4_Aminoácidos e proteínas

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Aminoácidos e 
proteínas
Aurenívia Bonifácio
aurenivia@uft.edu.br
UFT - Gurupi
Aminoácidos
Características básicas
-grupo carboxila + grupo amino no carbono α
-diferem em suas cadeias laterais (grupos R)
Asparagina
1° aminoácido 
descoberto 
(1806)
Treonina
20° AA 
descoberto 
(1938)
Funções dos aminoácidos
L-aminoácido
Moléculas de transporte para:
Grupos NH2
Percussores de:
Cetoácidos
Aminas biogênicas
Glicose
Nucleotídeos
Heme, Creatina
Componentes de:
Peptídeos
Proteínas
Fosfolipídeos
Neurotransmissores:
Glutamato
Aspartato
Glicina
Classificação dos aminoácidos
Projeção de Fischer
1. Quanto a isomeria óptica:
-Isômeros do tipo “D” e “L”
L-Gliceraldeído D-Gliceraldeído
L-aminoácido D-aminoácido
Classificação dos aminoácidos
2. Quanto a essencialidade nutricional
- Essencial – obtidos pela dieta
- Não-essencial – sintetizados pelo organismo
Essencial Não-essencial
Fenilalanina Alanina
Histidina Arginina
Isoleucina Aspartato
Leucina Asparagina
Lisina Cisteína
Metionina Glicina
Treonina Glutamato
Triptofano Glutamina
Valina Prolina
Serina
Tirosina
NH2
C
O
HO
CH2
CH2
NH2
C
O
HO
CH CH2 C
O
NH2
Glicina
Glutamina
NH2
C
O
HO
CH CH
CH3
CH3
Valina
CH2
NH2
C
O
HO
CH CH
CH3
CH3
Isoleucina
Classificação dos aminoácidos
3. Quanto a polaridade da cadeia lateral
- Não polares ou polares (não carregado ou carregado)
Aromáticos
Triptofano
Não polar
Valina
Alanina
Leucina Isoleucina
Glicina Prolina
Não-polar, alifáticos
Metionina
Tirosina
Relativamente não polares
Fenilalanina
Classificação dos aminoácidos
Glutamina
Asparagina
Polar, não carregados
Treonina
Serina
Cisteína
Glumato
Aspartato
Polar, 
carregados
Lisina
Arginina
Histidina
3. Quanto a polaridade da cadeia lateral
- Não polares ou polares (não carregado ou carregado)
Aminoácidos Abreviação Mr pK1
(-COOH)
pK2
(-NH3
+)
pKR
(grupo R)
pI
Grupo R alifáticos, não 
polares
Glicina Gly G 75 2,34 9,60 5,97
Alanina Ala A 89 2,34 9,69 6,01
Prolina Pro P 115 1,99 10,96 6,48
Valina Val V 117 2,32 9,62 5,97
Leucina Leu L 131 2,36 9,60 5,98
Isoleucina Ile I 131 2,36 9,68 6,02
Metionina Met M 149 2,28 9,21 5,74
Grupos R aromáticos
Fenilalanina Phe F 165 1,83 9,13 5,48
Tirosina Tyr Y 181 2,20 9,11 10,07 5,66
Triptofano Trp W 204 2,38 9,39 5,89
Propriedades dos aminoácidos
Aminoácidos Abreviação Mr pK1
(-COOH)
pK2
(-NH3
+)
pKR
(grupo R)
pI
Grupo R não 
carregados, polares
Serina Ser S 105 2,21 9,15 5,68
Treonina Thr T 119 2,11 9,62 5,87
Cisteína Cys C 121 1,96 10,28 8,18 5,07
Asparagina Asn N 132 2,02 8,80 5,41
Glutamina Gln Q 146 2,17 9,13 5,65
Propriedades dos aminoácidos
Aminoácidos Abreviação Mr pK1
(-COOH)
pK2
(-NH3
+)
pKR
(grupo R)
pI
Grupos R carregados 
positivamente
Lisina Lys K 146 2,18 8,95 10,53 9,74
Histidina His H 155 1,82 9,17 6,00 7,59
Arginina Arg R 174 2,17 9,04 12,48 10,46
Grupos R carregados 
negativamente
Aspartato Asp D 133 1,88 9,60 3,65 2,77
Glutamato Glu E 147 2,19 9,67 4,25 3,22
Propriedades dos aminoácidos
Aminoácidos incomuns
5-hidroxilisina
4-hidroxiprolina
Citrulina
Desmosina
Ornitina
Selenocisteína
Aminoácidos como ácidos e bases
- “Zwitterion” = íon híbrido
- Anfólitos - capaz de agir como ácido ou como base
- AA como ácidos = doam prótons
- AA como base = recebem prótons
AA como um ácido: AA como uma base:
Carga líquida: +1 0 -1
Curva de titulação da glicina
OH- (equivalentes)
Glicina
pKa
Medida de 
tendência de um 
grupo perder 
prótons 
Carga líquida: +1 0 -1
Curva para 
aminoácidos com 
grupo R não ionizável
