Aulas sobre bioquímica (água, aminoácidos, proteínas)

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Estrutura e NomenclaturaBCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas
Aula 2
Estrutura e nomenclatura dos 
compostos orgânicos.
Funções orgânicas
Jiří Borecký
CCNH
2018
Estrutura e NomenclaturaBCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas
Compostos bioquímicos
Biomoléculas
 Aminoácidos/proteínas
 Lipídeos
 Sacarídeos: Açúcares/glicogênio/amido
 Nucleotídeos/DNA/RNA
 Metabolitos
 Coenzimas, vitaminas, hormônios, neurotransmissores
Moléculas/átomos abióticos
 Água
 Pequenas moléculas: H2, O2, CO2, NH3, H2O2, ...
 Íons: metálicos, radicais livres, H+, NH4+, H2PO4-, OH-, Cl-, ...
 Metais
Estrutura e NomenclaturaBCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas
Compostos orgânicos
Estrutura e NomenclaturaBCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas
Compostos orgânicos
Hidrocarbonetos
 Alifáticos acíclicos
• alcanos
• alquenos
• alquinos
 Cicloalcanos
 Aromáticos
Estrutura e NomenclaturaBCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas
Compostos orgânicos
Hidrocarbonetos
 Aromáticos esféricos:
• Fulerenos: № de π-
elétrons = 2(n+1)2
• Nanotubos (2,2); (3,3)
• grafeno
Estrutura e NomenclaturaBCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas
Funções orgânicas
Monovalentes
 Com oxigênio
• Alcoóis
• Éter-óxidos
• Éter-sais
• Fenóis
• Polialcoóis
• Epóxidos
• Cetais
Estrutura e NomenclaturaBCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas
Funções orgânicas
Monovalentes
 Com nitrogênio
• Aminas 
• Aminas aromáticas
• Hidroxilaminas
• Compostos nitrosados
• Compostos nitrados
Estrutura e NomenclaturaBCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas
Funções orgânicas
Divalentes
 Aldeídos 
 Cetonas 
 Quinonas
 Iminas
 Oximas
Estrutura e NomenclaturaBCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas
Funções orgânicas
Trivalentes
 Ácidos carboxílicos
 Esteres
 Lactonas
 Amidas
 Lactamas
 Haletos de ácidos
 Anidridos
 Nitrilas 
Estrutura e NomenclaturaBCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas
Funções orgânicas
Tetravalentes
 Cloroformiato 
 Éster isociânico
Derivados insaturados
 Enol
 Álcool alílico
 Álcool homo-alílico
Estrutura e NomenclaturaBCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas
Funções orgânicas
Compostos aromáticos
 Tolueno
 o-xileno 
 m-xileno
 p-xileno
 trimetilbenzeno
 ftalimida
Estrutura e NomenclaturaBCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas
Funções orgânicas
Compostos aromáticos com heteroátomos
 pirrol
 furano
 tiofeno
 piridina
 pirimidina
 purina
 escatol
timina
adenina
Estrutura e NomenclaturaBCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas
Isometria geométrica
n-butano iso-butano (2-metilpropano)
L-leucina (Leu) L-isoleucina (Ile)
Estrutura e NomenclaturaBCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas
Isometria geométrica
cistrans
9-cis-retinal
all-trans-retinal
Ácido linoléico (9,11-cis-hexadecanóico)
Estrutura e NomenclaturaBCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas
Isometria de posição
3-fosfoglicerato 2-fosfoglicerato
Estrutura e NomenclaturaBCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas
Assimetria – Quiralidade
fluoroclorobromometano
Átomo
quiral
glicina
L-alanina
D-ribulose
Átomo
quiral
Átomo
quiral
Estrutura e NomenclaturaBCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas
Isomeria ótica
Estrutura e NomenclaturaBCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas
Nomenclatura e preferência das 
funções orgânicas
Prioridade Classe Grupo Sufixo Prefixo
1 Cátions -ónio
2 Ácidos carboxílicos -COOH -(C)OOH
ácido ...carboxílico 
ácido ... óico Carboxi-
3 Ácidos sulfônicos -SO2OH ácido ... sulfónico Sulfo-
4 Sais -COOM -(C)OOM
..carboxilato de M 
-..(o)ato de M Carboxilato de M
5 Ésteres -COOR -(C)OOR
..carboxilato de R 
-..(o)ato de R R-oxicarbonil
6 Halogenetos de ácidos -COX -(C)OX
halogeneto de ..carbonilo 
halogeneto de ..(o)ilo Haloformil-
7 Amidas
-CONH2 
-(C)ONH2
-carboxamida 
-amida Carbamoil-
8 Amidinas
-C(=NH)NH2
-(C)(=NH)NH2
-carboxamidina 
-amidina Amidino-
9 Nitrilos -CN -(C)N
-carbonitrilo 
-nitrilo Ciano-
10 Isocianetos -NC -isonitrilo Isociano-
11 Aldeídos -CHO -(C)HO
-carbaldeído 
-al
Formil- 
Oxo-
12 Cetonas -(C)O -ona Oxo-
13 Alcoóis -OH -ol Hidroxi-
14 Fenóis -OH -ol Hidroxi-
15 Tiois -SH -tiol Mercapto-
16 Aminas -NH2 -amina Amino-
17 Iminas =NH -imina Imino-
Estrutura e NomenclaturaBCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas
Nomenclatura e preferência das 
funções orgânicas
Grupos Classe funcional Prefixo Exemplos
-Br
Derivados 
halogenados
Bromo
Bromometano-Cl Cloro
-F Fluoro
-I Iodo
=N2 Compostos diazo Diazo CH3=N2 (diazometano)
-NO Compostos nitroso Nitroso CH3-NO (nitrosometano)
-NO2 Compostos nitro Nitro CH3-NO2 (nitrometano)
-OR Éteres R-oxi CH3-O-CH3 (metoximetano)
-SR Sulfuretos R-tio CH3-S-Ph (metiltiobenzeno)
-SOR Sulfóxidos R-sulfinil CH3-SO-Ph (metilsulfinilbenzeno)
-SO2R Sulfonas R-sulfonil CH3-SO2 -Ph (metilsulfonilbenzeno)
Estrutura e NomenclaturaBCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas
Nomenclatura e preferência das 
funções orgânicas
Exemplos:
• L-triptofano (ácido (S)-2-Amino-3-(1H-
indol-3-il)-propiônico)
• Vitamina B5 (ácido 3-[(2,4-dihidroxi-3,3-
dimetilbutanoil)amino]propanoico)
• ATP ([(2R,3S,4R,5R)-5-(6-aminopurin-
9-il)-3,4-dihidroxioxolan-2-il]metil 
(hidroxi-fosfonoxifosforil) fosfato)
1
1
1
Estrutura e NomenclaturaBCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas
Biomoléculas orgânicas - RNA
RNA de transferênciaribonucleotídeos
citosina
adenina
guanina
uracila
Estrutura e NomenclaturaBCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas
Biomoléculas orgânicas - DNA
Estrutura e NomenclaturaBCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas
Biomoléculas orgânicas - DNA
Estrutura e NomenclaturaBCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas
Biomoléculas orgânicas – 
aminoácidos e proteínas
AtPUMP1
Backbone - “esqueleto” sem cadeias 
laterais
Esferas de átomos (raio van der Waals)
Estrutura e NomenclaturaBCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas
Biomoléculas orgânicas - lipídeos
Estrutura e NomenclaturaBCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas
Biomoléculas orgânicas - 
sacarídeos
D-glicose Ácido hialurônico
glicogênio
 
