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1 Aminoácidos- subunidades formadoras das proteínas Proteínas da + simples até a + complexa Constituídas pelo mesmo conjunto de 20 aa ligados covalentemente Diferem em número, composição e seqüência Aminoácidos primários ou padrões 20 aa – aa primários ou padrões • São codificados pelo DNA • Outros aa derivam de modificações pós tradução dos aa padrões Aminoácidos primários ou padrões Aminoácidos primários ou padrões • Chamados de α-aminoácidos C α COO- NH3+ H R (Cadeia Lateral) Aminoácidos primários ou padrões I- FÓRMULA GERAL COOH C H R H2N Forma neutra COO- C H R +H3N Forma ionizada 2 Aminoácidos primários ou padrões II- Esterioisomeria - Isomeria ótica α-aminoácidos - Apresentam um centro quiral - Carbono assimétrico COO- C H R +H3N Aminoácidos primários ou padrões II- Esterioisomeria- Isomeria óptica α-aminoácidos - Têm estrutura espacial tetraédrica - Apresentam 2 configurações espaciais - Configurações D e L II- Esterioisomeria- Isomeria ótica C COO- NH3+ H R D-aa C COO- H +H3N R L-aa COO- C H R +H3N COO- C NH3 + R H Enantiômeros/enantiomorfos/isômeros ópticos Aminoácidos que compõem as proteínas são da série L Apenas os aminoácidos L são biologicamente ativos – estereoespecificidade das enzimas Aminoácidos da série D aparecem em: • Alguns antibióticos • Peptídeos da parede celular de bactérias L- aminoácido COO- C H R +H3N R-cadeia lateral é distinta para cada aa H III- Classificação dos aminoácidos • Classificação quanto a polaridade dos grupos R 1- Aminoácidos apolares (9 aa) 2- Aminoácidos polares sem carga (6 aa) 3- Aminoácidos polares com carga (5 aa) • Carregados negativamente (aa ácidos) • Carregados positivamente (aa básicos) 3 III- Classificação dos aminoácidos • Classificação quanto a polaridade dos grupos R 1- Aminoácidos apolares (9 aa) • GLICINA • ALANINA • VALINA • LEUCINA • ISOLEUCINA • FENILALANINA • TRIPTOFANO • METIONINA • PROLINA III- Classificação dos aminoácidos 1- Aminoácidos apolares (9 aa) Nome Abrev/simb Grupo R Glicina Gly G -H Alanina Ala A -CH3 (metil) Valina Val V -CH-CH3 (isopropil) CH3 III- Classificação dos aminoácidos 1- Aminoácidos apolares ( 9 aa) Nome Abrev/simb Grupo R Leucina Leu L HC-CH3 (isobutil) CH3 CH2 Isoleucina Ile I HC-CH3 (secbutil) CH3 CH2 III- Classificação dos aminoácidos 1- Aminoácidos apolares ( 9 aa) Nome Abrev/simb Grupo R Fenilalanina Phe F Triptofano Trp W -CH2- (Benzil) CH2 N H (Metil indol) III- Classificação dos aminoácidos 1- Aminoácidos apolares ( 9 aa) Nome Abrev/simb Grupo R Metionina Met M Prolina Pro P H3C-S-CH2-CH2 (Metil etil tiol) COO- H2N CH CH2 H2C CH2 + (Trimetileno) 1- Aminoácidos apolares (9 aa) Valina(Val) (V) COO- C H HC-CH3 H3N CH3 + H3N Glicina(Gly) (G) COO- C H H + Alanina(Ala) (A) COO- C H CH3 H3N + 4 1- Aminoácidos apolares ( 9 aa) Leucina (Leu) (L) COO- C H HC-CH3 H3N CH3 + CH2 COO- C H HC-CH3 H3N CH3 + CH2 Isoleucina (Ile) (I) COO- C H H3N + CH2 Fenilalanina (Phe) (F) Prolina (Pro) (P) 1- Aminoácidos apolares ( 9 aa) Triptofano (Trp) (W) COO- C H H3N + CH2 N H Metionina (Met) (M) COO- C H CH2 H3N CH3 + CH2 S COO- H2N CH CH2 H2C CH2 + 1- Aminoácidos apolares ( 9 