Curva de titulação da glicina
OH- (equivalentes)
Glicina pI
ponto isoelétrico, 
onde a carga 
líquida é zero
pH < pI
Carga líquida positiva
pH > pI
Carga líquida negativa
Carga líquida: +1 0 -1
pI = pK1 + pK2
2
Curva para 
aminoácidos com 
grupo R não ionizável
Curvas de titulação da histidina
AA com grupo R ionizáveis possuem curvas com três estágios
pH 7.6
(Ponto isoelétrico)
pH 0.5 pH 5
pH 11
Carga líquida
Proteínas
Características gerais
- Polímeros de 
aminoácidos unidos por 
ligações peptídicas
- Peso molecular acima 
de 10.000 Dalton (Da)
Proteínas
Características gerais
- São estabilizadas por 
pontes dissulfeto e pelas 
interações fracas não 
covalentes (pontes de 
hidrogênio e interações 
iônicas)
Classificação das proteínas
- Quanto ao número de cadeias polipeptídicas
Monoméricas e Oligoméricas
- Quanto aos seus componentes associados
Simples e Conjugadas
C-terminal
N-terminal
C-terminalN-terminal
α1α2
β1β2Monoméricas
Oligoméricas
Classificação das proteínas
- Quanto ao número de cadeias polipeptídicas
Monoméricas e Oligoméricas
- Quanto aos seus componentes associados
Simples e Conjugadas
Classes Grupo prostético
Lipoproteína Lipídeos
Glicoproteína Carboidratos
Fosfoproteína Grupos fosfato
Hemoproteína Heme (Fe)
Flavoproteína Nucleotídeo flavina
Metaloproteína Ferro
Zinco
Cálcio
Molibdênio
Cobre
Estrutura das proteínas
Primária 
Indica a sequência 
linear dos 
aminoácidos
Secundária
Os aminoácidos 
interagem através de 
pontes de hidrogênio
São α-hélice e folha β
α-hélice 
folha β
Estrutura das proteínas
Terciária
Ocorrem interações 
entre α-hélice e folha β
C-terminalN-terminal
α1α2
β1β2
Quaternária
Proteínas com 
mais de uma 
cadeia de 
aminoácidos
Ligações peptídicas
- Estrutura rígida e planar
- Interações de ressonância
- Aprox. 40% de característica de dupla ligação
- Conformação trans mais frequente que cis
Cadeia 
principal
Ângulos de torção
Cadeia 
lateral
Amida plana
Amida plana
Grupo 
lateral
Ângulos de torção ou ângulos de rotação
Ψ - Cα–N 
Φ - Cα–C
-São ambos definidos como 180° ou -180°
-Aumenta em sentido horário do Cα
Diagrama de Ramachandran
-Indica os ângulos de torção 
estericamente permitidos;
-Algumas estruturas 
secundárias já são pré-
determinadas:
↑↑ - folha β paralela
↑↓- folha β antiparalela
α - α hélice (direita) 
C - hélice do colágeno
αL - α hélice (esquerda)
Estrutura das proteínas
A α hélice
A folha β
Antiparalela (conformação amino-carboxil oposta)
Paralela (conformação amino-carboxil igual)
6.5Å
7Å
Dobras β
- Conecta estruturas de α hélice e folha β
- Conecta folhas β antiparalelas
- Envolve quatro resíduos de AA onde o O do 1° se liga ao H do 4° AA
- Glicina e prolina são os AA mais frequentes
As proteínas pode ser fibrosas ou globulares
α-Queratina
-Hélice com 5.1Å
-Rica em resíduos de cisteína
-Rica em AA hidrofóbicos
protofilamento
Filamento
intermediário
superhélice dobrada 
a esquerda
α-hélice dobrada 
a direita
As proteínas pode ser fibrosas ou globulares
Colágeno
-hélice orientada para esquerda
-três resíduos de AA por passo
Cadeia α
Estrutura secundária
As proteínas pode ser fibrosas ou globulares
Fibroína da seda
-Formada por cadeias polipeptídicas 
predominantemente em conformação β
-Rica em alanina e glicina
-Estrutura mantida por numerosas interações fracas
As proteínas pode ser fibrosas ou globulares
Proteínasglobulares
-Formada por diferentes arranjos 
de estruturas secundárias
-Enzimas; proteínas transportadoras, 
motoras e regulatórias; 
imunoglobulinas; entre outras.
