0, a relação de aa -NH3+ para aa -NH2 é 
aproximadamente 1 para 1000
� neste pH, um grupo aa -amino está 99.9% na forma ácida 
ou forma protonada e tem uma carga de +1
[ aa-NH 2 ]
[ aa-NH 3 + ] 
Ka=
[H3 O
+ ]
=
1.00 x 10 -10
1.00 x 10 -7
= 1.00 x 10 -3
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3-18Copyright ã 2000 V. T. Motta
HendersonHenderson--HasselbalchHasselbalch
� Foi calculado a relação do grupo aa-carboxila e 
um grupo aa-amino em pH 7.0
� Isto pode ser calculado para qualquer ácido fraco 
e sua base conjugada e em qualquer pH usando 
a equação de Henderson-Hasselbalch
[ácido fraco]
[base conjugada]log=pH pKa +
10
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3-19Copyright ã 2000 V. T. Motta
HendersonHenderson--HasselbalchHasselbalch
� usando a equação de Henderson-Hasselbalch, pode-se 
calcular a percentagem da forma carregada e não 
carregada presente, e a carga líquida da serina em pH 
3.0, 7.0 e 10.0
+ +
pH 3.0 pH 7.0 pH 10.0
Carga líquida +1 Carga líquida 0 Carga líquida -1
100% 86% 99%100% 88% 100%
CH2 OH CH2 OH CH2 OH
H3 N- CH-C- OH H3 N- CH-C- O
- H2 N-CH-C- O
-
O O O
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3-20Copyright ã 2000 V. T. Motta
pH isoelétricopH isoelétrico
�� pH isoelétrico, pI:pH isoelétrico, pI: é o pH no qual a maioria das 
moléculas de um composto em solução não 
apresentam carga líquida
� o pI para a glicina, por exemplo, está entre os valores 
de pKa para os grupos carboxila e amino
� nas tabelas seguintes são dados os valores de pH 
isoelétrico para os 20 aminoácidos provenientes das 
proteínas 
pI = 
1
2 (pK a a-a-CO2 H + pK a a-a-NH3
+
)
= 
2
1 (2.35 + 9.78) = 6.06
11
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3-21Copyright ã 2000 V. T. Motta
6.11
5.41
5.65
6.06
6.04
6.04
5.74
5.91
6.30
5.68
5.60
5.88
6.00
pKa dapKa dopKa do
pI
----
----
----
----
----
----
----
----
----
----
----
----
----
valina 2.29 9.72
triptofano 2.38 9.39
9.102.09treonina
serina 2.21 9.15
10.602.00prolina
fenilalanina 2.58 9.24
9.212.28metionina
9.742.33leucina
isoleucina 2.32 9.76
glicina 2.35 9.78
9.132.17glutamina
8.802.02asparagina
9.872.35alanina
cadeia 
lateral
Cadeias
laterais 
não-polares aa--NH3
+aa--CO2 H
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3-22Copyright ã 2000 V. T. Motta
10.76
2.98
5.02
3.08
7.64
9.74
5.63
pKa dapKa dopKa do
pI
10.079.112.20tirosina
lisina 2.18 8.95 10.53
6.109.181.77histidina
ácido glutâmico 2.10 9.47 4.07
8.0010.252.05cisteina
ácido aspartico 2.10 9.82 3.86
arginina 2.01 9.04 12.48
cadeia
lateral
Cadeias
laterais ácidas aa--NH3
+aa--CO2 H
pKa dapKa dopKa do cadeia
lateral
Cadeias
laterais básicas aa--NH3
+aa--CO2 H pI
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3-23Copyright ã 2000 V. T. Motta
EletroforeseEletroforese
�� EletroforeseEletroforese: é o processo de separação de 
compostos com base em sua carga elétrica. A 
eletroforese de aminoácidos pode ser realizada 
pelo emprego de papel, amido, ágar, certos 
plásticos e acetato de celulose como suportes 
sólidos
� a eletroforese em papel: uma tira de papel saturada 
com uma solução tampão de pH pré determinado, 
serve como uma ponte entre os dois eletrodos
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3-24Copyright ã 2000 V. T. Motta
EletroforeseEletroforese
� uma amostra de aminoácidos é aplicada como um gota 
na tira de papel
� uma diferença de potencial elétrico é aplicado aos 
eletrodos e os aminoácidos migram em direção ao 
pólo de carga aposta
� moléculas migram com velocidades proporcionais às 
suas cargas
� moléculas em seu ponto isoelétrico permanecem na 
origem
� após a completa separação, a tira é seca e revelada 
