Estudo dirigido 4 - Aminoácidos

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Disciplina Bioquímica (PPGBAA) 
 
 
 
 
 
4º estudo dirigido: 
Aminoácidos 
 
1) Descreva sobre o papel dos aminoácidos na natureza. Dê exemplos. 
 Os aminoácidos são unidades monoméricas simples que estão relacionados com a 
formação de moléculas complexas chamadas proteínas (macromoléculas mais 
abundantes que ocorrem em todas as células e em todas as partes das células, 
mediando quase todos os processos). 
 As proteínas são construídas a partir da combinação dos 20 aminoácidos, 
covalentemente ligados em sequências lineares características e possuindo uma 
cadeia lateral com propriedades químicas distintas. Com a combinação variada dessas 
moléculas pode-se gerar diferentes produtos como enzimas, hormônios, anticorpos, 
transportadores, fibras musculares, a proteína da lente dos olhos, penas, teias de 
aranhas, chifres de rinocerontes, proteínas do leite, antibióticos, venenos de 
cogumelos, entre outras infinidades de outras substâncias. 
 Estes aminoácidos se dividem em dois grandes grupos: 
Aminoácidos essenciais (Histidina, Isoleucina, Leucina, Lisina, Metionina, Fenilalanina, 
Treonina, Triptofano, Valina), que não são sintetizados pelo organismo humano, e os 
Aminoácidos não-essenciais (alanina, arginina, asparagina, cisteína, prolina, glicina, 
cistina, glutamina, serina e tirosina) que são produzidos pelo organismo humano. 
 Como exemplo podemos citar a alanina que auxilia o organismo na utilização do 
ácido pantotênico; a arginina que é essencial para o bom funcionamento da glândula 
pituitária, elevando os níveis de hormônio do crescimento; a Glicina que é necessária 
para o funcionamento normal do sistema nervoso, da pele e dos tecidos musculares e 
o Triptofano que é utilizado pelo cérebro na produção de serotonina. 
 
2) Por que os aminoácidos presentes em proteínas são L-estereoisômeros? 
 A maioria dos estereoisômeros encontrados nos aminoácidos da proteína são 
exclusivamente estereoisômeros L, havendo poucos resíduos D-aminoácidos nas 
moléculas proteicas. 
 A formação de estruturas estáveis e repetitivas em proteínas geralmente requer que 
seus aminoácidos constituintes sejam estereoquímicos, pois as células só são capazes 
de sintetizar especificamente os isômeros L de aminoácidos porque os sítios ativos das 
enzimas são assimétricos, possibilitando que as reações catalisadas sejam 
estereoespecíficas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3) Apresente (a mão) as cinco classes, os nomes e as estruturas químicas dos 20 
aminoácidos encontrados em proteínas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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4) Quais dos vinte aminoácidos que estão presentes em proteínas contribuem para 
as interações hidrofóbicas, hidrofílicas, e formação de pontes dissulfeto? 
 Os aminoácidos arginina, alanina, fenilalanila, histidina, isoleucina, leucina, lisina, 
tirosina, valina e triptofano, realizam interações hidrofóbicas. 
 Os aminoácidos asparagina, cisteína, glutamina, serina e treonina realizam 
interações hidrofílicas e a cisteína formações de pontes dissulfeto. 
 