aa) • São aminoácidos hidrofóbicos Proteínas em meio aquoso Cadeias laterais agrupam no interior da proteína (interações hidrofóbicas) Contribuem para a forma tridimensional da proteína III- Classificação dos aminoácidos • Classificação quanto a polaridade dos grupos R 2- Aminoácidos polares sem carga (6 aa) - SERINA - TREONINA - TIROSINA - CISTEÍNA - ASPARAGINA - GLUTAMINA III- Classificação dos aminoácidos 2- Aminoácidos polares sem carga (6 aa) Nome Abrev/simb Grupo R Serina Ser S Treonina Thr T -CH2OH (hidroximetil) Tirosina Tyr Y -CH2-CH2OH (hidroxietil) -CH2 -OH (hidroxibenzil) III- Classificação dos aminoácidos Nome Abrev/simb Grupo R Cisteína Cys C Asparagina Asn N -CH2-SH (metil tiol) Glutamina Gln Q -CH2-C (etanamida) O NH2 -CH2-CH2-C (propanamida) O NH2 2- Aminoácidos polares sem carga (6 aa) 5 2- Aminoácidos polares sem carga (6 aa) Serina (Ser) (S) Treonina (Thr) (T) COO- C H HC-OH H3N CH3 + COO- C H CH2 H3N + OH COO- C H H3N + CH2 OH Tirosina (Tyr) (Y) Cisteína (Cys) (C) COO- C H CH2 H3N + SH 2- Aminoácidos polares sem carga (6 aa) Asparagina (Asn) (N) COO- C H CH2 H3N C=O + NH2 Glutamina (Gln) (Q) COO- C H CH2 H3N C=O + NH2 CH2 2- Aminoácidos polares sem carga (6 aa) • Formam interações por pontes de hidrogênio (na cadeia proteica; F, O, N, S) • Cadeia lateral da Ser, Thr e Tyr – ponto de adesão de outros compostos como: • Fosfato e carboidratos simples ou complexos • Substratos no caso de proteínas enzimáticas 2- Aminoácidos polares sem carga • Grupo amida da Asn e hidroxila da Ser e Thr são sítios de adesão de oligossacarídios em glicoproteínas • 2 moléculas de Cys (cisteína) podem formar a cistina - dímero contendo pontes de dissulfeto Cisteína COO- C H CH2 H3N + SH 2- Aminoácidos polares sem carga 2H+ COO- C H CH2 H3N + SH Cisteína COO- C H CH2 H3N + S COO- C H CH2 H3N + S Cistina III- Classificação dos aminoácidos • Classificação quanto a polaridade dos grupos R 3- Aminoácidos polares com carga (5 aa) • Carregados negativamente (aa ácidos): ASPARTATO E GLUTAMATO • Carregados positivamente (aa básicos): LISINA, ARGININA E HISTIDINA 6 III- Classificação dos aminoácidos Nome Abrev/simb Grupo R Aspartato (Ácido aspártico) Asp D Glutamato (Ácido glutâmico) Glu E -CH2-C (etanoato) O O- -CH2-CH2-C (propanoato) O O- 3- Aminoácidos polares com carga (5aa) a- Carregados negativamente (aa ácidos) 3- aa polares carregados negativamente (aminoácidos ácidos) COO- C H CH2 H3N C=O + O- Aspartato (Asp) (D) COO- C H CH2 H3N C=O + O- CH2 Glutamato (Glu) (E) Aminoácidos ácidos • O grupo carboxila da cadeia lateral é DOADOR de prótons Aspartato e glutamato • Nas proteínas participam das interações iônicas e pontes de hidrogênio III- Classificação dos aminoácidos Nome Abrev/simb Grupo R Lisina Lys K Arginina Arg R 3- Aminoácidos polares com carga (5aa) b- Carregados positivamente (aa básicos) -(CH2)3-NH-C-NH2 +NH -(CH2)4-NH3 + (butanamina) (propil guanidina) III- Classificação dos aminoácidos Nome Abrev/simb Grupo R3- Aminoácidos polares com carga (5aa) b- Carregados positivamente (aa básicos) Histidina His H CH2 C CH HN NH CH + (Metil imidazol) 3- aa polares carregados positivamente (aminoácidos