Mioglobina
Padrões estruturais em proteínas globulares
Laço β-α-β Quilha α-α
Conexões típicas em um 
motivo totalmente β
Conexão cruzada
(não observada)
Barril β Folha β retorcida
Conexão orientada para 
direita entre cadeias β
Conexão orientada para 
esquerda entre cadeias β
(muito rara)
Padrões estruturais em proteínas globulares
Estrutura quaternária das proteínas
- Proteína multissubunitária ou multímero
- Duas a centenas de subunidades
- Oligômero - poucas subunidades
- Protômero - unidade estrutural repetitiva
C-terminalN-terminal
α1α2
β1β2
Funções das proteínas
-Envolvem ligação reversível com outras moléculas
-Ligante - molécula que se liga à proteína
-Sítio de ligação - complementar ao 
ligante (tamanho, forma, carga e 
caráter hidrofílico ou hidrofóbico)
-Podem existir vários sítios de ligação
-Exibem flexibilidade
-Interação proteína-ligante leva a 
alteração da conformação da proteína
-A interação proteína-ligante pode ser regulada
Mioglobina
-Proteína ligante ao oxigênio
-Mr 14.600
Proteínas de reconhecimento
MHC
“major 
histocompatibility 
complex”
Complexo principal 
de 
histocompatibilidade
Separação das proteínas
Centrifugação diferencial
Tecido
tampão
Homo-
geneizador
Filtro
Centrifugação
citosol
Sobrena-
dante
Pellet
Ribossomos
Macromoléculas
Membrana plasmática
Fragmentos de RE
Pequenas vesículas
Fração microssomal
Mitocôndria
Lisossomos
Peroxissomos 
(plantas; 
cloroplastos)
Núcleo
Citoesqueleto
Células 
inteiras, 
tecidos 
conectivos
Preparo do extrato 
bruto
Fracionamento 
(tamanho e carga)
Tipos:
1. Centrifugação 
diferencial
2. Centrifugação pelo 
gradiente de 
densidade (isopícnica)
Separação das proteínas
Preparo do extrato 
bruto
Fracionamento 
(tamanho e carga)
Tipos:
1. Centrifugação 
diferencial
2. Centrifugação pelo 
gradiente de 
densidade (isopícnica)
Gradiente de 
sacarose
Amostra
Centrifugação pelo 
gradiente de densidade
Componente 
menos denso
Componente 
mais denso
Fracionamento
12345678
Centrifugação
Purificação: precipitação com sal
“salting in” 
Solubilidade é maior com 
menor concentração de sal
“salting out”
Solubilidade é menor com 
maior concentração de sal
Precipitação com sal
Concentração de sal
Camada de 
hidratação
Solubilidade
“salting out”
Sobrenadante
Precipitado
Proteína 
alvo
Purificação: diálise
- Processo físico-químico
- Separa as proteínas do solvente
- Baseado no tamanho das proteínas
Solução 
tampão
Solução de 
proteínas
Saco de 
diálise
Agitador
No equilíbrioNo início da diálise
Solução 
tampão
Solução de 
proteínas
Saco de 
diálise
Proteínasíon
- Interação diferencial dos seus componentes entre a 
fase estacionária (líquida/sólida) e a fase móvel 
(líquida/gasosa)
- Beneficia-se das diferenças de carga, tamanho, 
afinidade de ligação e outras propriedades da proteína
Purificação: cromatografia
A coluna 
cromatográfica 
deve ser de 
material inerte: 
Carvão, sílica, 
alumínio, fosfato 
de cálcio, 
hidroxiapatita, 
etc...