 
5) Discuta como que os diferentes aminoácidos contribuem para que uma dada 
proteína obtenha uma estrutura tridimensional específica? 
 A estrutura tridimensional de uma proteína é determinada pelas diferentes 
sequencias de aminoácidos, devido às diversas interações entre as cadeias dos 
aminoácidos, mais concretamente por interações não covalentes como ligações de 
hidrogênio, interações eletrostáticas e hidrofóbicas, e por efeitos geométricos impostos 
por essas sequencias, que resultam na formação de estruturas tridimensional 
específicas. 
 Os aminoácidos hidrofóbicos tentam impedir o contato com a água aproximando-se 
e unindo-se no interior da cadeia peptídica, enquanto que as cadeias com resíduos de 
aminoácidos hidrofílicos tendem a arranjar na superfície externa da proteína. 
 As proteínas se diferenciam em quatro níveis estruturais, as estruturas primária, 
secundária, terciária e quaternária. A estrutura primária compreende as ligações 
covalentes entre resíduos de aminoácidos, incluindo as peptídicas e as ligações 
dissulfeto, são geralmente planares, nesta cadeia peptídica o que se torna mais 
significativo é a sequencia de resíduos de aminoácidos. A conformação do esqueleto 
polipeptídico pode ser descrito pelos ângulos de torção em torno da ligação de cada 
um dos resíduos. A estrutura secundária se refere a arranjos estáveis de aminoácidos 
que dão origem a padrões estruturais recorrentes. A estrutura terciária compreende 
todos os arranjos espaciais da estrutura, mostra os aspectos de enovelamento 
tridimensional da cadeia polipeptídica. A estrutura quaternária envolve as proteínas que 
possuem duas ou mais cadeias polipeptídicas. 
 
6) A função de uma proteína é determinada pela sua sequência de aminoácidos ou 
pela estrutura formada a partir de uma determinada sequência? Discuta. 
A função de uma proteína é determinada pela sua estrutura, mas principalmente 
pela sequência de aminoácidos. Milhares de doenças genéticas têm sido relacionadas 
à produção de proteínas defeituosas. O defeito pode variar de uma única mudança na 
sequência de aminoácidos, como por exemplo, a anemia falciforme, a deleção de uma 
grande parte da cadeia polipeptídica, como por exemplo, a distrofia muscular de 
Duchenne. Assim, a estrutura primária é alterada e a função das proteínas também 
pode ser modificada. 
Ao comparar a funcionalidade de proteínas semelhantes em diferentes espécies 
nota-se que estas proteínas com frequência possuem sequências de aminoácidos 
semelhantes. Um caso extremo é a ubiquitina, uma proteína de 76 resíduos de 
aminoácidos envolvidos na regulação da degradação de outras proteínas, onde essa 
sequência é idêntica em espécies distintas. A função também pode ser determinada 
pelos complexos que estão ligados à cadeia peptídica como lipídeos (lipoproteínas), 
 
 
 
 
 
 
 
carboidratos (glicoproteínas), grupamento fosfato, íons metálicos (metaloproteínas) que 
definem as proteínas conjugadas. 
 
 
 
 
 
 
7) Apresente as estruturas químicas (a mão) dos aminoácidos que absorvem a luz 
ultravioleta? Qual é a importância dessa característica? 
 O grupos R aromáticos compostos pelos aminoácidos Triptofano, Tirosina e 
Fenilalanina, apresentam a capacidade de absorver luz ultravioleta em comprimentos 
de onda característicos, como no caso do triptofano, que absorve luz em 280 nm. 
 A medição de absorção de luz desses aminoácidos é realizada por um aparelho 
denominado espectrofotômetro e é utilizado para detectar e identificar moléculas,e 
medir suas concentrações em solução. A fração da luz incidente absorvida por uma 
solução a um dado comprimento de onda está relacionada à espessura da camada 
envolvida na absorção de luz pela molécula (comprimento do caminho da luz) e à 
concentração da espécie que absorve a luz (Lei de Lambert-Beer). 
 Esta metodologia, por conseguinte, tem largo emprego na química analítica 
quantitativa, entre eles: na determinação de atividade enzimática ou nas dosagens de 
compostos orgânicos em fluidos biológicos, como glicose, uréia, proteínas, etc., 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8) Apresente a estrutura química (a mão) dos aminoácidos incomuns? Quais são 
suas funções? 
 Os aminoácidos incomuns são obtidos por modificações pós-tradução nos 
aminoácidos comuns das proteínas em que foram inseridos. 
 A 4-hidroxiprolina (derivada da prolina) é encontrada nas proteínas da parede 
celular de vegetais e nas proteínas fibrosas dos tecidos conjuntivos, o colágeno. 
 A 5-hidroxilisina (derivada da lisina) é encontradanas proteínas fibrosas dos 
tecidos conjuntivos, o colágeno. 
 A 6-N-metilisina é encontrada na miosina, proteína contráctil do músculo. 
 