BCL-0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Água e interações
Aula 3
Água e interações químicas
Jiří Borecký
CCNH
2018
 
BCL-0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Água e interações
Estados da água
sólido (gelo) líquido (água) gasoso (vapor)
 
BCL-0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Água e interações
Estados da água
Estrutura 
molecular 
randômica 
da água 
vaporizada 
Estrutura 
molecular 
semi-
ordenada da 
água líquida 
Estrutura 
molecular 
ordenada da 
água 
congelada 
 
BCL-0308-15 Bioquímica: Estrutura,Propriedades e Função de Biomoléculas Água e interações
Água e energia
A temperatura e o estado da água 
correspondem em quantidade de 
energia absorvida por suas 
moléculas 
Água líquida tem librações em 
vez de rotações
 
BCL-0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Água e interações
Água e potencial eletrostático
O oxigênio na água tem a 
configuração de sp3 orbital:
- 2 pares de e- em lobos livres
- 2 e- em duas ligações de 2 e- 
com os hidrogênios
 
BCL-0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Água e interações
Água é polar
Dipólo da água
 
BCL-0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Água e interações
Água é polar
Dipolo da água:
1.O é mais eletronegativo do que H → elétrons mais 
perto do O
2.O tem ainda 2 pares de elétrons não ligantes → muitos 
elétrons perto do O
3.A forma de sp3 orbital é um tetraedro → ligações H-O-H 
tem ângulo de 104º → dipolos H-O não se cancelam
4.Ligação H-O é curta (100 pm) → gradiente eletrostático 
íngreme
Esses 4 fatos concedem a água um dipolo extra forte!
 
BCL-0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Água e interações
Polaridade de moléculas
A diferença de eletronegatividade entre os átomos exerce a força sobre a ligação entre eles
A soma vetorial dessas forças resulta em formação de dipólo – molécula fica polarizada
 
BCL-0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Água e interações
Polaridade de moléculas
A eletronegatividade dos substituentes de carbono define a 
densidade de elétrons em volta do átomo de carbono
 
BCL-0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Água e interações
Dissociação e ionização na água
➢ Os ácidos e bases dissociam: a molécula é rompida em dois íons
➢ Os sais são ionizados: íons – cátions e ânions – se separam das 
posições da rede cristalina
 
BCL-0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Água e interações
Solvatação de íons na água
➢ As moléculas da água circundam o íon, enfraquecendo sua 
ligação com a rede cristalina
 
BCL-0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Água e interações
Solvatação de íons na água
As moléculas da água formam o envelope de solvatação do íon, 
orientando-se para o íon com carga do dipolo oposta à carga do íon
 
BCL-0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Água e interações
Solvatação de íons na água
A solvatação dos íons aumenta entropia ΔS do sistema e diminua a 
energia livre ΔG dos componentes
 
BCL-0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Água e interações
Íons na água - eletrólito
Os íons solubilizados na água formam um eletrólito → condutor de 
eletricidade
 
BCL-0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Água e interações
Ligação de hidrogênio
Os estados físicos da água dependem da quantidade de ligações de 
hidrogênio
 
BCL-0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Água e interações
Ligação de hidrogênio
Os estados físicos da água dependem da organização de ligações de 
hidrogênio
 
BCL-0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Água e interações
Ligação de hidrogênio
As ligações de hidrogênio são possíveis entre átomo muito 
eletronegativo e hidrogênio, ligado covalentemente com outro 
átomo muito eletronegativo: O-H...O, N-H...N ou F-H...F ou suas 
combinações (ex.: N-H...O). 
 
BCL-0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Água e interações
Ligação de hidrogênio
A rede cristalina do gelo é organizada a partir das ligações de 
hidrogênio
 
BCL-0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Água e interações
Ligação de hidrogênio
A densidade da água depende das ligações de hidrogênio. A água se expande ao congelar devido à 
elasticidade incomum das ligações de hidrogênio e à conformação cristalina particular de baixa 
energia que ela assume em condições normais de pressão. Isto é, ao resfriar-se, a água tenta 
organizar-se numa configuração de rede cristalina que alonga as componentes rotacionais e 
vibracionais das pontes, de forma que cada molécula de água é afastada das vizinhas. Isso 
efetivamente reduz a densidade ρ da água quando se forma gelo sob condições normais de pressão.
-40 -20 0 20 40 60 80 100 120
0,95
0,96
0,97
0,98
0,99
1
1,01
Densidade (g/cm3)
Temperatura (°C) Densidade (g/cm3)
100 0,958
80 0,972
60 0,983
40 0,992
30 0,996
25 0,997
22 0,998
20 0,998
15 0,999
10 1,000
4 1,000
0 1,000
-10 0,998
-20 0,994
-30 0,984
 
BCL-0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Água e interações
Ligação de hidrogênio
A força das ligações de hidrogênio é visível 
na interfase – a gota como um hemisfério, 
insetos andando sobre a água
 
