Aminoácidos e proteínas resumo e exercícios

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Aminoácidos, Peptideos, Proteinas- Lehninger BBPMI
Proteínas são polímeros de aminoácidos, com cada resíduo de aminoácido unido ao seu vizinho por um tipo específico de ligação covalente (o termo “resíduo” reflete a perda de elementos de água quando um aminoácido é unido a outro). Todos os 20 tipos de aminoácidos comuns são a-aminoácidos. Eles têm um grupo carboxila e um grupo amino ligados ao mesmo átomo de carbono (o carbono a). Diferem uns dos outros em suas cadeias laterais ou grupos R, que variam em estrutura, tamanho e carga elétrica, e que influenciam a solubilidade dos aminoácidos em água. Além desses 20 aminoácidos, há muitos outros menos comuns. Alguns são resíduos modificados após a síntese de uma proteína; outros são aminoácidos presentes em organismos vivos, mas não como constituintes de proteínas. O átomo de carbono a é, portanto, um centro quiral. Os resíduos de aminoácidos em moléculas proteicas são exclusivamente estereoisômeros L. Os resíduos de D-aminoácidos foram encontrados apenas em alguns peptídeos, geralmente pequenos, incluindo alguns peptídeos de paredes celulares bacterianas e certos antibióticos peptídicos.
Aa podem agir como ácidos ou bases: Quando um aminoácido sem um grupo R ionizável é dissolvido em água em pH neutro, ele permanece na solução como um íon bipolar, que pode agir como ácido ou base. 
Titulação: Em pH muito baixo, a espécie iônica predominante de glicina é a forma completamente protonada, No primeiro estágio da titulação, o grupo ¬COOH de glicina perde seu próton. No ponto médio desse estágio, estão presentes concentrações equimolares de espécies doadoras (1H3N¬CH2¬COOH) e aceptoras (1H3N¬CH2¬COO–) de prótons. Como na titulação de qualquer ácido fraco, um ponto de inflexão é alcançado nesse ponto médio onde o pH é igual ao pKa do grupo protonado que está sendo titulado. Para a glicina, o pH no ponto médio é 2,34, portanto seu grupo ¬COOH tem um pKa de 2,34. À medida que a titulação da glicina prossegue, outro ponto importante é alcançado no pH 5,97. Aqui há outro ponto de inflexão, no qual a remoção do primeiro próton está completa e a remoção do segundo apenas começou. Nesse pH, a glicina está presente em grande parte como o íon bipolar (totalmente ionizado mas sem carga elétrica final). O segundo estágio da titulação corresponde à remoção de um próton do grupo NH3+ da glicina. O pH no ponto médio dessa fase é 9,60, igual ao pKa para o grupo NH3+. 
Para quê serve a curva de titulação? Ela fornece uma medida quantitativa do pKa de cada um dos dois grupos ionizáveis: 2,34 para o grupo COOH e 9,60 para o grupo NH3+. A segunda informação fornecida pela curva de titulação da glicina é que esse aminoácido tem duas regiões com poder de tamponamento. Uma delas está na parte relativamente achatada da curva, se estendendo por aproximadamente 1 unidade de pH de cada lado do primeiro pKa de 2,34, indicando que a glicina é um bom tampão próxima desse pH. A outra zona de tamponamento está centrada em volta do pH 9,60 (observe que a glicina não é um bom tampão no pH do líquido intracelular ou do sangue, em torno de 7,4). O pH característico no qual a carga elétrica final é zero é chamado de ponto isoelétrico ou pH isoelétrico. Para a glicina, que não possui qualquer grupo ionizável em sua cadeia lateral, o ponto isoelétrico é simplesmente a média aritmética dos dois valores de pKa. Quanto mais distante for o pH de uma solução de glicina de seu ponto isoelétrico, maior será a carga elétrica final da população de moléculas de glicina. Em um pH igual a 1 a glicina existe quase totalmente na forma +H3N¬CH2¬COOH com uma carga positiva final igual a 1. Em um pH de 2,34, onde há uma igual mistura de+H3N¬CH2¬COOH e +H3N¬CH2¬COO–, a média ou a carga final positiva é igual a 0,5. os aminoácidos com um grupo R ionizável têm curvas de titulação mais complexas, com três estágios correspondendo às três etapas possíveis de ionização.
