Água, aminoácidos, peptídeos e proteínas

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ÁGUA, AMINOÁCIDOS, PEPTÍDEOS E PROTEÍNAS
Lavínia Vasconcellos Patrus Pena 2019
2019
ÁGUA E INTERAÇÕES MOLECULARES
· Principal componente do organismo dos seres vivos -> substância + abundante
· Quantidade de água no corpo humano varia (mais ou menos 70% do peso)
· Água: polar: formação de dipolo elétrico
· Oxigênio: eletronegativo -> atrai elétrons -> caga parcial negativa (2-)
· Hidrogênio: carga parcial positiva (+)
· Pontos de congelamento, ebulição e calor de vaporização relativamente altos -> ligações de hidrogênio (atrações intermoleculares: entre moléculas de água)
· Ponto de fusão: 0oC e ponto de ebulição: 100oC
· LH: ligação fraca comparada a ligações covalentes
· Energia de dissociação de ligação (requerida para quebrar uma ligação): 23 kJ/mol
· Pouca energia para quebrar a ligação de hidrogênio
· Até 4 ligações de hidrogênio para cada molécula de água
· A fluidez da água se deve a meia-vida curta das ligações
· LH se formam e se desfazem muito rapidamente
· Agrupamentos oscilantes: grupos de moléculas de água interligadas por LH de vida curta na água líquida (com grande coesão interna)
· Estrutura do gelo -> rede regular
· Máximo de LH possíveis -> 4 por molécula
· Necessária muita energia térmica para quebrar uma proporção suficiente de LH para desestabilizar a rede cristalina do gelo -> alto ponto de fusão da água
· LH: FON -> LH entre água e substâncias polares
· Bases nitrogenadas -> AT 3 LH e CG 2 LH
· Entre aminoácidos
· Entre grupos peptídicos em polipeptídicos -> para estruturas tridimensionais (estrutura nativa: quando as interações fracas são maximizadas)
· Forte -> átomos retos, alinhados
· Fraca -> átomos não alinhados
· Compostos que se dissolvem facilmente em água: hidrofílicos -> polares
· Glicose
· Biomoléculas com O,H,N -> LH soluto-soluto substituída por LH soluto-água, blindando as interações eletrostáticas entre as moléculas de soluto por causa da constante dielétrica da água ser alta
· Compostos que não se dissolvem facilmente em água: hidrofóbicos -> apolares
· Polar dissolve em polar, apolar em apolar
· Interações iônicas: atração e repulsão
· Ponto de saturação: quando nem todo o soluto se dissolve por estar em uma grande quantidade -> sem quantidade suficiente de água para dissolver todo o soluto
· Entropia (grau de desordem) aumenta quando uma substância cristalina se dissolve em água -> pontos de ebulição e fusão aumentam
· Composto anfipático: macromolécula com uma porção hidrofílica e uma hidrofóbica
· Água forma uma 'gaiola'
· Micela: todas partes hidrofóbicas para dentro e as partes hidrofílicas para fora
· Minimização do número de moléculas de água necessárias para envolver as porções hidrofóbicas das moléculas de soluto
· Complexo enzima-substrato
· Enzima e substrato separados: moléculas de água formam uma camada ordenada
· Ligação do substrato com enzima libera algumas moléculas de água -> aumento resultante na entropia favorece termodinamicamente a formação do complexo enzima-substrato
· Soluto altera as propriedades coligativas da água: pressão de vapor, ponto de ebulição e de fusão (congelamento) e pressão osmótica
· Osmose: movimento da água de uma membrana semipermeável por diferenças na pressão osmótica
· Célula em
· Estado isotônico: mesma quantidade de água sai e entra
· Estado hipotônico: água entra na célula -> célula sofre lise (osmólise) -> pensar no neurônio
· Estado hipertônico: água sai da célula
· Água como reagente de processos bioquímicos como hidrólise, condensação e reações de oxidação-redução
Ionização da água e de ácidos e bases fracos
· Baixo poder de ionização
· Moléculas de água sofrem ionização reversível -> produtos: íon hidrogênio (próton) e íon hidróxido (OH-)
· Íons hidrogênio formados em água hidratados para formar íons hidrônio (H30-)
· Água pura: corrente elétrica
· Salto de prótons: movimento líquido de prótons por uma longa distância em um tempo extremamente curto -> alta mobilidade iônica do H+
· Água pura: pH neutro (7)
· pH = -log[H+]
· pH maior que 7: solução alcalina ou básica -> maior concentração de OH- de que H+
· pH menor que 7: solução ácida -> maior concentração de H+
· pH afeta a estrutura e a atividade de macromoléculas biológicas
· pH do plasma sanguíneo das pessoas com diabetes grave e não controlado é comumente abaixo do valor normal de 7,4 -> acidose
· pH sanguíneo + alto que o valor normal -> alcalose
· Cada enzima funciona em um determinado valor de pH
· Ácido doa prótons e base recebe prótons
· + forte o ácido: maior a tendência de perder prótons
· Par conjugado ácido-base: um doador de prótons e seu correspondente aceptor de prótons
· pKa (análogo ao pH): força relativa de um ácido ou base fraca
· Ka: constante de ionização ou de dissociação ácida: define a tendência de um ácido de perder um próton