BCL-0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Água e interações
Ligação de hidrogênio
As ligações de hidrogênio 
também ocorrem entre 
outras moléculas e podem 
ser tanto intermoleculares 
como intramoleculares
 
BCL-0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Água e interações
Ligação de hidrogênio
Exemplo da importância das ligações de hidrogênio:
pareamento específico entre A-T e G-C (bases do DNA) 
garante a replicação correta da informação contida no DNA
 
BCL-0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Água e interações
Ligação de hidrogênio
As ligações de hidrogênio podem 
ser:
 - fortes – quando os três átomos 
envolvidos são numa reta
 - fracas – quando os três átomos 
envolvidos formam um ángulo
 
BCL-0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Água e interações
Interação hidrofóbica
 A Ligação hidrofóbica é responsável pela formação de membranas 
e junto com ligação de hidrogênio pelo enovelamento de proteínas
 
BCL-0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Água e interações
Outras interações 
intermoleculares
 A: ligação íon-íon (interação iônica)
 B: ligação dipolo-dipolo (interação van der Waals)
 C: forças dispersas de London (interação van der Waals)
 
BCL-0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Água e interações
Outras interações 
intermoleculares
 As ligações van der Waals 
podem ser entre:
• Dois dipolos 
permanentes – interação 
Keesom
• Um dipolo permanente e 
um dipolo induzido – 
interação Debye
• Dois dipolos induzidos 
mutuamente – interação 
London (dipolos 
instantâneos – correlação 
de movimentos de elétrons 
de duas moléculas em 
interação)
 
BCL-0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Água e interações
Interações intermoleculares
 
BCL-0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Água e interações
Interações intermoleculares
26
~ 20
20-40
~ 8
~ 4
Energia (kJ.mol-1)
 
BCL-0308-15 Boquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Reações em sistemas biológicos
Aula 4
Reações químicas em 
sistemas biológicos
Jiří Borecký
CCNH
2018
 
BCL-0308-15 Boquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Reações em sistemas biológicos
Nucleófilos e eletrófilos
 
BCL-0308-15 Boquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Reações em sistemas biológicos
Nucleófilos e eletrófilos
 
BCL-0308-15 Boquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Reações em sistemasbiológicos
Exemplos de reação
Substituição 
nucleofílica
•No carbono
•No carbonila
•No fosforila
•No sulfonila
 
BCL-0308-15 Boquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Reações em sistemas biológicos
Exemplos de reação
Adição/eliminação
•À ligação dupla polarizada
•À ligação dupla conjugada com a 
ligação dupla polarizada
•Adição à ligação dupla isolada
•Eliminação de carboxila
 
BCL-0308-15 Boquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Reações em sistemas biológicos
Exemplos de reação
 
BCL-0308-15 Boquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Reações em sistemas biológicos
Exemplos de reação
Isomerização 
e rearranjo
•Alílico 
•Alílico com 
condensação
•Rearranjo de 
alquila ou íon 
hídrido
 
BCL-0308-15 Boquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Reações em sistemas biológicos
Tipos de reação
 
BCL-0308-15 Boquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Reações em sistemas biológicos
Tipos de reação
 
BCL-0308-15 Boquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Reações em sistemas biológicos
Tipos de reação
 
BCL-0308-15 Boquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Reações em sistemas biológicos
Classificação de enzimas
Classes de International Union of Biochemistry (IUB)
1. Oxidoredutases
1.1.Desidrogenases
1.2.Oxidases
1.3.Redutases
1.4.Peroxidases
1.5.Catalase
1.6.Oxigenases
1.7.Hidroxilases
3. Transferases
2.1.Transaldo(ceto)lases
2.2.Acil-, Metil-, glucosil- e fosforil-
transferases
2.3.Cinases
2.4.Fosfomutases
5. Hidrolases
3.1.Esterases
3.2.Glicosidases
3.3.Peptidases
3.4.Fosfatases
3.5.Tiolases
3.6.Fosfolipases
3.7.Amidases
3.8.Deaminases
3.9.Ribonucleases
4. Liases
4.1.Decarboxilases
4.2.Aldolases
4.3.Hidratases
4.4.Dehidratases
4.5.Sintases
4.6.Liases
5. Isomerases
5.1.Racemases
5.2.Epimerases
5.3.Isomerases
5.4.Mutases (não todas)
6. Ligases
6.1.Sintetases
6.2.Carboxilases
 
BCL-0308-15 Boquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Reações em sistemas biológicos
Reações catalisadas pelas 
enzimas
➢Oxidorredução
● Um doador de elétrons ou hidrogênio (redutor) reage com um aceptor de elétrons ou 
hidrogênio (oxidante)
➢Transferência
● Um grupo funcional (grupo metila ou fosfato) é transferido da molécula de doador para o 
aceptor
➢Hidrólise
● Uma cisão de uma molécula orgânica através da utilização de água.
➢Rompimento de ligações
● Uma cisão de uma molécula orgânica (sem oxidorredução ou hidrólise) – frequentemente 
se forma ligação dupla ou um ciclo
➢Isomerização
● Um rearranjo estrutural de isômeros
➢Ligação
● Uma junção de duas moléculas grandes formando uma nova ligação química, usualmente 
acompanhada com a hidrólise de um grupo pequeno pendente numa das moléculas 
grandes
● Adição de carboxila, introdução de metal para porfirinas
 
BCL-0308-15 Boquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Reações em sistemas biológicos
Oxidorredução
L-malato + NAD+ ↔ oxaloacetato + NADH + H+
G°’ = +29,7 kJ/mol
Malato
desidrogenase
NAD+ NADH + H+
O
OH
O
OH OH
H
H
H O
O
C
H2
OH
O
O
Malato desidrogenase
 
BCL-0308-15 Boquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Reações em sistemas biológicos
Oxidorredução
Acil-CoA desidrogenase
 
BCL-0308-15 Boquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Reações em sistemas biológicos
Transferência
O
CH2OH
H
H
OH
H
OH
OH
H
OH
H O
CH2
H
H
OH
H
OH
OH
H
OH
H
O
O
P
O
O
hexocinase
(glicocinase)
ATP
Cinase
α-D-glicose + ATP ↔ α-D-glicose-6-fosfato + ADP + H+
G°’ = -16,7 kJ/mol
ADP
 