Peptideos 
A ligação peptídica é formada pela remoção de elementos de água (desidratação) do grupo a-carboxila de um aminoácido e do grupo a-amino do outro sendo um exemplo de reação de condensação. Em um peptídeo, o resíduo de aminoácido na extremidade com um grupo a-amino livre é chamado de resíduo aminoterminal (ou N-terminal); o resíduo que tem um grupo carboxila livre, é o resíduo carboxiterminal. Essas ligações são estáveis com meia vida longa. Peptídeos contêm apenas um grupo a-amino e um grupo a-carboxila livres, em extremidades opostas da cadeia. Assim, o comportamento acidobásico de um peptídeo pode ser previsto a partir de seus grupos a-amino e a-carboxila livres combinado com a natureza e o número de seus grupos R ionizáveis. Muitos peptídeos pequenos exercem seus efeitos em concentrações muito baixas. Vários hormônios de vertebrados são peptídeos pequenos. Esses incluem a ocitocina (nove resíduos de aminoácidos), secretada pela glândula neuro-hipófise, que estimula as contrações uterinas, e o fator de liberação de tireotropina (três resíduos), formado no hipotálamo e que estimula a liberação de outro hormônio, tireotropina, da glândula adeno-hipófise. A hemoglobina, tem quatro subunidades polipeptídicas: duas cadeias a idênticas e duas cadeias b idênticas, todas as quatro mantidas unidas por interações não covalentes. Cada subunidade a é pareada de modo idêntico com uma subunidade b dentro da estrutura dessa proteína multissubunidade, de modo que a hemoglobina pode ser considerada tanto um tetrâmero de quatro subunidades de polipeptídeos quanto um dímero de protômeros (unidades idênticas de cadeias) ab. Algumas proteínas contêm duas ou mais cadeias polipeptídicas ligadas covalentemente. Por exemplo, as duas cadeias polipeptídicas da insulina são unidas por ligações dissulfeto. Em tais casos, os polipeptídeos individuais não são considerados subunidades, mas são comumente chamados simplesmente de cadeias. É possível calcular o número aproximado de resíduos de aminoácidos em uma simples proteína que não contenha quaisquer outros constituintes químicos dividindo a sua massa molecular por 110. Proteina simples: composta apenas por resíduos. Proteina conjugada: composta por resíduos e grupos prostéticos (grupo não aa) associados. Ex: lipoproteínas, glicoproteínas, metaloproteinas. 
Subunidade proteica: várias cadeias polipeptídicas associadas de modo não covalente. 
Estruturas Proteicas: Primária: determinada pela sequencia dos resíduos. Cada proteína possui um NUMERO e uma SEQUENCIA de aa. Essa estrutura determina como a proteína se dobra tridimensionalmente, o que determina a função da proteína. Em Ph igual a 7 tanto amino quanto carboxila estão ionizados
Secundária: trata dos arranjos estáveis de resíduos de aa originando padrões estruturais com ângulos específicos sem considerar a posição de suas cadeias laterais ou sua relação com outros segmentos. Ex: alfa hélice e beta folha
Terciária: enovelamento tridimensional de um polipeptideo. O arranjo tridimensional total de todos os átomos de uma proteína (não só dos resíduos adjacentes). Aminoácidos que estão bem distantes na sequência polipeptídica e em diferentes tipos de estruturas secundárias podem interagir na estrutura da proteína completamente dobrada.
Quaternária: arranjos de duas ou mais subunidades. 
A enzima tripsina catalisa a hidrolise apenas daquelas ligações peptídicas em que o grupo carbonila é fornecido tanto por um resíduo de Lys quanto um de Arg, independente do comprimento ou da sequência de aminoácidos da cadeia.
Domínio: domínios se dobram em configurações estruturais que possuem um grau incomum de estabilidade ou que são especializadas para um ambiente específico. São unidades estruturais que se enovelam de forma mais ou menos independente umas das outras. Diferentes domínios realizam diferentes funções. 
Conformação: qualquer estado estrutural que ela possa assumir sem a quebra de suas ligações covalentes de modo a assumir forma termodinamicamente mais estável. Uma mudança conformacional pode ocorrer, por exemplo, pela rotação sobre as ligações simples. Proteínas dobradas,em qualquer uma de suas conformações funcionais, são chamadas de proteínas nativas. Uma proteína estável é aquele que mantem a tendência de ficar na forma nativa. Lig dissulfeto são encontradas em proteínas extracelulares (insulina). As interações fracas predominam como forças estabilizadoras da estrutura proteica.
