Aula Aminoácidos e proteínas

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Universidade Federal de Pernambuco
Departamento de Ciências Farmacêuticas
Laboratório de Planejamento em Química Medicinal
Aminoácidos e Proteínas | Química Orgânica 02
Ana Cristina Lima Leite
São moléculas constituídas de muitas unidades
moleculares que se repetem.
Existem três tipos de polímeros que são
essenciais aos processos vitais das células:
• Polissacarídeos;
• Ácidos nucléicos;
• Proteínas.
Polímeros
Proteínas
Indústria
Análises Clínicas
Nutrição
Oncologia
Proteômica
PesquisasComposição corpórea
Síntese
o O que são aminoácidos?
H2N H
COOH
R
Proteína
Aminoácido
a
Carbono a é assimétrico – centro quiral.
Na natureza existem cerca de 300 aminoácidos, mas só 20 são
componentes naturais das proteínas de mamíferos.
Dos vinte aminoácidos, nove são chamados essenciais porque não
são sintetizados no organismo e necessitam ser ingeridos pela
alimentação.
AMINOÁCIDOS ESSENCIAIS
| Aminoácidos (padrão)
o Subdivisões:
 Essenciais;
 Não essenciais.
 Ácido;
 Básico;
 Neutro.
Baseado em 
suas cadeias 
laterais.
Produção 
endógena/
Fonte 
exógena
| Aminoácidos
o Nomenclatura:
Via 2 sistemas de abreviação: 3 letras e 1 letra.
| Aminoácidos não-padrão
o Constituintes importantes de proteínas;
o Desempenham papéis biologicamente
importantes;
N
CH
H
OH
COO-
N
H
N NH3
+
4-hidroxiprolina
Histamina
Presente no colágeno
Neurotransmissor
Quanto ao caráter:
Os aminoácidos podem apresentar caráter neutro,
ácido ou básico.
Aminoácido neutro: possui número de radicais
carboxila igual ao número de radicais amino
CLASSIFICAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS QUANTO ÀS 
PROPRIEDADES FUNCIONAIS
Aminoácido ácido: possui número de radicais
carboxila maior que o número de radicais
amino
CLASSIFICAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS QUANTO ÀS 
PROPRIEDADES FUNCIONAIS
Aminoácido básico: possui número de radicais
carboxila menor que o número de radicais
amino
CLASSIFICAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS QUANTO ÀS 
PROPRIEDADES FUNCIONAIS
Por este critério são diferenciados em:
• Apolares: Possuem radical "R" geralmente formado exclusivamente
por carbono e hidrogênio
• Polares:
 Polares não carregados
 Polares carregados
CLASSIFICAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS QUANTO ÀS 
PROPRIEDADES FUNCIONAIS
AMINOÁCIDOS APOLARES
AMINOÁCIDOS POLARES NÃO 
CARREGADOS
São aminoácidos com radicais "R" contendo hidroxilas,
sulfidrilas e grupamentos amida.
AMINOÁCIDOS POLARES CARREGADOS 
POSITIVAMENTE
São aminoácidos diamino e monocarboxílicos.
AMINOÁCIDOS POLARES CARREGADOS 
NEGATIVAMENTE
São aminoácidos monoamino e dicarboxílicos.
Os 20 aminoácidos 
proteícos
Aminoácidos básicos
Lisina
(Lys – K) Arginina
(Arg – R)
Histidina
(His – H)
Aminoácidos ácidos
Ácido Aspártico
(Asp – D)
Ácido Glutâmico
(Glu – E)
Asparagina
(Asn – N)
Glutamina
(Gln – Q)
Serina
(Ser – S)
Treonina
(Thr – T)
Aminoácidos polares neutros
Aminoácidos hidrofóbicos - apolares
Alanina
(Ala – A)
Valina
(Val – V)
Isoleucina
(Ile – I)
Leucina
(Leu – L)
Metionina
(Met – M)
Fenilalanina
(Phe – F)
Tirosina
(Tyr – Y)
Triptofano
(Trp – W)
Aminoácidos “especiais”
Cisteína
(Cys – C)
Glicina
(Gly – G)
Prolina
(Pro – P)
Aminoácidos são compostos orgânicos de função mista
que apresentam os radicais carboxila e amino ligados à
cadeia carbônica
Existem tipos de aminoácidos conforme a localização do grupo
funcional.
 a-grupo amina se localiza no 1° C após o grupo funcional.