BCL-0308-15 Boquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Reações em sistemas biológicos
Transferência
 Transcetolase
 Transaldolase
 
BCL-0308-15 Boquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Reações em sistemas biológicos
Hidrólise
α-D-Glicose-6-fosfato → α-D-Glicose + Pi
 G°’ = -16,3 kJ/mol
O
CH2OH
H
H
OH
H
OH
OH
H
OH
HO
CH2
H
H
OH
H
OH
OH
H
OH
H
O
O
P
O
O Pi
Glicose-6-
-fosfatase
α-D-Glicose-6-fosfatase 
 
BCL-0308-15 Boquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Reações em sistemas biológicos
Hidrólise
Acil-CoA acetiltransferase - tiolase 
 
BCL-0308-15 Boquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Reações em sistemas biológicos
Rompimento de ligação
– piruvato descarboxilase (E1)
– Dihidrolipoil transacetilase (E2)
– Dihidrolipoil desidrogenase (E3)
piruvato desidrogenase
NAD+ NADH + H+
O OH O O
O
C C C C S—CoAH H H H3 3 3 3
O
-
E1
CO2
CoASH
TPP+
E2
Lipoamida
E3
FAD
 
BCL-0308-15 Boquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Reações em sistemas biológicos
Rompimento de ligação
α-D-Frutose-1,6-bisfosfato → D-gliceraldeido-3-fosfato + dihidroxiacetona-1-fosfato
G°’ = +23,9 kJ/mol
O
O
P
O
O
Aldolase
 
BCL-0308-15 Boquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Reações em sistemas biológicos
Isomerização
Citrato ↔ cis-aconitato + H2O ↔ isocitrato
G°’ = +8,4 kJ/mol
G°’ = -2,1 kJ/mol
AconitaseAconitase
Fe-SFe-S
O
O O
OH
OO
OH
OH
O
O O
OH
OOO
O O
OH
OO
+ H2O
Citrato isomerase - aconitase
 
BCL-0308-15 Boquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Reações em sistemas biológicos
Isomerização
ribose-5-fosfato epimerase
 
BCL-0308-15 Boquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Reações em sistemas biológicos
Ligação
 γ-glutamilcisteína sintetase e glutationa sintetase
 
BCL-0308-15 Boquímica: Estrutura, Propriedades e Função de Biomoléculas Reações em sistemas biológicos
Ligação
 ribulose 1,5-bisfosfato carboxilase/oxigenase - RuBisCO
 
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Aula 5
Termodinâmica e cinética 
Jiří Borecký
CCNH
2018
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Termodinâmica e Cinética
Bioenergética e termodinâmica
➢Toda vida aeróbica na 
Terra depende da 
fotossíntese
➢Catastrofe da 
fotossíntese:
● a vida dos 
organismos 
superiores acabaria 
em 25 anos!
 
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Energia e vida
➢Obtenção da energia
● Organismos autótrofos: 
luz solar
● Organismos heterótrofos: 
Compostos orgânicos
 
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Anabolismo e catabolismo
 
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Acetil-CoA – ponto central do 
metabolismo
 
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Termodinâmica
 Há necessidade constante de energia para exercer as 
atividades normais dos seres vivos como:
• Movimento 
• Crescimento 
• Reprodução
• Regulação
• Defesa
•Alimentação
 Estudo de interação de energia com a matéria:
Termodinâmica
(do grego therme = calor [forma de energia] + dynamis = força, potência)
 Todos os seres vivos obedecem as leis da termodinâmica!
 
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Leis da Termodinâmica
 1a lei de termodinâmica (lei quantitativa)
Energia é conservada.
Todos os tipos de energia são equivalentes quantitativamentee 
podem ser transformados um em outro
 2a lei de termodinâmica (lei qualitativa)
Entropia tende aumentar.
Processos espontâneos levam a equilíbrio (uniformidade ou caos) 
 3a lei de termodinâmica
Entropia a 0 kelvin (-273,15°C) = 0
Velocidade de movimento de elementos do sistema cessa a 0 K 
 
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Leis da Termodinâmica
 1a lei de termodinãmica
Energia é conservada
 Definição da 1a lei de termodinãmica:
Energia interna (U) é conservada e por isso
não pode ser criada ou destruída
ΔU = Uinicial – Ufinal = q – w
Diferença na energia do sistema é igual a diferença entre
o calor (q) absorvido pelo sistema de fora (+) e
o trabalho (w) realizado pelo sistema para fora (-)
 
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1a Lei da Termodinâmica
 Calor = energia de movimento molecular 
(translação, rotação e vibração) – 
movimento “desorganizado” → cada 
partícula tem particular vetor do 
movimento
 Trabalho = energia definida pela força × 
distância (percorrida sob influência 
desta força) – movimento “organizado” 
→ todas partículas tem igual vetor do 
movimento 
 Tipos de força:
• Gravitacional (exercida por uma massa sobre a outra)
• Expansional (exercida por um gás → pressão × volume)
• Tensional (exercida por uma fibra muscular)
• Elétrica (exercida por uma carga sobre a outra)
• Disparadora de fricção e viscosidade (exercida por um líquido)
 
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1a Lei da Termodinâmica
 Energia Térmica (interna do sistema) – Entalpia (do grego 
enthalpein = aquecer) 
H = U + pV ou ΔH = ΔU + pΔV + VΔp 
 Sistemas biológicos são na maioria de casos sob pressão 
constante → trabalho por expansão é igual a pΔV
 Assim, à pressão constante (VΔp=0):
ΔH = ΔU + pΔV = qP – w + pΔV
 Se ocorrer somente trabalho “pressão-volume”, é
ΔH = qP – pΔV + pΔV = qP
 Nas reações bioquímicas, a diferença da entalpia é 
desprezível porque ΔV → 0 e assim, ΔH ≈ ΔU
 
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2a Lei da Termodinâmica
 Os organismos como sistemas físico-químicos:
• Não podem criar a energia que necessitam
• A energia tem que ser obtida
— do exterior
— a partir de processos espontâneos que a liberam.
• Processo espontâneo é um processo que ocorre sem 
fornecimento de energia adicional de fora de sistema
• 1a lei termodinâmica não pode determinar a 
espontaneidade do processo
 