Classificação dos tipos de cromatografia
1. Quanto a forma física do sistema
Planar, em coluna, centrífuga
2. Segundo o modo de separação
Adsorção, partição, troca iônica, afinidade
3. De acordo com a fase estacionária
Sólida, liquida, quimicamente ligadas
4. Segundo a fase estacionária
Líquida, gasosa, supercrítica
Carga positiva líquida grande
Carga positiva líquida
Carga negativa líquida
Carga negativa líquida grande
Cromatografia de troca iônica
As proteínas são separadas de acordo 
com suas cargas após passarem por 
uma coluna contendo cátions/ânions e 
geralmente de celulose
A matriz utilizada deve ser:
- porosa
- inerte 
- natural ou sintética
(compostos inorgânicos,
resinas sintéticas ou 
polissacarídeos)
- Insolúvel em água
solventes orgânicos
- Ligada covalentemente 
a trocadores iônicos
Trocadores iônicos
Trocadores aniônicos Grupos funcionais
Dietilaminoetil (DEAE) -O-CH2-CH2-N
+H(CH2CH3)2
Aminoetil quaternário (QAE) -O-CH2-CH2-N
+(C2H5)2-CH2-CHOH-CH3
Amônio quaternário (Q) -O-CH2-CHOH-CH2-O-CH2-CHOH-CH2-N
+(CH3)3
Trietilaminoetil (TEAE) -O-CH2-CH2-N
+(C2H5)2-CH2-CH3
Tocadores catiônicos Grupos funcionais
Carboximetil (CM) -O-CH2-COO
-
Sulfopropil (SP) -O-CH2-CHOH-CH2-O-CH2-CH2-CH2SO3
-
Sulfoetil (SE) -O-CH2-CHOH-CH2-O-CH2-CH2SO3
-
Fosfo (P) -O-PO4
-
Metilsulfonato (S) -O-CH2-CHOH-CH2-O-CH2-CHOH-CH2SO3
-
-
+
+ + +
+
+ +
-
-
-
-
-
+
-
- - -
-
- -
+
+
+
+
+
Trocador aniônico 
com contra-íons
trocavéis
Trocador catiônico 
com contra-íons
trocavéis
Os contra-íons podem ser 
trocados reversivelmente 
com outros íons sem alterar 
as propriedades da matriz
Cromatografia de filtração em gel
Esferas com 
polímero poroso
grânulo 
de gel
Matriz 
do gel
Beneficia-se das 
diferenças de 
tamanho das 
proteínas
Pequenas 
moléculas
Grandes 
moléculas
Solvente
As proteínas são 
purificadas de acordo 
com sua especificidade 
por um substrato ou 
cofator particular
Cromatografia de afinidade
Proteínas ligantes da 
glicose se ligam aos 
sítios de glicose (G) 
nas esferas do gel
Adiciona 
glicose
Proteínas ligantes 
da glicose são 
perdidas com 
adição da glicose
Proteína de 
interesse
ligante
Mistura de 
proteína
Solução do 
ligante
Cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC)
Tempo (minutos)
A
b
s
o
rb
â
n
c
ia
 a
 2
2
0
n
m
Coluna do HPLC 
Injetor 
Solvente 
Dados
DetectorBomba Descarte
Bombas de alta-pressão aceleram a 
movimentação das proteínas pela 
coluna, reduzindo o tempo de transito 
na coluna e aumentando a resolução
Eletroforese
- A proteína é desnaturada e as subunidades 
se separam
- As proteínas migram de acordo com 
tamanho e forma em um campo elétrico
- As moléculas menores migram mais 
rapidamente através da matriz porosa do gel
Amostra
Poço
Direção da 
migração
Proteínas
Eletroforese
Gel poroso
Massa (kDa)
D
is
tâ
n
c
ia
Eletroforese bidimensional
Focalização isoelétrica
Baixo pH
(-)
Baixo pH
(-)
Alto pH
(+)
Alto pH
(+)