 -grupo amina se localiza no 2° C após o grupo funcional.
 -grupo amina se localiza no 3° C após o grupo funcional.
a- aminoácidos são os que têm uma maior importância, pois são
utilizados para a síntese protéica (proteínas naturais)
AMINOÁCIDO
Embora mais de 300 aminoácidos diferentes tenham sido descritos na natureza, somente 20
são componentes naturais das proteínas de mamíferos. Os demais são encontrados como
intermediários ou produtos finais do metabolismo.
Esses aminoácidos são produzidos enzimáticamente, por modificação pós-tradução de um 
dos 20 aminoácidos clássicos. Exemplos: 
Cistina
(queratina, insulina, 
papaína) 
Aminoácidos proteicos são L- a - aminoácidos
Para entender a complexidade estrutural de uma proteína é necessário 
primeiro compreender as propriedades de seus aminoácidos constituintes.
Existem 2 isômeros ópticos do Ca: formas L e D
O Carbono a é assimétrico, ou seja, tem 4 grupos diferentes
Essa propriedade define o Ca como um centro quiral
e confere propriedades ópticas às moléculas.
COO
C — H
R
H3N —
+
a
Glicina
| Aminoácidos
o Em 1902, Emil Fischer propôs que proteínas são cadeias longas de
a-aminoácidos unidas por ligações amídicas para os quais ele deu o
nome de ligações peptídicas.
PROTEÍNAS
As proteínas diferem uma das outras pela:
• Ordem dos aminoácidos
• Tipo dos aminoácidos
• Numero do aminoácidos
Os aminoácidos representam a menor unidade elementar na constituição
de uma proteína.
A ligação peptídica ocorre entre o grupo
a-carboxila de um aminoácido e o grupo
a-amino de outro aminoácido. 
Até 100 aminoácidos: peptídeo
Mais de 100 aminoácidos: proteína.
aminoácido
COO
C — H
R
H3N —
+
a
Fórmula geral de um a aminoácido:
os grupos amino e carboxila estão 
no carbono a.
R – a cadeia lateral R diferencia os
aminoácidos entre si
(monômero)
Proteína (polímero)
um dipeptídeo
| Proteínas
o Estruturas das proteínas:
Estrutura 
Primária
Estrutura 
Secundária
Estrutura 
Terciária
Estrutura 
Quaternária
Sequência de 
aminoácidos
Ligações de H;
Alfa-hélice;
Folha pregueada.
Dobras de cadeia
polipeptídica;
Pontes dissulfeto.
Dobras de cadeia
polipeptídica;
Pontes dissulfeto,
Interações hidrofóbicas...
| Proteínas - estabilidade
o Forças eletrostáticas
o Ligação de hidrogênio
o Forças hidrofóbicas
o Ligações dissulfeto
• Interações iônicas;
• Dipolo-dipolo
Estrutura das proteinas:
As ligações químicas
Queratina
| Proteínas – estrutura primária
o Importância da estrutura primária: Sequencia dos aminoácidos
A mudança em um resíduo provoca grandes alterações nas funções ou
atividades.
| Proteínas
Estrutura secundária
o Estruturas helicoidais:
- Torção regular;
- a Hélice (ângulos conformacionais permitidos + ligação de H
favoráveis).
o Estrutura :
- Utiliza toda capacidade das ligações de H;
- Ligações de H ocorre entre cadeias polipeptídicas
vizinhas;
o Proteínas Fibrosas (colágeno, queratina...);
o Proteínas Globulares (mioglobina, hemoglobina...).
