Aminoácidos e Proteínas

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Aminoácidos e Proteínas
Proteínas são os componentes celulares mais abundantes
 Diversificadas em forma e função
 São polímeros de aminoácidos.
 Componentes típicos de um aminoácido
Exceção: grupo iminoácido da prolina.
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Aminoácidos e Proteínas
- Em pH fisiológico, grupos amino e carboxila estão na forma ionizada.
 A natureza do grupo R é importante para definir conformação das moléculas protéicas
Aa. podem ser classificados de acordo com a polaridade do radical:
 Polares (hidrofílicos)
 Apolares (hidrofóbicos)
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Aminoácidos apolares: Radical com caráter de hidrocarboneto, não interagem com a água.
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- Em cadeias polipeptídicas, os aminoácidos apolares tem localização interna.
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Aminoácidos polares: Radical com carga líquida ou residual que permitem interação com a água. Geralmente na superfície das moléculas protéicas.
- São classificados em 3 categorias com base na carga do radical em pH 7: básicos (carga +), ácidos (carga -) ou polares sem carga (carga líquida igual a 0)
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- O carbono α de todos os aminoácidos (exceto glicina) é assimétrico porque está ligado a 4 grupos diferentes. Isso permite a existência de dois isômeros ópticos (D e L)
exceção
- Aminoácidos tem pelo menos dois grupos ionizáveis: (-NH3+ e –COOH) formas protonadas ou (-NH2 e –COO-) formas desprotonadas. Disposição dessas formas depende do pH e do pKa 
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A conversão das formas depende do pH, sendo refletida na curva de titulação. Quando há dois grupos ionizáveis apenas, as curvas de titulação são semelhantes às curvas dos ácidos fracos com 2 pKas distantes (1 para o grupo amino e outro para o grupo carboxila)
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Observe:1) em pH muito baixo (muito H+) predomina forma I (protonada). À medida em que se adiciona álcali (pH sobe), ocorre ionização do grupo carboxila (predomina forma II). Adicionando-se mais álcali, passa a predominar a forma III (desprotonoada).
2) A forma eletricamente neutra predomina existe acima do pKa da carboxila e abaixo do pKa do grupo amino; ela será mais abundante no pH equidistante dos dois valores de pKa. 
Generalizando: o pH onde predomina a forma neutra é a média aritmética de dois valores de pKa. Este valor de pH é chamdado de ponto isoelétrico.
pI= pka1 + pKa2 
 2
Neste ponto, as moléculas comportam-se como se fossem neutras (não migram quando submetidas a um campo elétrico)
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Aminoácidos monoamínicos e dicarboxílicos: A forma eletricamente neutra (carga líquida igual a zero) existe quando 1 carboxila estiver protonado (-COOH sem carga) e o outro desprotonado (-COO- carga negativa). A carga do COO- será compensada pelo grupo NH3+.
Aminoácidos com 1 COOH e 2 NH3+: forma neutra em pH eqüidistante dos pkas dos grupos básicos.
Generalizando: para aminoácidos com 3 grupos ionizáveis usam-se pkas de grupos com mesmo sinal durante o cálculo do ponto isoelétrico
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Aminoácidos
pI= pka1 + pKa2 
 2
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Cadeia polipeptídica: polímero de aminoácidos
 grupamento aminoterminal e carboxiterminal
Proteína: biomolécula formada por uma ou mais cadeias polipeptídicas (mais de 50aa. ou 6KDa)
 proporções dos aminoácidos variam de uma proteína para a outra
 funcionalidade depende da estrutura
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 Aminoácidos se unem por meio de ligações pepetídicas formando cadeias polipeptídicas.
 Nos seres vivos, as ligações peptídicas jamais ocorrem diretamente (há participação de ribossomos e RNP.
 Apresenta carcterísticas intermediárias entre ligação simples e dupla devido à fenômeno de ressonância.
 
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Características da ligação peptídica:
 comporta-se como dupla ligação parcial
 rígida e planar
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Estrutura das Proteínas
 Seqüência de aminoácidos determina a estrutura espacial (precisa organização tridimensional essencial para função das proteínas)
4 Níveis de Organização:
Estrutura Primária: 
 Corresponde à seqüência de aminoácidos 
 Determinada geneticamente
 Extremidade n-terminal e c-terminal
Estrutura Secundária: 
A cadeia de aminoácidos se dobra sobre si mesma em virtude do estabelecimento de pontes de hidrogênio envolvendo grupos –NH e –C=O
 2 principais formas de estrutura secundária: α-hélice e folha ß pregueada.
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α-Hélice: 
 Pontes de Hidrogênio forçam uma organização em espiral da molécula (voltas em torno de um eixo) 
Pontes de hidrogênio entre grupamento amino e carbonila são paralelas à cadeia polipeptídica
Cadeias laterais dos aminoácidos voltadas externamente.