 
 
 
 
 
 
 A -carboxiglutamano é encontrado na proteína protombina, importante na 
coagulação sanguínea, ligam-se ao Ca2+. 
 A desmosina é derivada de quatro resíduos separados de lisina, encontrado na 
elastina. 
E a Selenocisteína contém o selênio no lugar do enxofre na cisteína. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9) Quais são as modificações reversíveis que ocorrem em aminoácidos? Comente 
sobre a importância dessas modificações? 
 
 
 
 
 
 
 
 As modificações são Fosforilação, Metilação, Acetilação, Adenilação e Riboxilação. 
Estas modificações provocam pequenas alterações na estrutura das proteínas através 
de interações fracas, que são fáceis de ligar e quebrar, com pouco gasto energético e 
não apresentam interferência funcional, podendo efetuar controle e estabilidade na 
catálise de reações. As modificações reversíveis são de extrema importância para o 
controle e regulação da atividade celular. 
 
 
 
10) Apresente a estrutura química (a mão) de dois aminoácidos que não são 
constituintes de proteínas. Quais são suas funções? 
 Ornitina e citrulina são aminoácidos não constituintes de proteínas. Os dois são 
intermediários-chave (métabólitos) na biossíntese de arginina e no ciclo da uréia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
11) Apresente a estrutura química (a mão) geral das formas não-iônica, iônica, iônica 
dipolar (ácido) e iônica dipolar (base) de um aminoácido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12) Dada a curva de titulação do aminoácido glicina (abaixo). Apresente e discuta 
quais são as informações que podem ser obtidas a partir dessa curva. Mostre 
como foi encontro o valor do ponto isoelétrico (5,97). 
 
 
A titulação da glicina envolve a adição ou remoção gradual de prótons, e esta curva de 
titulação está mostrando a forma diprótica da glicina. A princípio o grupo carboxil e grupo amino 
são titulados por uma base forte NaOH, o gráfico apresenta dois estágios diferentes de 
desprotonação desses dois grupos diferentes (primeiramente grupo carboxílico (COOH) perde 
seu próton). 
No Pk1=2,34 significa que 50% da proteína foi desprotonada, ou seja, o PK1=pH o ponto de 
inflexão. 
 Conforme a titulação acontece outro ponto importante, é o momento em que a 
remoção do primeiro próton está completa, ou seja, a proteína está 100% desprotonada, em 
que o PI=5,97 e a glicina está completamente na sua forma dipolar, apresentando carga 
elétrica do aminoácido que é zero. Já em um segundo momento ocorre a remoção do próton 
da NH3 da glicina, o PH=9,60 é igual ao PKa ou PK2 . A titulação está completa, onde a glicina 
atinge sua forma predominante. Logo, através da curva é possível obter as seguintes 
informações: A medida quantitativa do pKa para o grupo ionizável –COOH é 2,34 e para –NH3 
é 9,60. 
 O aminoácido glicina apresenta duas regiões tamponantes. Uma delas é a porção 
relativamente achatada da curva, estendendo-se por uma unidade de pH em cada lado do 
 
 
 
 
 
 
 
primeiro pKa, de 2,34 indicando que a glicina é um bom tampão próximo a este pH e a outra 
zona está em torno do pH 9,60. 
 O ponto isoelétrico é calculado: PI=(PK1+PK2)/2. 
PI=(2,34+9,60)/2 
PI=5,97. 
 