| Proteínas
Estrutura terciária
o Conformação Tridimensional (dobramento dos
elementos de sua estrutura secundária + disposição
cadeias laterais);
o Falta de regularidade estrutural;
o Pontos em comum: contém a hélice, folha ; variação de
cadeias laterais conforme polaridade
| Proteínas
Estrutura quaternária
o Arranjo espacial de subunidades;
Estrutura quaternária:
• Associação de mais de uma 
cadeia polipeptídica 
• No modelo, um tetrâmero 
composto de 4 cadeias 
polipeptídicas
x 4
Para entender a estrutura 3D das proteínas, vamos “dissecá-la” em 
níveis organizacionais para facilitar o estudo:
Estrutura terciária:
• Enovelamento de uma cadeia 
polipeptídica como um todo.
• Ocorrem ligações entre os 
átomos dos radicais R de 
todos os aminoácidos da 
molécula
. 
Estrutura secundária:
• Enovelamento de partes da 
cadeia polipeptídica
• Formada somente pelos 
átomos da ligação peptídica, 
através de pontes de H.
• Ex: alfa-hélices e folhas beta.
Estrutura primária: é a sequência dos 
aminoácidos na cadeia polipeptídica; 
mantida por ligações peptídicas
aminoácido
É o esqueleto covalente (fio do 
colar), formado pela seqüência dos 
átomos (-N-C-Ca-)n na proteína. 
NÍVEIS ESTRUTURAIS DAS PROTEÍNAS 
| Proteínas - estabilidade
o Forças eletrostáticas
o Ligação de hidrogênio;
o Forças hidrofóbicas;
o Ligações dissulfeto (citoplasma – caráter redutor; meios
extracelulares caráter oxidativo).
• Interações iônicas;
• Dipolo-dipolo
| Proteínas
| Proteínas
CLASSIFICAÇÃO
• Proteinas simples
Somente aminoácidos.
• Proteinas conjugadas
Apresentam-se ligadas a outras substancias.
Parte não aminoácido 
de uma proteína
Relação estrutura X função de uma proteína
A função de uma proteína depende da sequencia dos aminoácidos
Albumina Humana
IgG
IgM
A Lipase gástrica é uma proteína solúvel em meio
aquoso. Cataliza a hidrólise de lipídeos. Papel
fundamental da digestão
Proteínas são moléculas tridimensionais.
A forma da molécula é determinante de sua função. 
A Citocromo C oxidase é uma
proteína integral da membrana 
interna de mitocôndrias
| Solubilidade
A forma da molécula é determinante
de sua função. 
Proteínas de membrana possuem
uma região de aminoácidos
hidrofóbicos apolares, cujas
cadeias laterais projetam-se para
“fora” e 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.
| Solubilidade
água
proteína
As cadeias laterais de aminoácidos
polares, carregados ou não,
voltam-se para o meio aquoso e
fazem contato (ligação de H) com
as moléculas de água do meio.
Aminoácidos apolares voltados para
o interior da molécula
IMPORTÂNCIA DAS PROTEÍNAS
Quantificação da proteína nos animais:
• 80% do peso dos músculos desidratados;
• cerca de 70% da pele;
• 90% do sangue seco. 
Todas as enzimas conhecidas, por exemplo, são proteínas;
muitas vezes, as enzimas existem em porções muito
pequenas. Mesmo assim, estas substâncias catalisam todas
as reações metabólicas e capacitam aos organismos a
construção de outras moléculas - proteínas, ácidos nucléicos,
carboidratos e lipídios - que são necessárias para a vida.
IMPORTÂNCIA DAS PROTEÍNAS
Elas exercem funções diversas, como:
- Catalisadores;
- Elementos estruturais (colágeno) e sistemas 
contráteis;
- Armazenamento(ferritina);
- Veículos de transporte (hemoglobina);
- Anti-infecciosas (imunoglobulina);
- Enzimáticas (lipases);
| Aminoácidos
o Íons dipolares (zwitterions):
• São compostos sólidos, cristalinos e que se fundem a alta
temperatura;
• Insolúveis em solventes orgânicos e solúveis em água;
• Os aa de cadeias laterais não ionizáveis possuem duas constantes
de ionização com Pka de cerca 2 e 9;
•Existem na forma de íon dipolar ou Zwiterion.