básicos) Lisina (Lys) (K) COO- C H (CH2)4 H3N + NH3 + COO- C H (CH2)3 H3N + NH C=NH2 NH3 + COO- C H H3N + CH2 C CH HN NH CH + Arginina (Arg) (R) Histidina (His) (H) 7 Aminoácidos básicos • O grupo amino da cadeia lateral é RECEPTOR de prótons • Nas proteínas participam das interações iônicas e pontes de hidrogênio Glicina 1-AMINOÁCIDOS ESPECIAIS IV-Aminoácidos diferentes dos padrões • Estão presentes em alguns tipos de proteínas especiais • Derivados de um dos 20 aminoácidos padrão através de reações pós tradução da proteína 1-AMINOÁCIDOS ESPECIAIS • 4-HIDROXIPROLINA E 5-HIDROXILISINA - presentes no colágeno - proteína fibrosa do tecido conjuntivo. COO- H2N CH CH2 H2C CH + OH 4-hidroxiprolina COO- C H CH2 H3N + NH3 + CH2 CH CH2 HO- 5-hidroxilisina • γ-CARBOXIGLUTÂMICO - presente na trombina 1-AMINOÁCIDOS ESPECIAIS COO- C H CH2 H3N C=O + O- CH O=C O- Protrombina Trombina Vit K Ca+2 Glutamato Ác. glutâmico Carboxiglutâmico Fibrinogênio Fibrina • DESMOSINA- derivada da condensação de 4 resíduos de Lys -presente na elastina-proteína fibrosa do tecido elástico 1-AMINOÁCIDOS ESPECIAIS 8 Desmosina C C C C C N -CH2-CH2-C NH C=O C-CH-NH (CH2)4 O C-CH2-CH2- O=C NH + C-CH-NH (CH2)3 O Lys Lys Lys Lys 1-AMINOÁCIDOS ESPECIAIS • 6-N-METIL LISINA- presente na miosina - proteína filamentosa do tecido muscular COO- C H CH2 H3N + NH2 + CH2 CH2 CH2 H3C- 2-AMINOÁCIDOS LIVRES • Têm função biológica definida • Ocorrem na forma livre ou combinados • Existem cerca de 300 aminoácidos livres • Não compõem proteínas 2-AMINOÁCIDOS LIVRES • ÁCIDO γ-AMINOBUTÍRICO (GABA) - agente químico da transmissão dos impulsos nervosos • β-ALANINA -componente da CoA que é essencial para o metabolismo de COH e lipídios • ORNITINA E CITRULINA - intermediários do ciclo da uréia Coenzima A Coenzima A (CoA) Ácido pantotênico Ácido Ácido γ-aminobutírico Ornitina Citrulina 9 • Os aminoácidos são precursores de: • Hormônios • Antibióticos • Coenzimas • Agentes Redutores • Aminas Biológicas • Neurotransmissores V- IMPORTÂNCIA DOS AMINOÁCIDOS • Phe e Tyr: adrenalina, hormônios T3 e T4 e melanina • Trp: Nicotinamida (Vitamina B3) NAD+ e NADP+, síntese de serotonina V-IMPORTÂNCIA DOS AMINOÁCIDOS OH COO- CH H3N + CH2 OH COO- CH H3N + CH2 OH OH COO- CH H3N + CH2 FENILALANINA TIROSINA DIIDROXIFENILALANINA (DOPA) CH2 H3N + CH2 OH CH2 CH2 OH OH NH2 + H3C DOPAMINA ADRENALINA (EPINEFRINA) hidroxilase hidroxilase descaboxilase metil transferase V-IMPORTÂNCIA DOS AMINOÁCIDOS H3N + CH COO- CH2 H3N + CH COO- CH2 OH H3N + CH2 CH2 OH O2 CO2 SEROTONINA (5-hidroxi triptamina) TRIPTOFANO N N N hidroxilase descarboxilase V- IMPORTÂNCIA DOS AMINOÁCIDOS • His: Histamina • Ser: Esfingosina (componente de lipídios- esfingolipídios) • Gly: Porfirinas (constituintes dos grupos hemo das hemoproteínas) • Glu: GABA (ácido gama-aminobutírico) VI-PROPRIEDADES DOS AMINOÁCIDOS • Propriedades dos aa são importantes para o entendimento das propriedades físico- químicas das proteínas. 