 
 
13) Dada a curva de titulação do aminoácido glutamato (abaixo). Apresente e discuta 
quais são as informações que podem ser obtidas a partir dessa curva. Calcule o 
ponto isoelétrico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Primeiramente, o aminoácido glutamato apresenta como característica do grupo R polar 
carregado negativamente (ionizável) um segundo grupo carboxil. A partir dessa informação, 
sabe-se através do gráfico que inicialmente houve uma adição de uma base forte (NaOH), que 
gerou um aumento do pH e posteriormente esse aminoácido passou por três etapas gradativas 
de desprotonização (perda de prótons). Na primeira etapa o grupo COOH apresenta um valor 
de pKa igual a 2,19, na segunda onde o grupamento R que é formado por um segundo grupo 
COOH, o valor de pKR é de 4,25 e na terceira etapa o grupamento NH3+ apresenta valor de pKa 
igual a 9,67. 
 Analisando esses dados, evidenciamos a formação de três regiões de poder tamponante, 
sendo a primeira na faixa de pH próxima ao primeiro pKa, a segunda próxima ao pKR e a 
terceira próxima a terceira pKa. Além disso, podemos determinar o ponto isoelétrico ou pH 
isoelétrico (pI), ponto onde a carga elétrica líquida do aminoácido é igual a zero, sendo 
calculado através da seguinte equação: 
 O ponto isoelétrico é calculado: pI = (pK1+pKR)/2, 
pI = (2,19+4,25)/2, 
pl= 3,22. 
 Considera-se pI = 3,22, pois o ponto isoelétrico reflete grupo R ionizável –COOH. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
14) Dada a curva de titulação do aminoácido histidina (abaixo). Apresente e discuta 
quais são as informações que podem ser obtidas a partir dessa curva. Calcule o 
ponto isoelétrico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Podemos identificar o pka de cada um dos grupos ionizáveis presentes neste 
aminoácido, o primeiro para o grupo COOH apresenta um valor de pk1 igual a 1,82, 
para o grupamento R que é formado por um grupo NH3+ o valor de pkr é de 6,0 e para 
o segundo grupamento NH3+ apresenta valor de pk2 igual a 9,17. Através da curva de 
titulação da histina podemos evidenciar a formação de três regiões de poder 
tamponante, que indicam exatamente a faixa de pH onde o aminoácido funciona como 
um bom tampão. A primeira é na faixa de pH próxima ao primeiro pka igual a 1,82, a 
segunda é na faixa de pH próxima ao pkr que é de 6,0 e a outra zona é a próxima ao 
terceiro pka igual a 9,17. Isso demonstra que a histidina é um bom tampão do fluido 
intracelular ou do sangue, que é de 7,34, pois o pk do seu grupo R é 6,0. Outra 
informação que se pode obter é o valor de pH no qual a carga líquida do aminoácido é 
igual a zero, ou seja, o pH no qual o aminoácido não migra para nem um pólo (positivo 
ou negativo) submetido a uma solução com cargas elétricas, este ponto onde a carga 
líquida do aminoácido é igual a zero é denominado de ponto isoelétrico, e para a 
histidina equivale a 7,59. Para se calcular o ponto isoelétrico da histidina, utiliza-se a 
seguinte fórmula: 
 
pI= (pK2+ pKR)/2 
pl=(9,17+6,0)/2= 7,585 ~ 7,59 (- NH3+) 
 
 
 
 
 
 
 
 
Considera valor de ponto isoelétrico (7,59), pois é a média dos grupos amino e 
imidazol, que são carregados positivamente. 
 