PROPRIEDADES QUÍMICAS E FÍSICAS DOS 
AMINOÁCIDOS
+H+
+H+
- H+
- H+
Meio alcalino
Meio ácido
As formas iônicas de um aminoácido se 
interconvertem, variando a carga da molécula 
na dependência do pH do meio e do pK de 
cada grupo:
carga
+1
-1
0
-COOH - COO 
-
H+
+
-NH3 - NH2
H+
0 -1
+1 0
Comportamento ácido-básico de aminoácidos: ionização
Meio alcalino
carga (-)
Meio ácido
carga (+)
Forma anfotérica (sem carga)
presente em pH fisiológico
Abaixo estão 4 formas de um aminoácido variando o estado de ionização do 
grupo amino e do grupo carboxila.
Pense 
antes de 
dar o 
próximo 
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+H+
+H+
- H+
- H+
Meio alcalino
Meio ácido
As formas iônicas de um aminoácido se 
interconvertem, variando a carga da molécula 
na dependência do pH do meio e do pK de 
cada grupo:
carga
+1
-1
0
-COOH - COO 
-
H+
+
-NH3 - NH2
H+
0 -1
+1 0
Ponto Isoelétrico
Cálculo do ponto isoelétrico
pI = 2.34 + 9.6 = 5.97
2 
+1
-H+
+H+
-H+
+H+
+1
50%C
CH2
NH3
+
OHO
C
CH2
NH3
+
OO
+
50%
pH 0 - 2 pH 2,34 pH 3.0 - pH 9.0 pH 9.6 pH 10 - 14
C
HC-H
NH3
+
OHO
a
C
CH2
NH2
OO
-1
Como o estado de ionização e a carga elétrica da glicina variam em 
função do pH do meio ?
Para a glicina os valores de pK são:
-H+
+H+
-H+
+H+
Em pH < 2,34, todos os 
grupos ionizáveis da glicina 
estão protonados. A molécula 
apresenta carga +1.
Diminuindo a [H+] do meio, a a-COOH 
começa a desprotonar. No pH 2,34, 
metade das –COOH desprotonaram, 
gerando a glicina com carga zero.
Em pH 5,97 ocorre o ponto 
isoéletrico da glicina. 100% das 
moléculas estão com carga zero.
Aumentando mais o 
pH, até o valor 9,6, 
(pK do NH3
+), haverá 
50% de moléculas de 
glicina com carga -1.
C
CH2
NH3
+
OO
Em pH > 10 
predomina a forma 
de glicina com 
carga -1.
C
CH2
NH3
+
OO
C
CH2
NH2
OO
+
50%
50%
-1
Determinação do pI:
Ponto Isoelétrico (pI) é o pH em que um aminoácido, polipetídeo ou 
proteína tem uma carga líquida igual a zero (0).
Para sistemas simples, o valor do pI pode ser calculado na seguinte 
forma: 
a) Identificar as formas iônicas da molécula que tem cargas líquidas 
–1, 0 e +1. 
b) Identificar o pKa do equilibrio que descreve a interconversão entre 
as formas com carga +1 e 0 e tambem o pKa do equilibrio que 
descreve a interconversão entre as formas com carga 0 e –1. 
c) Calcular a média dos dois valores do pKa. Esta média é igual ao pI.
Carga Líquida:
* Carga Líquida = C.L
C.L = C.L =
+1 + 0 = +1 +1 -1 = 0 0 – 1 = -1
Curva de 
titulação
da 
GLICINA
MONOAMINO
MONOCARBOXILICO
pI = ( pK1 pK2 )+
1
2
pI = 2,34 + 9,60 = 5,97
1
2
O cálculo do pI baseia-se nas formas de dissociação do aminoácido
utilizando os pK anterior e posterior à forma isoelétrica do aminoácido.