Alfa hélice: os grupos R dos resíduos de aminoácidos se projetam para fora do esqueleto helicoidal. Os átomos do esqueleto dos resíduos de aminoácidos em uma hélice a típica têm um grupo característico de ângulos diedros que definem a conformação da hélice a. A hélice voltada para a direita é mais estável. Ex: mioglobina, queratina. A estrutura é estabilizada por uma ligação de hidrogênio entre o átomo de hidrogênio ligado ao átomo de nitrogênio eletronegativo de uma ligação peptídica e o átomo de oxigênio eletronegativo da carbonila do quarto aminoácido no lado aminoterminal da ligação peptídica. Nem todos os polipeptídeos podem formar uma hélice a estável. Cada resíduo de aminoácido em um polipeptídeo tem uma propensão intrínseca de formar uma hélice a. Alanina apresenta elevada tendência, enquanto a prolina (N2 não faz rotação) e glicina (elevada flexibilidade destorcendo os ângulos fixos). As porções de uma proteína transmembrana que atravessam a bicamada lipídica em geral o fazem como hélices a compostas principalmente de aminoácidos com cadeias laterais apoiares
Folha Beta: As ligações de hidrogênio são formadas entre segmentos adjacentes da cadeia polipeptídica, dentro da folha. As cadeias polipeptídicas adjacentes em uma folha b podem ser tanto paralelas quanto antiparalelas (apresentando uma orientação aminocarboxiterminal igual ou oposta). Rica em prolina, alanina e glicina. Os grupos R se projetam alternadamente. 
Enovelamento: a força combinada de um grande número dessas ligações não covalentes determina a estabilidade de cada forma enovelada, sendo três tipos de ligações fracas: ligações de hidrogênio, atrações eletrostáticas e atrações de van der Waals. um fator importante que governa o enovelamento de qualquer proteína é a distribuição de seus aminoácidos polares e apolares. As cadeias laterais hidrofóbicas de uma proteína, como aquelas pertencentes aos aminoácidos fenilalanina, leucina, valina e triptofano, tendem a se agrupar no interior da molécula. Isso permite que elas evitem o contato com a água que as cerca no interior de uma célula. Ao contrário, as cadeias laterais polares - como aquelas pertencentes à arginina, à glutamina e à histidina - tendem a se posicionar na superfície da molécula, onde podem formar ligações de hidrogênio com a água e com outras moléculas polares. Quando o solvente desnaturante é removido, a proteína pode reenovelar espontaneamente, ou renatura, na sua conformação original. Isso indica que a sequência de aminoácidos contém toda a informação necessária para a especificação da forma tridimensional de uma proteína. As chaperonas moleculares ligam-se as cadeias polipeptídicas parcialmente enoveladas e conduzem o processo de enovelamento. 
Proteína globular: a cadeia polipeptídica enovela-se em uma forma compacta como uma bola de superfície irregular. As enzimas tendem a ser proteínas globulares: mesmo que muitas sejam grandes e complicadas, com múltiplas subunidades, a maioria tem uma forma geral arredondada. Contem diversos tipos de estruturas secundarias. 
Proteina fibrosa: possui funções na célula que requerem que cada molécula individualmente estenda-se por uma grande distância, possuem uma estrutura tridimensional alongada relativamente simples. Ex: alfa queratina. As proteínas fibrosas são especialmente abundantes no meio extracelular, onde são o principal componente da matriz extracelular gelatinosa que ajuda os conjuntos de células a se ligarem e formarem os tecidos. O colágeno é a mais abundante dessas proteínas nos tecidos animais. Uma molécula de colágeno consiste em três longas cadeias polipeptídicas, cada uma contendo um aminoácido glicina não-polar a cada três posições. Essa estrutura regular permite que as três cadeias se enovelem uma sobre a outra para gerar uma longa tripla hélice. Muitas moléculas de colágeno então se ligam umas às outras, lado a lado e de ponta a ponta, para criar longos feixes sobrepostos. São formadas por um único tipo de estrutura secundária, e sua estrutura terciária é relativamente simples.
Elastina: polipeptídeos altamente desordenados. Essa desordem é essencial às funções da elastina. Suas cadeias polipeptídicas relativamente frouxas e não-estruturadas apresentam ligações covalentes cruzadas, produzindo uma rede elástica como borracha, que pode ser espichada de forma reversível de uma conformação à outra. Isso permite que a pele e tecidos sejam expandidos e retraídos sem somper. 