 
 
 
 
 
15) Os métodos de separação de proteínas são baseados em características 
apresentadas pelos aminoácidos presentes em uma dada proteína. Apresente e 
discuta sobre o princípio dos métodos de separação de proteínas por meio de 
sua massa (eletroforese em gel), carga (focalização isoelétrica) e propriedade de 
se ligar a elementos específicos (coluna de níquel). 
A Eletroforese em gel é uma técnica de separação de moléculas que envolve a 
migração de partículas em um determinado gel durante a aplicação de uma diferença 
de potencial. As moléculas são separadas de acordo com o seu tamanho, pois as de 
menor massa irão migrar mais rapidamente que as de maior massa. Em alguns casos, 
o formato da moléculas também influi, pois algumas terão maior facilidade para migrar 
pelo gel.A eletroforese normalmente é utilizada para separar proteínas e moléculas de 
DNA e RNA. 
Uma técnica muito utilizada para análise de proteínas que proporciona alta 
resolução é chamada Focalização Isoelétrica onde as proteínas são separadas, através 
de seu ponto isoelétrico. 
A focalização isoelétrica consiste na neutralização das cargas das proteínas 
onde um gel contendo anfólitos (íons que se comportam como ácido e base ao mesmo 
tempo), é submetido a um campo elétrico de modo que no momento em que os 
anfólitosmigram em direção aos pólos negativos e positivos de acordo com sua carga 
elétrica e distribuem-se pelo gel cilíndrico, estabelecendo assim um gradiente de pH 
estável onde as proteínas irão migrar para um local onde seu ponto isoelétrico seja 
igual o do anfólito. A focalização isoelétrica se processa da seguinte maneira: 
No primeiro gel os anfólitos adicionados são distribuídos com a aplicação do 
campo elétrico. 
No segundo gel é adicionada a solução de proteínas. 
No terceiro gel é aplicado o campo novamente e as proteínas migram em 
direção a seu ponto isoelétrico. 
 
 
O processo de migração termina por que as cargas se igualam, ou seja, pI = 
pH as cargas se anulam de modo que na equação inicial Z=0, e a proteína é focalizada 
ou seja ela para exatamente no ponto conhecido. 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9culas
http://pt.wikipedia.org/wiki/Part%C3%ADcula
http://pt.wikipedia.org/wiki/Diferen%C3%A7a_de_potencial
http://pt.wikipedia.org/wiki/Diferen%C3%A7a_de_potencial
http://pt.wikipedia.org/wiki/Massa
http://pt.wikipedia.org/wiki/Massa
http://pt.wikipedia.org/wiki/Prote%C3%ADnas
http://pt.wikipedia.org/wiki/DNA
http://pt.wikipedia.org/wiki/RNA
http://www.infoescola.com/wp-content/uploads/2011/07/eletroforese5.jpg
 
 
 
 
 
 
 
A separação em colunas é usada em cromatografia para a purificação de 
proteínas. Consiste na passagem de uma mistura protéica em uma coluna (fase 
estacionária) que tem por objetivo reter ou diminuir a velocidade da passagem da fase 
móvel onde estão as macromoléculas. A técnica baseia-se considerando uma das 
propriedades de afinidades das moléculas ou tamanho, carga. 
Para retirar a sua proteína da coluna de níquel, é só passar um tampão que 
reduza a afinidade das histidinas ao níquel, geralmente contendo um competidor. 
 
16) Responda a questão 01 (capítulo 03) do livro texto (quinta edição). 
 
Configuração absoluta da citrulina. A citrulina isolada de melancias possui a estrutura 
apresentada abaixo. É um aminoácido D- ou L-? Explique. 
 
 
 A configuração de Fisher utiliza como base somente os ligantes do carbono assimétrico, 
nesse caso o carbono α. Partindo dessa hipótese a referente imagem está representando um 
aminoácido D (dextrogiro), pois o mesmo apresenta o grupo α-amino (NH3+) no lado direito do 
carbono quiral quando comparado ao gliceraldeído na forma D. Mas se houver uma rotação 
para comparar com o Gliceraldeído, deixando assim o grupo carboxil (aldeído) do lado de cima 
do plano (no topo) e o grupo R para baixo do plano, é possível fazer uma melhor comparação 
entre a citrulina e o glicieraldeído, obtendo o seguinte composto: 
 
 
 
 
Dessa forma, é possível observar claramente (de acordo com Fisher) que a estrutura assumi a 
forma L, quando comparado ao gliceraldeído. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
17) Responda a questão 06 (capítulo 03) do livro texto (quinta edição). 
 