10 VI-PROPRIEDADES DOS AMINOÁCIDOS 1- São substâncias anfóteras em solução aquosa 2- Apresentam estágios de ionização em função do pH 3- Apresentam um zwitterion e ponto isoelétrico (pI) 4- Apresentam curvas de titulação características 5- Têm função tamponante VI-PROPRIEDADES DOS AMINOÁCIDOS 1- Os aminoácidos são substâncias anfóteras em solução aquosa Têm caráter ácido-base em meio aquoso • Ácidos - substâncias doadoras de prótons H+ • Bases - substâncias receptoras de prótons H+ VI-PROPRIEDADES DOS AMINOÁCIDOS 1- Os aminoácidos são substâncias anfóteras em solução aquosa COOH C H R H2N + OH - COO- C H R H2N Ácido + H2O COO- C H R H3N + COO- C H R H2N + OH - Ácido (doador de prótons) + H2O VI-PROPRIEDADES DOS AMINOÁCIDOS 1- Os aminoácidos são substâncias anfóteras em solução aquosa COO- C H R H3N + + H+ COOH C H R H3N + Base (receptor de prótons) COOH C H R H2N + H + COOH C H R H3N + Base VI-PROPRIEDADES DOS AMINOÁCIDOS 2- Os aminoácidos apresentam estágios de ionização em função do pH • A carga líquida do aminoácido varia em função do pH • pH muito ácido – aa tem carga + • pH muito básico – aa apresenta carga - +H+ +H+ - H+ - H+ pH alcalino pH ácido carga +1 -1 0 11 VI-PROPRIEDADES DOS AMINOÁCIDOS Alanina – aa apolar – apresenta 2 estágios de ionização (pK1= 2,34 e pK2=9,69) pK1= 2,34 – 1a ionização – ionização do grupo carboxila pK2= 9,69 – 2a ionização – ionização do grupo amino Valores de pK dos aas – Lehninger COOH C H CH3 H3N + pH↓-espécie total/e protonada Carga líquida +1 pK1=2,34 COO- C H CH3 H3N + Carga 0 pK2=9,69 COO- C H CH3 H2N Carga -1 pH↑-espécie total/e desprotonada ESTÁGIOS DE IONIZAÇÃO DA ALANINA Espécie I pH<2,34 Espécie II 2,34<pH<9,69 Espécie III pH>9,69 Zwitterion – espécie iônica cuja carga líquida é zero 3- Os aminoácidos apresentam um Zwitterion e ponto isoelétrico (pI) Zwitterion - é eletricamente neutro ∑ carga=0 COO- C H CH3 H3N + • Ponto isoelétrico (pI) – é o pH no qual a espécie iônica predominante é o zwitterion PONTO ISOELÉTRICO DOS AMINOÁCIDOS • É o pH onde a carga líquida da espécie iônica é zero • pI é a média aritmética dos pKs adjacentes ao zwitterion pH<pI aminoácidos têm carga líquida + PONTO ISOELÉTRICO DOS AMINOÁCIDOS pH=pI aminoácidos não têm carga líquida pH>pI aminoácidos têm carga líquida - 2,34 + 9,69 2 pI= =6,015 Alanina Aspartato – aa ácido – apresenta 3 estágios de ionização pK1= 1,88 – 1a ionização –ionização do grupo carboxila pKR= 3,65 – 2a ionização –ionização do grupo carboxila da cadeia lateral (R) pK2= 9,60 – 3a ionização –ionização do grupo amino 12 pKR=3,65 ESTÁGIOS DE IONIZAÇÃO DO ASPARTATO pK1=1,88 COOH C H CH2 H3N + COOH COO- C H CH2 H3N + COOH COO- C H CH2 H3N + COO- COO- C H CH2 H2N COO- pK2=9,60 carga +1 Espécie I carga 0 Espécie II carga -1 Espécie III carga -2 Espécie IV Zwitterion Espécie I – presente em pH<1,88 Espécie II – presente em 1,88<pH<3,65 IONIZAÇÃO DO ASPARTATO Espécie III – presente em 3,65<pH<9,60 Espécie IV – presente em pH>9,60 4- Os aminoácidos apresentam curvas de titulaçãocaracterísticas • Cada aminoácido tem uma curva de titulação • É o gráfico da variação de pH em função da [OH-] adicionada CURVA DE TITULAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS Consiste em adicionar gradativamente concentrações conhecidas de base a uma solução ácida do aa Ao mesmo tempo é registrado o pH • Levantamento da curva de titulação