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2a Lei da Termodinâmica
 2a lei de termodinâmica (lei qualitativa)
Entropia tende aumentar
Processos espontâneos levam a equilíbrio (uniformidade ou caos) 
 Os organismos como sistemas físico-químicos:
• Processos espontâneos são caracterizados em conversão de 
ordem em desordem (ou de liberdade menor em liberdade 
maior)
 
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2a Lei da Termodinâmica
 A desordem (ou liberdade) é definida como número (ou quantidade) 
de caminhos energeticamente equivalentes (W) de arranjar os 
componentes de um sistema
 O grau de desordem é definido por sua Entropia (do grego en = em 
+ trope = retorno)
S = kB ln (W)
onde kB (constante de Boltzman) = (1,380658 ± 0,000012) . 10-23 J.K-1 
 Em um processo espontâneo, onde ΔU = 0 e ΔH = 0, deveria 
ser:
• A diferença da entropia ΔS > 0 porque
• O número de caminhos energeticamente equivalentes que levam ao 
estado final deve ser maior do que número de caminhos 
energeticamente equivalentes que levam ao estado original 
Worig→fim > Wfim→orig
ΔSsistema + ΔSvizinhança= ΔSuniverso > 0
 
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2a Lei da Termodinâmica
 É impossível determinar a entropia de um sistema contando todos 
os arranjos possíveis dos seus componentes 
 ΔS pode ser determinada pelo calor. Imagine que um objeto desce 
de altura original realizando o trabalho w e é parado por fricção 
que gera calor q = w. O calor é absorvido por sistema com 
temperatura T. O sistema é tão grande que a absorção do calor 
não vai mudar a T dele. A entropia deste sistema muda nesta 
maneira:
ΔS = q / T
 A entropia de um sistema indica
• a probabilidade (tendência) dele sofrer uma mudança
 A entropia de um sistema NÃO indica 
• a quantidade de energia que pode ser liberada
• a quantidade da energia utilizável como trabalho útil!
 
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2a Lei da Termodinâmica
 A quantidade de energia que pode ser liberada por um processo 
que ocorre a temperatura e pressão constantes representa a 
quantidade da energia utilizável como trabalho útil
 Em condições de equilíbrio, onde T e P são constantes:
ΔS = ΔqP / T = ΔH / T → ΔH - TΔS = 0
 Fora do equilíbrio, este é o verdadeiro critério de espontaneidade 
formulado por J. Willard Gibbs como Energia Livre do sistema 
(Energia de Gibbs):
G = H – TS ou ΔG = ΔH - TΔS
 O valor de ΔG indica 
• a probabilidade energética de uma reação bioquímica ocorrer 
= espontaneidade da reação
• O sentido da reação:
— ΔG < 0 – reação termodinamicamente favorável - espontânea
— ΔG > 0 – reação termodinamicamente desfavorável ocorre no 
sentido contrário
 
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2a Lei da Termodinâmica
 Reação termodinamicamente favorável – espontânea (ΔG < 0) é 
chamada como reação exergônica (do grego: ergon = trabalho)
 Reação termodinamicamente desfavorável – não espontânea (ΔG > 0) 
é chamada como reação endergônica 
 Reação termodinamicamente no equilíbrio tem ΔG = 0
 Variações em espontaneidade de uma reação:
 
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Termodinâmica clásica
 Entalpia, entropia e energia livre do Gibbs dependem 
somente das propriedades atuais do sistema e não do 
caminho, pelo qual foi estado atingido
 Medidas termodinâmicas consideram os estados iniciais e 
finais das propriedades do sistema, ignorando os valores 
intermediários de entalpia e entropia
 Os sistemas vivos não estão em equilíbrio:
• Reações bioquímicas estão ocorrendo todo o tempo
• Reações bioquímicas podem ocorrer com velocidade constante → 
 estado estacionário (não é equilíbrio!!)
• Quando o equilíbrio é alcançado, trocas de matéria e energia com 
ambiente cessam → morte
 
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Equilíbrio versus estado 
estacionário
 Entropia de uma substância aumenta com volume – é 
uma função da concentração da substância
 Variação da energia livre de Gibbs de uma reação 
depende da concentração dos substratos e produtos:
• Reações bioquímicas podem operar em qualquer direção
• A direção momentânea depende da concentrações atuais dos 
substratos e produtos
 Para uma reação (a, b, c e d são coeficientes estequiométricos)
a A + b B → c C + d D
Keq = [C]c . [D]d /[A]a . [B]b
 Keq é a constante de equilíbrio que indica extensão do processo 
e assim a variação da energia útil (energia livre de Gibbs)
 
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Equilíbrio versus estado 
estacionário
 A variação da energia livre de Gibbs para condições 
padrão ΔG° (temperatura de 25°C, pressão1 atm e 
concentrações de todos reagentes 1 M) é expressa pela 
equação:
ΔG° = - RT ln (Keq) = - 2,3 RT log (Keq)
 Em bioquímica, existe outro padrão -> ΔG´° (temperatura 
de 25°C, pressão 1 atm e concentrações de todos 
reagentes 1 M, exceto [H+] que é igual a 10-7 M ou pH = 7) 
 R = 8,3 J/K.mol – constante de gases perfeitos
 Para outras concentrações de reagentes, a energia livre 
de Gibbs ΔG é dada
ΔG = ΔG° + RT ln ( [C]c . [D]d /[A]a . [B]b )
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Termodinâmica e Cinética
Constante de equilíbrio e energia 
livre de Gibbs
 