A denominação dos estereoisômeros da isoleucina. A estrutura do aminoácido 
isoleucina é 
 
 
(a) Quantos centros quirais ela possui? 
 Possui dois centros quirais 
 
(b) Quantos isômeros ópticos? 
 Possui 4 isômeros óticos 
 
(c) Desenhe as fórmulas em perspectiva para todos os isômeros óticos da 
isoleucina. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
18) Você foi contratado por uma empresa de Biotecnologia e sua primeira tarefa é 
realizar o estudo de um gene que apresenta função ainda desconhecida. 
Explique como você poderia estudar o referido gene. 
 Utilizaria uma proteína como vetor que fosse afim a esse gene introduzindo o 
material genético em um plasmídeo para que ocorra a transcrição do gene, em mRNA, 
e a tradução em proteína. 
 O plasmídio é retirado das células bacterianas para que se possa inserir o gene de 
estudo, para depois recolocá-lo na bactéria. 
 
 
Como mostra a figura se “recorta” (utilizando enzimas de restrição), do DNA humano, o 
gene de interesse. Esse fragmento de DNA contendo o gene é multiplicado por PCR para 
obtermos várias cópias do mesmo fragmento (ou da mesma informação). A mesma enzima 
que clivou o gene do DNA humano é utilizada para clivar o plasmídio bacteriano. A seguir 
o plasmídio clivado é misturado com os fragmentos de DNA (contendo o gene) e uma 
enzima chamada ligase “cola” os fragmentos ao plasmídio, produzindo o chamado DNA 
recombinante. Isso feito, o DNA recombinante é introduzido em uma bactéria hospedeira. 
A bactéria hospedeira é colocada em um meio nutritivo seletivo, apenas aquelas que 
possuem o DNA recombinante crescem, formando colônias. Após muitas gerações de 
 
 
 
 
 
 
 
bactérias, o produto da expressão dos genes, as proteínas humanas, são purificadas das 
bactérias (são separadas das proteínas das bactérias). 
 
 
 
 
 
 
 
Referências Bibliográficas 
 
LEHNINGER, A. L.. Princípios de Bioquímica. 4. ed. São Paulo: Savier, 1202 p. 2006. 
 
CAMPBELL, M. K.. Bioquímica. 3. ed. Porto alegre: Artmed, 752 p. 2000. 
 
VOET, D.; VOET, J.; PRATT, W. C. Fundamentos de Bioquímica. Porto Alegre: Artes 
Médicas Sul. 2000. 
 
Aminoácidos. Disponível em: http://docentes.esalq.usp.br/luagallo/aminoacidos.html. 
Acessado em: 16/05/2013. 
 
Triptofano. Disponível em: 
http://www.explicatorium.com/quimica/Aminoacido_Triptofano.php. Acessado em: 
16/05/2013. 
 
 Aminoácidos. Disponivel em: 
http://www.uff.br/gcm/GCM/graduacao_arquivos/Apostila.pdf. Acessado em: 
16/05/2013. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
http://docentes.esalq.usp.br/luagallo/aminoacidos.html
http://www.explicatorium.com/quimica/Aminoacido_Triptofano.php
http://www.uff.br/gcm/GCM/graduacao_arquivos/Apostila.pdf
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10) 
 
 
 
11) RESPOSTA NA PÁGINA 79 DO LIVRO 
 
Formas não iônicas 
 
 
 
Forma iônica 
 
 
 
Forma iônica dipolar (ácido) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Forma iônica dipolar (base)