do aminoácido: CURVA DE TITULAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS Solução básica Moléculas de aminoácido em solução ácida (pH muito baixo) COOH H3N-C-H R + H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ COOH C H CH3 H3N + Espécie I Carga +1 pK1=2,34 COO- C H CH3 H3N + Espécie II Carga 0 pK2=9,69 COO- C H CH3 H2N Espécie III Carga -1 ALANINA Zwitterion 13 CURVA DE TITULAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS Aminoácidos apolares pK1 pK2 (αCOOH) (αNH3+) pH [ ] de OH- Espécie I Espécie II Espécie III pKR=3,65 ASPARTATO pK1=1,88 COOH C H CH2 H3N + COOH COO- C H CH2 H3N + COOH COO- C H CH2 H3N + COO- COO- C H CH2 H2N COO- pK2=9,60 carga +1 Espécie I carga 0 Espécie II carga -1 Espécie III carga -2 Espécie IV Zwitterion CURVA DE TITULAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS Aminoácidos polares pK1 pK2 (αCOOH) (αNH3+) pH pKR Cadeia R [ ] de OH- Espécie I Espécie II Espécie III Espécie IV 5- Os aminoácidos têm função tamponante • A atividade tamponante é exercida nos valores de pK • Os aas têm efeito tamponante em vários intervalos de pH • Nos valores de pK tem-se uma espécie doadora e uma receptora de prótons TAMPÕES BIOLÓGICOS • Os principais tampões biológicos são: • Tampões são substâncias que impedem variações bruscas de pH no meio biológico • Tampão fosfato • Tampão bicarbonato • Proteínas: efeitos discretos no pH fisiológico • O principal tampão do plasma sangüíneo - atua junto com a hemoglobina • TAMPÃO BICARBONATO • O principal tampão da saliva estimulada • Representação: H2CO3/ HCO3- CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3- 14 • Adição de base no meio • Adição de ácido no meio H+ + OH- H2O (substância neutra) CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3- H+ (Substâncias neutras) Ácido carbônico Bicarbonato CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3- • TAMPÃO BICARBONATO • Intracelularmente sua concentração é maior e sua eficiência é considerável • TAMPÃO FOSFATO • O principal tampão da saliva não estimulada • Representação: H2PO4-/ HPO42- H2PO4- HPO42- + H+ • A baixa concentração plasmática torna sua eficiência reduzida • Adição de base no meio • Adição de ácido no meio H+ + OH- H2O (substância neutra) H+ H2PO4- HPO42- + H+ H2PO4- HPO42- + H+ • TAMPÃO FOSFATO Fosfato diácido Fosfato monoácido • OUTROS AGENTES TAMPONANTES Peptídeos, proteínas e amônia • Peptídeos e proteínas podem atuar como tampões: possuem cadeias laterais que podem atuar como ácidos ou bases (ação é discreta) • Amônia NH3 + H+ NH4+ "Não que sejamos capazes, por nós, de pensar alguma coisa, como de nós mesmos; mas a nossa capacidade vem de Deus." (II Coríntios 3:5) São polímeros contendo de 2 até milhares de resíduos de aa 2 aa- dipeptídeos 3 aa- tripeptídeos 4 aa- tetrapeptídeos 2 a 10 aa - oligopeptídeos +11 aa- polipeptídeos +100 aa- proteínas 15 Ocorrência: • Biológica natural • Resultante da hidrólise parcial de proteínas Associação de 2 moléculas de aa unidas covalentemente é chamada ligação peptídica. Resulta da reação de condensação entre o grupo carboxila de um aminoácido e o grupo amino do aminoácido vizinho H2O H C COH R