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Termodinâmica de seres vivos
 A vida persiste porque um biossistema (um ser vivo) pode 
ser ordenado às custas de desordenar as suas redondezas 
em uma maior extensão
 Os organismos atingem a ordem pela desordem:
• “Combustão” dos nutrientes
• A entropia dos nutrientes é tão importante como o seu conteúdo 
energético
 Organismos vivos representam um sistema 
termodinamicamente aberto – troca de matéria e energia 
com o ambiente – nunca atingem o equilíbrio
• Coleta de nutrientes
• Liberação do “lixo”
• Geração de trabalho
• Geração do calor
 Organismos mantém a razão entrada / saída da matéria e 
energia constante – estado estacionário
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Termodinâmica e Cinética
Termodinâmica de seres vivos
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Termodinâmica e Cinética
Espontaneidade e velocidade de 
reações
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Termodinâmica e Cinética
Cinética
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Termodinâmica e Cinética
Ordem da reação
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Termodinâmica e Cinética
Ordem da reação
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Termodinâmica e Cinética
Ordem da reação
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Termodinâmica e Cinética
Tempo de meia vida
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Aminoácidos
Aula 7
Estrutura química e função de 
aminoácidos e peptídeos 
Jiří Borecký
CCNH
2018
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Aminoácidos
Aminoácidos
 Aminoácido – 
fórmula geral
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Aminoácidos
 Existem: 
•20 aminoácidos proteinogênicos comuns
•Alanina, Arginina, Asparagina, Aspartato, Cisteína, Fenilalanina, 
Glicina, Glutamato, Glutamina, Histidina, Isoleucina, Leucina, 
Lisina, Metionina Prolina, Serina, Treonina, Triptofano, Tirosina, 
Valina
•2 aminoácidos proteinogênicos incomuns
•Selenocisteína, Pirrolisina
•aminoácidos especiais: antibióticos/sinalizadores/metabólicos
•Lantionina, Ácido α-aminoisobutírico, Deidroalanina
•Ácido γ‑aminobutírico (GABA), Dihidroxifenilalanina (L-DOPA)
•Tiroxina, ácido 1-Aminociclopropano-1-carboxílico (ACC)
•Carnitina, Ornitina e Citrulina 
 Aminoácidos têm um grupo carboxila, um grupo amina, e um 
átomo de hidrogênio ligados geralmente a um carbono alfa (α).
 Os aminoácidos se diferenciam pelo grupo lateral R ligado ao 
carbono alfa (α).
Aminoácidos
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Aminoácidos
Propriedades de aminoácidos
 Glicina não tem átomo 
quiral. 
 Treonina e isoleucina tem 
2 carbonos quirais e então 
4 possíveis 
estereoisômeros 
 Proteínas são formadas 
exclusivamente de L-
aminoácidos.
 19 dos 20 amino ácidos proteinogênicos comuns tem 
um carbono quiral (centro estereoespecífico; carbono α) 
com 2 estereoisômeros L e D. 
 
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Propriedades de aminoácidos
 Cinco aminoácidos possuem estrutura alifática apolar
 
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Propriedades de aminoácidos
 A cadeia alifática da prolina está covalentemente ligada 
ao grupo amina – aminoácido alifático cíclico
 O anel pirrolidina formado restringe rotação em torno da 
ligação do carbono α
– Por falta de uma ponte de hidrogênio, o Pro introduz 
um ângulo no eixo da α-hélice
 
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Propriedades de aminoácidos
 Fenilalanina, tirosina e triptofano são aminoácidos 
aromáticos
Phenylalanine (Phe)
Tyrosine (Tyr)
Tryptophane (Trp)
 
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Propriedades de aminoácidos
 Metionina e cisteína contém um átomo de enxofre 
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Aminoácidos
Propriedades de aminoácidos
 Formação de cistina pela oxidação de cisteína – pontes 
de dissulfeto
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Aminoácidos
Propriedades de aminoácidos
 Dois aminoácidos possuem um álcool
 
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Propriedades de aminoácidos
 Três aminoácidos possuem grupos amino e são básicos
 