Proteinas extracelulares: Para ajudar a manter suas estruturas, as cadeias polipeptídicas dessas proteínas frequentemente são estabilizadas por ligações covalentes. Tais ligações podem ligar dois aminoácidos na mesma cadeia ou conectar diferentes cadeias polipeptídicas em uma proteína multimérica. A mais comum é a ponte dissulfeto que formam-se enquanto as células preparam as proteínas recém-sintetizadas para exportação. sua formação é catalisada no retículo endoplasmático por uma enzima que liga dois grupos -SH de cadeias laterais de cisteínas adjacentes na proteína enovelada. Ex: lisozima (enzima presente nas lagrimas com ação antibactericida) mantem sua atividade por longo tempo em razão dessa ligação. 
Motivo: é um padrão de enovelamento identificável, envolvendo dois ou mais elementos da estrutura secundária e a conexão entre eles. Ex: alça beta-alfa-beta; barril beta. O hormônio polipeptídico insulina não pode se formar novamente de maneira espontânea e eficaz se suas ligações dissulfeto forem destruídas. Ele é sintetizado como uma grande proteína (pró-insulina), que é clivada por uma proteína proteolítica, após a cadeia proteica ter se enovelado em uma conformação específica. A remoção de parte da cadeia polipeptídica da pró-insulina retira algumas das informações necessárias para que a proteína se enovele espontaneamente em sua conformação normal. Uma vez que a insulina tenha sido desnaturada e suas duas cadeias polipeptídicas sejam separadas, a sua habilidade de associação é perdida.
Proteostase celular requer a atividade coordenada de vias para síntese e enovelamento de proteínas, o redobramento de proteínas parcialmente desdobradas e o sequestro e degradação de proteínas irreversivelmente desdobradas. As proteínas inapropriadamente dobradas frequentemente expõem superfícies hidrofóbicas que as tornam “pegajosas”, conduzindo à formação de agregados inativos. Esses agregados podem perder suas funções normais.
Desnaturação: A perda de estrutura tridimensional suficiente para causar a perda de função sem haver obrigatoriamente o desdobramento completo da proteína. Fatores: Se a temperatura é aumentada lentamente, a conformação da proteína em geral permanece intacta até que, em uma estreita faixa de temperatura, ocorre uma perda abrupta da estrutura (e da função). A mudança repentina sugere que a perda de estrutura em uma parte da proteína desestabiliza as outras partes. Solventes orgânicos, ureia e detergentes atuam, principalmente, rompendo as interações hidrofóbicas que mantêm o núcleo estável das proteínas globulares; a ureia também rompe as ligações de hidrogênio; extremos de pH alteram a carga líquida da proteína, causando repulsão eletrostática e o rompimento de algumas ligações de hidrogênio. Certas proteínas globulares desnaturadas por temperatura, extremos de pH ou agentes desnaturantes reassumem suas estruturas nativas e suas atividades biológicas se retornarem às condições nas quais a conformação nativa é estável (renaturação). 
Auxiliadores do Enovelamento: A proteína dissulfeto-isomerase (PDI) é uma enzima amplamente distribuída que catalisa a interconversão, ou modificação, de ligações dissulfeto até que as ligações da conformação nativa sejam formadas. Entre suas funções, a PDI catalisa a eliminaçãode intermediários dobrados com ligações dissulfeto transversais inadequadas. A peptídeo-prolil-cis-trans-isomerase (PPI) catalisa a interconversão de isômeros cis e trans de ligações peptídicas de resíduos de Pro, que pode representar um passo lento no enovelamento de proteínas que contêm algumas ligações peptídicas com Pro na conformação cis.
Na diabetes do tipo 2, doença de Alzheimer, doença de Huntington e doença de Parkinson, estão associadas com um mecanismo de enovelamento errôneo: uma proteína solúvel normalmente secretada pela célula é secretada em um estado de enovelamento errado, sendo convertida em uma fibra amiloide extracelular insolúvel. As doenças são coletivamente chamadas de amiloidoses rica em camadas de folha Beta. 