por coloração específica para tornar visíveis os 
aminoácidos separados
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3-25Copyright ã 2000 V. T. Motta
PoliptídiosPoliptídios
� Em 1902, Emil Fischer propôs que as proteínas 
são cadeias longas de aminoácidos unidos por 
ligações amida as quais ele deu o nome de 
ligações peptídicas
�� Ligação peptídicaLigação peptídica: é o nome especial da ligação 
amida entre o grupo aa-carboxila de um 
aminoácido e o grupo aa -amino de outro
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3-26Copyright ã 2000 V. T. Motta
SerilalaninaSerilalanina (Ser(Ser--Ala)Ala)
+
Alanina (Ala)Serina (Ser)
H3 N
O-
HHOH2 C
O
H3 N O-
H CH3
O
H3 N
N
HHOH2 C
O H CH3
O
O-
H
+
+
+
Ligação 
peptídica
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3-27Copyright ã 2000 V. T. Motta
PeptídiosPeptídios
�� peptídeo:peptídeo: é o nome dado a um polímero curto de 
aminoácidos unidos por ligações peptídicas; eles são 
classificados pelo número de aminoácidos na cadeia
�� dipeptídeodipeptídeo: uma molécula contendo dois aminoácidos 
unidos por ligações peptídicas
�� tripeptídeotripeptídeo: uma molécula contendo três aminoácidos 
unidos por ligações peptídicas
�� polipeptídeopolipeptídeo: uma macromolécula contendo muitos 
aminoácidos unidos por ligações peptídicas
�� proteínaproteína: uma macromolécula biológica de massa 
molecular de 5000 g/mol ou mais, consistindo de uma 
ou mais cadeias polipetídicas
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3-28Copyright ã 2000 V. T. Motta
Geometria da ligação peptídicaGeometria da ligação peptídica
� Os quatro carbonos da ligação peptídica e os 
dois aa carbonos ligados a eles estão em um 
plano com ângulos de ligação de 120° em relação 
ao C e N
C aa
C aa
C aa
C aa
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3-29Copyright ã 2000 V. T. Motta
Geometria da ligação peptídicaGeometria da ligação peptídica
� Considerando esta geometria, Linus Pauling propôs 
que uma ligação peptídica é mais corretamente 
representada como um híbrido das duas estruturas 
contribuintes
� o híbrido tem considerável caráter de dupla ligação em 
C-N que são ligações incapazes de girar livremente
(2)
C aa
Caa
N
H
C
C aa
CaaOO
C N
H
•• • •
• •
• ••• ••
+
-
(1)
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3-30Copyright ã 2000 V. T. Motta
Nomenclatura dos Nomenclatura dos peptídiospeptídios
� Por convenção, os peptídios são escritos a partir 
da esquerda, iniciando com o grupo -NH3+ e 
finalizando com o grupo -CO2- terminal
+
Ser-Phe-Asp
Aminoácido
N-terminal
Aminácido
C-terminal
ligação 
peptídica
CH2 OH CH2 CH2 CO2
-
C6 H5
H3 NCHC- NHCHC- NHCHCO2
-
O O
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3-31Copyright ã 2000 V. T. Motta
Alguns Alguns peptídiospeptídios pequenospequenos
H3 N-CH2 - CH2 -C-NH- CH-CO2
-
O
CH2
N
NH
bb-Alanil-L-histidina
(Carnosina)
H2 N-CH- C-NH-CH-C-OCH3
O
CH2
+
CH2
C6 H5CO2
-
+
L-Aspartil-L-fenilalanina
metil éster
(Aspartame)
O
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3-32Copyright ã 2000 V. T. Motta
GlutationaGlutationa
- O2 CCHCH2 CH2 C-N HCHC-N HCH2 CO2
-
O O
CH2
SH
Glutationa, GSH
(forma reduzida)
N H3
+
2GSH
2e- oxidação
2e- redução
GS-SG
S
S
Ligação 
dissulfeto
17
33
3-33Copyright ã 2000 V. T. Motta
EncefalinasEncefalinas
Ty r- Gly- Gly -Phe - Le u = Y- G-G- F-L
Leucina encefalina
Ty r- Gly- Gly -Phe - Me t = Y-G- G- F- M
Metionina encefalina
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3-34Copyright ã 2000 V. T. Motta
OxitocinaOxitocina & & VasopressinaVasopressina
H3 N -Cy s - Ty r-Ile
S Gln
S
Pro -Le u- Gly -C- NH2
O
+
Oxitocina
Cy s -As n
H3 N-Cys - Ty r-Phe
S Gln
S
Pro -Arg - Gly- C-N H2
O
+
Cys -As n
Vasopressina