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Folhas ß-Pregueadas:
 Aspecto de folha de papel dobrada em sanfona (pregueada)
 Estabilizada por pontes de hidrogênio perpendiculares às cadeias polipeptídica.
 Radicais dos aminoácidos se projetam para cima ou para baixo do plano da folha.
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Mioglobina (α-hélice)
Concanavalina A
(Folha ß pregueada)
Toxina Diftérica
(α-hélice + folha ß)
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Estrutura terciária:
 Cadeia polipeptídica dobra-se novamente sobre si mesma.
 Segmentos distantes se interagem por meio dos radicais dos aminoácidos
Tipos de Ligações que estabilizam estrutura terciária:
 Pontes de hidrogênio entre radicais de aminoácidos polares com ou sem carga
 Interações iônicas entre aminoácidos com radicais de cargas opostas (aa. básicos e aa. Ácidos)
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Interações Hidrofóbicas: 
 Ocorrem em ambiente aquoso quando radicais de aa. apolares se aproximam, diminuindo exposição ao solvente.
 Como existem muitos aminoácidos hidrofóbicos, essas interações são abundantes 
Pontes dissulfeto:
 Ligação covalente entre 2 resíduos de cisteína
 Reação de oxidação catalisada por enzimas
 Raras em proteínas intracelulares, mas abundantes em proteínas extracelulare (Ex: insulina, colágeno)
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Ligações que estabilizam a estrutura terciária
1- Interações hidrofóbicas
2- Pontes de hidrogênio
3- Interações iônicas
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Estrutura Quaternária:
 Associação de 2 ou mais cadeias polipeptídicas
 Mantida por ligações não covalentes semelhantes à estrutura terciária.
Ex: Hemoglobina
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Proteínas Globulares: forma final aproximadamente esférica ( relação comprimento largura menor que 10:1); geralmente solúveis. Ex: hemoglobina, mioglobina
Proteínas Fibrosas: Forma alongada; geralmente insolúvel; basicamente papel estrutural. Ex: colágeno
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Proteínas Simples: constituída somente por aminoácidos
Proteínas Conjugadas: Parte protéica (cadeia polipeptídica) associada a um grupo prostético (parte não protéica)
Exs: nucleoproteínas: polipeptídio associado a ácidos nucléicos 
 glicoproteínas: polipeptídio associado a polissacarídeo 
 lipoproteínas: polipeptídio associado a lipídio
Mioglobina 
Grupo Heme
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 pI (ponto isoelétrico) de uma proteína
 Carga elétrica total de uma proteína: somatório das cargas dos radicais dos aminoácidos
 Carga dos radicais depende do valor de seu pKa e do pH, contudo as proteínas possuem muitos aminoácidos.
 pI das proteínas é determinado experimentalmente como sendo o valor de pH no qual elas não migram quando submetidas a um campo elérico (equivalência no número de cargas positivas –NH3+ e negativas –COO-)
 Valor do pI vai depender do balanço entre aminoácidos básicos e ácidos.
 Proteínas ácidas: pI abaixo de 7
 Proteínas básicas: pI acima de 7
 Em pH menor que pI: carga líquida +
 Em pH maior que pI: carga líquida -
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Fatores que influenciam na solubilidade das proteínas
 Solubilidade das proteínas definida principalmente pela estrutura primária (define capacidade de interação com a água).
Outros fatores que também interferem com a solubilidade das proteínas:
a) pH: no ponto isoelétrico, as proteínas têm menor solubilidade que em outros valores de pH. 
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Fatores que influenciam na solubilidade das proteínas
b) Concentração de sais:
↑ da concentração de sais aumenta solubilidade até certo ponto (aumenta a interação de grupos carregados da proteína com os íons adicionados, diminuindo interação proteína-proteína. 
Em concentrações muito elevadas, a quantidade de íons é muito grande competindo com a própria proteína pela solvatação.
c) Solventes orgânicos: sofrem hidratação, competindo com as proteínas pela água de solvatação.
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Metodos de Purificação de Proteínas
Cromatografia de Exclusão: Separa proteínas pelo tamanho (massa molar)
- Matriz: gel (dextrana – polímero de glicose) com esferas de poros bem definidos
- Moléculas menores demoram mais a atravessar a coluna (são eluídas mais lentamente) e percorrem maiores distâncias.
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Metodos de Purificação de Proteínas
Cromatografia de afinidade: utiliza uma matriz (agarose) com um ligante que possui afinidade por uma substância específica. Ex: matriz com substrato → se liga a uma enzima a ser separada de uma solução.
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Metodos de Purificação de Proteínas
Eletroforese