Função Proteica: A habilidade de uma proteína de se ligar seletivamente e com alta afinidade a um ligante depende da formação de um conjunto de ligações fracas não-covalentes – ligações de hidrogênio, atrações eletrostáticas e de van der Waals e interações hidrofóbicas favoráveis. Uma interação efetiva ocorre apenas quando muitas ligações fracas são formadas simultaneamente. Sítio de ligação do ligante, normalmente consiste em uma cavidade na superfície da proteína, formada por um arranjo particular de aminoácidos.
Enzima alosterica: A molécula reguladora com frequência tem uma forma totalmente diferente daquela do substrato da enzima. As enzimas possuem um sítio ativo, que reconhece os substratos, e um sítio regulador, que reconhece uma molécula reguladora. Esses dois sítios comunicam-se de modo a permitir que os eventos catalíticos no sítio ativo sejam influenciados pela ligação da molécula reguladora ao seu próprio sítio, na superfície da proteína.
Hemoglobina e Mioglobina: O oxigênio é pouco solúvel em soluções aquosas e não pode ser transportado para os tecidos em quantidade suficiente se estiver simplesmente dissolvido no plasma sanguíneo. Contudo, o ferro livre promove a formação de espécies de oxigênio altamente reativas, como as hidroxilas, que podem danificar o DNA e outras macromoléculas. Por isso, o ferro usado nas células está ligado em formas que o sequestram e/ou o tornam menos reativo. O ferro é incorporado ao grupo prostético (composto associado permanentemente a uma proteína e que contribui para sua função) heme. O heme consiste em uma complexa estrutura orgânica em anel, protoporfirina, à qual se liga um único átomo de ferro no estado ferroso (Fe2+). Por ficar no interior da proteína, o Fe não é convertido na forma oxidada, mantendo sua capacidade de ligar reversivelmente com O2. Quando o oxigênio se liga, as propriedades eletrônicas do ferro são alteradas; isso leva à mudança de cor do sangue venoso pobre em oxigênio, roxo-escuro, para o vermelho- brilhante do sangue arterial rico em oxigênio. A mioglobina consiste em um único polipeptídeo com uma molécula de heme, é formada por oito segmentos a-helicoidais conectados por inflexões. O interior é constituído por resíduos não polares, como leucina (Leu), valina (Val), metionina (Met) e fenilalanina (Phe), apenas os dois resíduos de His, que participam na ligação do oxigénio ao grupo heme, são os únicos resíduos polares existentes no seu interior. A capacidade da Mb se ligar ao oxigénio, depende da presença do heme.A hemoglobina é uma proteína tetramérica, contendo quatro grupos prostéticos heme, cada um associado com uma cadeia polipeptídica. As quatro unidades polipeptídicas estão ligadas entre si por ligações não covalentes, ou seja, ligações fracas A hemoglobina do adulto contém dois tipos de globina, duas cadeias a e duas cadeias b. o estado R e o estado T (estado da Desoxiemoglobina). Embora o oxigênio se ligue à hemoglobina nos dois estados, ele tem muito mais afinidade pela proteína no estado R (relaxado). Hemoglobina tem uma curva de ligação ao oxigênio híbrida em forma de S, ou sigmoide. Uma proteína alostérica é aquela em que a interação com um ligante em um sítio afeta as propriedades de ligação de outro sítio na mesma proteína. A ligação da Hb ao CO, é muito semelhante à que ocorre com o O2, mas possui uma estabilidade de ligação de cerca de 200 vezes superior. A dissociação deste gás é muito difícil, o que explica a sua toxicidade. A Hb ligada ao CO é designada por carboxi-hemoglobina
 ( ) As proteínas fibrosas contem diversos tipos de estruturas secundarias 
( ) um domínio pode conservar suas características tridimensionais mesmo após ser separado do polipeptideo
( ) A função da proteína é determinada pela estrutura tridimensional
( ) alfa hélice e beta folha são motivos de enovelamento
( ) no ambiente intra as ligações S-S são convertidas em SH pelo alto poder redutor
( ) as chaperonas influenciam no arranjo espacial e sem elas a proteína não consegue exercer sua função biológica 
( ) as proteínas transmembrana atravessam a bicamada por meio de enovelamento beta folha
( ) a alfa hélice foi descoberta a partir da queratina
( ) existem regiões proteicas naturalmente não enoveladas que são importantes para a função proteica 
( ) a elastina é uma proteína fibrosa
( ) ligações dissulfeto alteram a conformação da proteína intracelular
1.O que é um zimogênio? Explique como cada fator desnaturante compromete as ligações proteicas. 
2.Explique o que é uma enzima alosterica