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Propriedades de aminoácidos
 Aspartato e glutamato são ácidos, e seus derivados 
asparagina e glutamina possuem um grupo amida 
(neutro – hidrofílico).
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Aminoácidos
Propriedades de aminoácidos
 Amino ácidos podem ser modificados em proteínas. 
 Tais modificações geralmente ativam ou inibem 
atividade de proteínas e portanto são fundamentais para 
comunicação e fisiologia celular e do organismo
O-Fosfosserina 4-Hidroxiprolina 5-Hidroxilisina γ-carboxiglutamato 
 (fosforilação) (colágeno) (coagulação)
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Aminoácidos
Propriedades de aminoácidos
 Miristoilação e 
isoprenação 
servem como 
âncoras de 
proteínas na 
membrana
 Paimitoilação 
compete com a 
fosforilação, 
modulando a 
atividade da 
enzima
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Aminoácidos
Propriedades de aminoácidos
 Aminoácidos são ácidos/bases fracos => tampões! 
 Alanina – aminoácido com 2 grupos funcionais
pK1 = 2.4 
pK2 = 9.9 
pIAla = ponto isoelétrico 
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Aminoácidos
Propriedades de aminoácidos
 Histidina – aminoácido com 3 grupos funcionais
pK1 = 1.8
pK2 = 6.0
pK3 = 9.3
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Aminoácidos
Propriedades de aminoácidos
 pKa dos grupos 
ácidos e básicos 
dos aminoácidos
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Aminoácidos
Propriedades de aminoácidos
 A hidrofobicidade dos 
amino ácidos
 Escala de hidrofobia, 
a variação de energia 
livre da transferência 
do amino ácido do 
interior de uma fase 
hidrofóbica para meio 
aquoso.
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Aminoácidos
Propriedades de aminoácidos
 Aminoácido
•Hidrofóbico
•Hidrofílico
•Ácido
•Básico
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedadese Funções de Biomoléculas Aminoácidos
Estrutura de peptídeos e 
proteínas
 Ligação peptídica – formação de amida (secundária)
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Aminoácidos
Estrutura de peptídeos e 
proteínas
 Tautomeria
– Ligação peptídica tem caráter de 
ligação dupla. 
– Ressonância de tautômeros (a, b e 
c): O caráter de ligação dupla 
impede a livre rotação da ligação 
peptídica. Os átomos de N e C da 
ligação peptídica, o átomo de O da 
carbonila, e o de H da amina 
definem um plano
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Aminoácidos
Estrutura de peptídeos e 
proteínas
 Configuração cis e trans em torno da ligação peptídica.
 A maioria absoluta da ligação peptídica de aminoácidos em 
proteínas estão na forma trans
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Aminoácidos
Estrutura de peptídeos e 
proteínas
 A ligação Cα―C=O e a ligação Cα―NH são simples e poderiam girar 
livremente, mas são parcialmente restritas pelas cadeias laterais, R
 Os ângulos φ (giro da ligação Cα-NH) e ψ (giro da ligação Cα-C=O) são 
definidos como ZERO quando os aminoácidos estão na conformação ao 
lado. Esta NÃO EXISTE em proteínas devido a repulsão entre os átomos 
das cadeias principal e lateral.
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Aminoácidos
Estrutura primária de peptídeos e 
proteínas
 Estrutura primária: sequência linear de aminoácidos que 
forma um polipeptídeo
Ser – Gly – Tyr – Ala – Leu 
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Aminoácidos
Estrutura primária de peptídeos e 
proteínas
 A cadeia principal do polipeptídeo pode ser considerada 
planos consecutivos, que compartilham um ponto de rotação 
comum, o Cα, entre eles
 A rotação em torno das ligações Cα-C e Cα-N são restritas 
por impedimento estérico entre os átomos das cadeias 
principal e lateral, grupos R (em vinho).
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Aminoácidos
Peptídeos
 Peptídeos (do grego πεπτίδια – pequenos digestíveis) são 
curtos polímeros dos aminoácidos, ligados entre si pela 
ligação peptídica.
 Tamanho do polímero:
– 2 aminoácidos – dipeptídeo
– 3 aminoácidos – tripeptídeo
– até 10 aminoácidos – oligopeptídeo
– até 50 aminoácidos – polipeptídeo
– polipeptídeo acima de 50 aminoácidos é chamado 
proteína (divisão um tanto arbitrária)
 A sequência de peptídeos é determinada
– Pelo código genético armazenado no DNA (maioria)
– Pela sequência de reações biossintéticas (glutationa)
Insulina tem 21 + 30 aa 
→ proteína ou peptídeo?
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Aminoácidos
Classes de peptídeos
 Peptídeos do leite – Lactotripeptídeos:
– Isoleucina-Prolina-Prolina (IPP) e 
– Valina-Prolina-Prolina (VPP)
– Derivados da caseína (proteína de leite) produzidos por 
• ação das enzimas digestivas
• proteinases formadas pelos lactobacilos na 
fermentação
– Alguns estudos sugerem que os peptídeos de leite baixam 
pressão sanguínea por inibir ACE, a enzima que converte 
angiotensina I em II. Angiotensina II causa a constrição 
dos vasos (aumenta a pressão). 
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Aminoácidos
Classes de peptídeos
 Peptídeos ribossomais (feitos no ribossomo):
– Sintetizados no ribossomo pela tradução do mRNA
– Maioria sofre modificação pós-traducional:
• Clivagem
• Fosforilação
• Hidroxilação
• Sulfonação
• Glicosilação
• Miristoilação/Palmitoilação
• Formação de S-S pontes
– Função:
• Hormônios (organismos superiores)
• Antibióticos (microcinas – bactérias)
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Aminoácidos
Classes de peptídeos
 Hormônios
 Hormônio liberador de 
tireotrofina
 (pyro)Glu-His-Pro-NH2
 Ocitocina (parto)
 Cys – Tyr – Ile – Glu – 
Asp – Cys – Pro – Leu 
– Gly
 Bradicinina (pressão ↓)
 Arg - Pro - Pro - Gly - 
Phe - Ser - Pro - Phe - 
Arg
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Aminoácidos
Classes de peptídeos
 Hormônios
 Angiotensina I
 Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-
His-Pro-Phe-His-Leu
 Angiotensina II
 Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-
His-Pro-Phe
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Aminoácidos
Classes de peptídeos
 Antibióticos (microcinas – bactérias)
didehydroalanine (Dha)
didehydroaminobutyric acid (Dhb)
Aminobutiric acid (Abu)
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Aminoácidos
Classes de peptídeos
 Peptídeos não-ribossomais: Sintetizados pelas peptídeo 
sintetases não ribossomais
– Antioxidantes: Glutationa
– Antibióticos: Actinomicina, Bacitracina, Vancomicina, Tirocidina, 
Gramicidina, Tiostreptona
– Citostáticos: Epotilona, Bleomicina
– Imunossupressores: Ciclosporina A
– Sideróforos (armazém de Fe): Enterobactin, Myxochelin A
– Pigmentos: Indigoidine
– Toxinas: Microcistinas, Nodularinas, cianotoxinas - cyanobacteria.
– Polímeros para armazém de nitrogênio: Cyanophycin - cyanobacteria
– Fitotoxinas
• HC-toxin – fator de virulência fungo patogênico de planta Cochliobolus 
(Helminthosporium)
• AM-toxin – produzido por fungo patogênico de planta Alternaria alternata 
pv. mali[2]
• Victorin – pentapeptídeo cíclico clorado do fungo patogênico de planta 
Cochliobolus victoriae.
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Proteínas
Aula 8
Estrutura e função de 
proteínas 
Jiří Borecký
CCNH
2018
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Proteínas
Proteínas
 Proteínas (do grego  "primeira qualidade" ou protos 
"primeiro") são longos polímeros lineares dos aminoácidos, 
ligados entre si pela ligação peptídica.
 Tamanhos do polímero:
  de 5.000 a 1.000.000 Da (= g/mol) ou mais (titina – 3,8 MDa; 27000 aa)
 A sequência de peptídeos é determinada
– Pelo código genético armazenado no DNA
– 20 aminoácidos proteinogênicos
– 2 aminoácidos proteinogênicos raros – selenocisteína e pirrolisina 
(Árqueas)
 Classes de proteínas:
– Globulares (enzimas, anticorpos, transportadoras, hormônios
– Fibrosas (escleroproteínas – citoesqueleto, matriz extracelular, fibrina 
no coágulo)
– De membrana (canais iônicos transportadores, receptores, interação 
intercelular)
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Proteínas
Proteínas globulares
 Proteínas globulares (da esquerda à direita):
– Imunoglobulina G
– Hemoglobina
– Insulina
– Adenilato cinase
– Glutamina sintase
 
BCL0308-15 Bioquímica: Estrutura, Propriedades e Funções de Biomoléculas Proteínas
Proteínas fibrosas
 Proteínas fibrosas (da esquerda à direita):
– Microfilamento (poliactina)
– Filamento intermediário (copolímero)
– Microtúbulo (poli α- e β-tubulina)
 