H2N + H C COOH R H-N H O H C COOH R N H H C C R H2N O Ligação peptídica – planar e rígida Peptídeos e proteínas apresentam grupo amino livre (aminoterminal) e carboxila livre (carboxiterminal) H C C R N H H C C R H2N O O H C COOH R H N Aminoterminal carboxiterminal Ala-Gly-Ser-Glu Nomenclatura: alanil-glicil-seril-glutâmico Asp-Lys-Tyr-Thr Nomenclatura: Aspartil-lisil-tirosil-treonina Desempenham funções biológicas importantes tais como: • Hormônios • Antibióticos • Agentes redutores • Agentes oxidantes 16 • Agentes redutores • Agentes oxidantes • Perde prótons • Promove redução • Sofre oxidação • Ganha prótons • Promove oxidação • Sofre redução • INSULINA- 2 cadeias com 30 e 21 aa unidas por 2 pontes de dissulfeto • Promove o transporte de glicose para o interior da célula: diminui a [ ] de glicose no sangue Estrutura covalente da Insulina • GLUCAGON- Hormônio pancreático com 29 resíduos de aa • Hormônio que ativa a liberação de glicose para fora da célula: -aumenta a concentração de glicose no sangue • OXITOCINA- Hormônio secretado pela hipófise - oligopeptídeo com 9 resíduos de aa • Estimula o fluxo de leite durante a lactação • Estimula as contrações uterinas durante o parto 17 • OXITOCINA H3N-Cys-Tyr-Ile Gln Asn Cys- S S Pro-Leu-Gly-C O NH3+ • VASOPRESSINA -Hormônio da hipófise - oligopeptídeo com 9 resíduos de aa • Aumenta a reabsorção de água pelo rim • Aumenta a pressão sanguínea • VASOPRESSINA H3N-Cys-Tyr-Phe Gln Asn Cys- S S Pro-Arg-Gly-C O NH3+ • BRADICININA – Hormônio contendo 9 resíduos de aa • Mediador da dor • Inibe a inflamação dos tecidos • Vasodilatador: aumenta a permeabilidade dos vasos sanguíneos • ENCEFALINAS– Hormônios que se ligam a receptores específicos de determinadas células do cérebro e induzem a analgesia • Analgésicos de ocorrência natural • Leucina encefalina – Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu • Metionina encefalina – Tyr-Gly-Gly-Phe-Met • GLUTATIONA • Agente redutor (importante antioxidante) • Está envolvida no transporte de aa através da membrana celular • Tripeptídeo contendo γ-Glu-Cys-Gly Nomenclatura: γ-glutamil-cisteinil-glicina 18 • GLUTATIONA • Pode ocorrer conjugada a drogas, toxinas e solventes para torná-las mais solúveis - atua no processo de desintoxicação • Proteção de radicais SH de proteínas • Degradação do peróxido de hidrogênio Glu- Cys- Gly CH2 SH Glu- Cys- Gly CH2 S Glu- Cys- Gly CH2 S G-S-S-G G-SH Glutationa reduzida Glutationa oxidada • GLUTATIONA • Degradação do peróxido de hidrogênio • GLUTATIONA 2GSH + H2O2 GS-SG + 2H2O GS-SG + 2NADPH 2GSH + NADP+ • GLUTATIONA • Manutenção do átomo de ferro da hemoglobina no estado +2 • Responsável pela integridade de membranas celulares • Integridade da membrana do eritrócito • GRAMICIDINA S e TIROCIDINA A • São decapeptídeos cíclicos contendo aa da série D e L • Antibióticos produzidos por bactérias • Outros antibióticos: vancomicina, bacitracina A, polimixina B, streptograminas L-Val-L-Orn-L-Leu-D-Phe-L-Pro L-Pro-L-Phe-L-Leu-D-Orn-L-Val Gramicidina S L-Val-L-Orn-L-Leu-D-Phe-L-Pro L-Tyr-L-Glu-L-Asp-D-Phe-L-Phe Tirocidina A ANTIBIÓTICOS 19
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