CURVA DE 
TITULAÇÃO
DO Ac. Glutâmico
pI = (2,19 + 4,25)
MONOAMINO
DICARBOXILICO
1
2
Pi = 3,22
DIAMINO
MONOCARBOXILICO
pI = ---- 6,0 + 9,17 = 7,59
1
2
CÁLCULO DO PONTO ISOELÉTRICO
 Aminoácidos neutros
pI= (pK1 + pK2)/2 
 Aminoácidos com cadeia ácida
pI= (pK1+pKR)/2
 Aminoácidos com cadeia básica
pI= (pK2 + pKR)/2
Qual a importância do ponto Isoelétrico?
A existência de uma carga positiva ou negativa determina a interação com 
o meio aquoso, além de estabelecer um estado de repulsão entre as 
próprias moléculas de proteína, aumentando a interação com o solvente e, 
consequentemente, favorecendo a solubilidade .
Solubilidade
Ponto Isoelétrico de uma
proteína
Existência de Carga:
- a interação com o meio aquoso estabelece um
estado de repulsão entre as próprias moléculas
de proteína
- aumenta a interação com o solvente
- favorece a solubilidade
No ponto isoelétrico: um equilíbrio entre o
número de cargas positivas e negativas
- as forças de interação com o solvente são
mínimas
- as forças de repulsão entre as moléculas de
proteína são mínimas
- as proteínas formam aglomerados
- tendem a precipitar.
Albumina 95% pura Imunoglobulina
90% pura
Cohn EJ, Strong LE, Hughes WL, Mulford DJ, Ashworth JN,Melin M, Taylor HL: Preparation and properties of serum 
andplasma proteins. IV. A system for the separation into fractions of the protein and
lipoprotein 
components of biological tissues and fluids. J Am Chem Soc 1946; 68:459–475
IMPORTANCIA NA PRODUÇÃO DE HEMODERIVADOS
55 g de proteínas com 
finalidades terapêuticas
2 proteínas majoritárias: 
albumina e imunoglobulinas
60 g de proteínas
PLASMA: O OURO LÍQUIDO
CONCENTRADO DE HEMÁCIAS 
CONCENTRADO DE 
PLAQUETAS
IMPORTANCIA NA PRODUÇÃO DE HEMODERIVADOS
60 g de proteínas
2 proteínas majoritárias: 
Albumina e Imunoglobulinas
Diversas proteínas terapêuticas
sob a forma de traços
55 g de proteínas com 
finalidades terapêuticas
PLASMA: O OURO LÍQUIDO
MÉTODO DE COHN
• pH – Inserir a zona isoelétrica para neutralizar todas as cargas da 
proteína;
• Concentração Agente precipitante – Diminuir a Constante de 
Solubilidade dos grupos protéicos;
• Abaixamento da temperatura do meio – Evitar a desnaturação do 
grupo protéico, favorecendo a precipitação.
Edwin Joseph Cohn (1892–1953)
Proteínas como Fármacos
NAM: acetilmurâmico
NAG: N- acetilglucosamina
Ação de Fármacos em Proteínas
Mecanismo de Ação das Penicilinas
Formas de ligação Fármaco-receptor (proteico)
O Propranolol: O enantiômero S é reconhecido pelos receptores -
adrenérgicos por meio de três pontos de interação: hidrofóbica, (grupo
naftila); ligação de hidrogênio (oxigenio da hidroxila); Ligação íon-dipolo
(grupo amina). O enantiômero R, possui menor afinidade e é praticamente
destituído da atividade -bloqueadora.
(A) Reconhecimento molecular da tríade peptídica Phe-His-Leu pela Enzima converso da angiotensina (ECA). 
As linhas tracejadas indicam regiões onde há interação entre o substrato e a enzima. 
(B) (B) Interação dos fármacos Captopril, Enalapril e Ramipril, respectivamente, com o sítio ativo da ECA. 
Observa-se o aumento do número de interações em um dos bolsões da enzima, exploradas em cada um 
dos fármacos
Interação Fármaco-receptor proteico
TEORIA DOS RECEPTORES
TEORIA DOS RECEPTORES
FIM