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Proteínas fibrosas
 Proteínas fibrosas:
– Microfilamento (poliactina)
– Filamento intermediário (copolímero)
– Microtúbulo (poli α- e β-tubulina)
 
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Proteínas fibrosas
 Proteínas fibrosas:
– Colágeno (matriz extracelular)
– Elastina (matriz extracelular; veja animação)
 
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Proteínas fibrosas
 Proteínas fibrosas:
– Fibrina (polímero do fibrinogênio)
 
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Proteínas de membrana
– porina – AtPUMP1
– Canal de potássio 
Kv1.2/2.1 – ATP sintase
– Receptor de 
acetilcolina
 
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Proteínas de membrana
– Receptor de acetilcolina
 
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Proteínas de membrana
– Maiores complexos de histocompatibilidade I e II
Célula 
apresentadora 
de antígeno
Linfócito T 
Handshaking - 
“aperto de mão”
 
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Estrutura primária de proteínas
 Diferentes proteínas são 
definidas pela sua 
composição de amino 
ácidos. 
 A sequência de 
aminoácidos é 
determinada pelo código 
genético armazenado no 
DNA
 A sequência de 
aminoácidos é chamada 
de estrutura primária
 
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Estrutura segundária de 
proteínas
α-hélice 
– A estrutura é estabilizada por um grande número de ligações 
de H entre todos os H da amida e o O da carbonila.
 
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Estrutura segundária de 
proteínas
 α-hélice se repete a cada 3,6 aminoácidos → hélice 3,613.
 A distância entre um Cα de um aminoácido e o Cα do quarto 
aminoácido acima estão a 0,54 nm ou 5,4 Å 
 As pontes de H se formam 
entre -NH de aan e CO 
aan+4: i + 4 → i
 O ângulo entre 2 oxigênios 
é ~100°
 
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Estrutura segundária de 
proteínas
 As cadeias laterais ocupam as posições externas à α-hélice. 
 A maioria das α-hélices são dextrógiras (“right handed”)
 Em proteínas globulares, α-hélices se repetem por 12 
resíduos de aminoácidos ou 3 voltas em média.
 
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Estrutura segundária de 
proteínas
 α-hélices tem interior compacto:
● Átomos da cadeia principal são em 
cores
● Átomos das cadeias laterais são em 
amarelo. 
 
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Estrutura segundária de 
proteínas
 β-folhas. Esta estrutura 
secundária é estabilizada 
também por ligações de 
H, porém entre partes 
distantes.
 Pode ser PARALELA ou 
ANTI-PARALELA
 Β-folhas antiparalelas 
são mais estáveis devido 
a caráter linear de 
ligação de hidrogênio.
antiparalela paralela
 
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Estrutura segundária de 
proteínas
 Em β-folhas, as cadeias laterais 
apontam alternadamente para 
direções opostas da folha a 
cada sucessivo amino ácido.
 
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Estrutura segundária de proteínas
 
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Estrutura terciária de proteínas
 A união de estruturas 
secundárias forma as 
chamadas ESTRUTURAS 
SUPERSECUNDÁRIAS 
ou MOTIVOS (motifs, em 
inglês) 
a) hélice-alça-hélice b) coiled coil c) grupo de hélices
d) Unidade de βαβ f) meandro β
h) sanduíche βg) chave grega
e) “grampo”
 
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Estrutura terciária de proteínas
 Polipeptídeos grandes 
(>200 aminoácidos) 
geralmente formam 
DOMÍNIOS, cada qual 
constituído de motivos.
 Domínios podem possuir 
identidade estrutural e 
funcional, mas são formados 
de um único polipeptídeo 
linear. 
Fig. 6-30. A proteína de dois domínios: 
gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase. 
1O domínio (vermelho) liga NAD (preto) e 
2o domínio (verde) liga G3P (não 
mostrado) [Segundo Biesecker et al., 
Nature, 266: 331 (1977)]
 
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Estrutura terciária de proteínas
a) Unidade de βαβ b) “grampo (hairpin) a) Motivo αα
d) baris β
e) baril α/β
Fig.6-28. Motivos 
de proteínas
 
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Estrutura terciária de proteínas
 Proteínas não são esferas vazias. São compactas
 
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Estrutura terciária de proteínas
Forças que estabilizam estruturas terciárias:
• Interações iônicas
• Ligações de Hidrogênio
• Forças de van der Waals. Interações 
dipolo-dipolo
• Forças hidrofóbicas
Forças Eletrostáticas
 
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Estrutura terciária de proteínas
As principais forças responsáveis pela 
estabilização da estrutura terciária:
● O interior de proteínas é hidrofóbico (fobia a água) e o 
exterior é hidrofílico. 
● Aminoácidos insolúveis em água tendem a se acomodar 
no interior das proteínas. ISOLADOS DA ÁGUA.
● Aminoácidos solúveis em água tendem a se acomodar 
na parte exterior das proteínas. EM CONTATO COM A 
ÁGUA.
● Exceção: construção de proteínas de membrana é 
diferente, devido interação hidrofóbica delas com a 
membrana em volta e frequente presença de um canal 
aquoso no centro da proteínas
 
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Estrutura terciária de proteínas
Ligações covalentes são 
importantes para estabilização 
de estrutura terciária. 
Ligação ou 
ponte de 
dissulfeto
 
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Estrutura quaternária de proteínas
A estrutura quaternária é composta de 
subunidades
Glutamina sintetase
 
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Estrutura quaternária de proteínas
As subunidades diferentes 
exercem papéis especializados
ATP-sintase converte a energia dos metabólitos em 
ATP – moeda universal de energia celular 
Veja ATPsintase.avi 
 
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Estrutura quaternária de proteínas
As principais forças responsáveis pela 
estabilização da estrutura quaternária:
● As subunidades são estabilizadas por interações fracas
● Forças hidrofóbicas são as principais responsáveis pela 
formação de proteínas com múltiplas subunidades. Assim, 
subunidades isoladas possuem aminoácidos (resíduos) 
hidrofóbicos expostos a água, e quando as subunidades 
se associam, estes aminoácidos passam para o interior, 
protegidos da água. 
● Pontes de sulfeto frequentemente estabilizam as 
subunidades (+ ação regulador de atividade)
● Interações iônicas podem contribuir para ao ajuste 
apropriado de duas subunidades
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