· + forte o ácido, maior tendência de dissociar um próton, menor do valor de pKa
· + forte a base, maior o valor de pKa 
· pH central da curva de titulação (determina a quantidade de um ácido em determinada solução) para o ácido ou para a base
· Tampões: sistemas aquosos que tendem a resistir a mudanças de pH quando pequenas quantidades de ácido (H+) ou base (OH-) são adicionadas
· Consiste em um ácido fraco (doador de prótons) e sua base conjugada (aceptor de prótons) -> [] iguais
· Região de tamponamento: zona relativamente plana na curva de titulação
· Quantidade de H+ e de OH- adicionada ao sistema tem muito menos efeito no pH que a mesma quantidade adicionada fora da zona
· Tamponamento: equilíbrio entre duas reações reversíveis ocorrendo em uma solução na qual as [] de doador de prótons e de seu aceptor conjugado são quase iguais
· Sistemas tampões como primeira linha de defesa dos organismos contra mudanças de pH -> proteínas contendo histidinas: tampões efetivos próximos ao pH neutro
Aminoácidos, peptídeos e proteínas
proteínas
· Macromoléculas biológicas + abundantes -> com grande diversidade
· Funções estruturais e dinâmicas
· Catálise enzimática (enzimas: proteínas com maior variedade e especializações)
· Transporte de moléculas (hemoglobina)
· Proteção imunitária (anticorpo)
· Sustentação (citoesqueleto, colágeno)
· Movimento (contração muscular, actina e miosina)
· Geração e transmissão de impulsos nervosos (acetilcolina)
· Hormônios (insulina -> diabetes)
· Regulação da expressão genética (fatores de transcrição)
· Instrumentos moleculares pelos quais a informação genética é expressa
· Construídas a partir de 20 aminoácidos (primários)-> polímeros de aminoácidos (alfabeto no qual a linguagem da estrutura proteica está escrita)
· Se ligam de modo covalente em uma sequência linear específica
· Resíduo de aminoácido: indica a perda de elementos de água quando um aminoácido é unido a outro
· Podem ser degradadas (hidrolisadas) em seus aminoácidos constituintes
aminoácidos
· Cada aa apresenta uma cadeia lateral distinta
· Os 20 aminoácidos comuns = 𝛂-aminoácidos
· Grupo carboxila + grupo amino + grupo R + hidrogênio ligados ao carbono alfa (carbono central)
	Aminoácido
	Abreviação
	Símbolo
	Alanina
	Ala
	A
	Arginina
	Arg
	R
	Asparagina
	Asn
	N
	Acido aspártico (aspartato)
	Asp
	D
	Acido glutâmico (glutamato)
	Glu
	E
	Cisteína
	Cys
	C
	Glicina
	Gly
	G
	Glutamina
	Gln
	Q
	Histidina
	His
	H
	Isoleucina
	Ile
	I
	Leucina
	Leu
	L
	Lisina
	Lys
	K
	Metionina
	Met
	M
	Fenilalanina
	Phe
	F
	Prolina
	Pro
	P
	Serina
	Ser
	S
	Tirosina
	Tyr
	Y
	Treonina
	Thr
	T
	Triptofano
	Trp
	W
	Valina
	Val
	V
· Grupo R (radical) diferencia os aminoácidos entre eles: resto é comum a todos
· Prolina: aminoácido cíclico
· Carbono alfa: centro quiral (4 grupos diferentes) -> opticamente ativos: giram o plano da luz polarizada
· Glicina: grupo R é um hidrogênio -> não é um carbono quiral
· Atribuídas abreviações de 3 letras e símbolos de uma letra
· Sistema D e L: referir apenas à configuração absoluta dos 4 substituintes em torno do carbono quiral
· Os carbonos são numerados de 1 a 3: carboxila para cima, radical para baixo
· L-aminoácidos: grupo amino à esquerda 
· D-aminoácidos: grupo amino àdireita 
· Baseado na estrutura do carboidrato gliceraldeído
· Resíduos de aminoácidos em proteínas: exclusivamente isômeros L (biologicamente ativos)
· Suplementação: aminoácidos L e D
· D presentes em pequenos peptídeos bacterianos ou em antibióticos
· Células capazes de sintetizar especificamente os isômeros L -> sítios ativos de enzimas assimétricos, tornando estereoespecíficas as reações por elas catalisadas
· Aminoácido essencial: corpo não consegue produzir de forma suficiente a suprir a própria necessidade (lisina, leucina, isoleucina, valina, metionina, fenilalanina, treonina, triptofano, histidina)
· Aminoácido não essencial: corpo produz em quantidade suficiente para suprir toda a demanda (alanina, Arginina*, aspartato, asparagina, cisteína, glutamato, glutamina, glicina, prolina, serina, tirosina)
· Arginina: para indivíduos jovens e em crescimento
· Tirosina sintetizada a partir da fenilalanina
· Para de consumir a fenilalanina -> tirosina se torna um aminoácido essencial
· 5 grupos de aminoácidos com base nas propriedades dos grupos R: polaridade e tendência para interagir com a água em pH biológico
· Aminoácidos apolares, alifáticos: apolares e hidrofóbicos
· Alanina, valina, leucina, isoleucina: interação hidrofóbica -> estabilização da estrutura proteica (no interior das proteínas)
· Glicina: não contribuí para integrações hidrofóbicas
· Prolina: conformação rígida que reduz a flexibilidade estrutural -> por ter uma estrutura cíclica 
· Metionina: com enxofre
· Grupos R aromáticos: relativamente apolares -> podem participar da interação hidrofóbica 
· Tirosina (grupo hidroxila) e triptofano (nitrogênio) podem fazer LH (hidrofobia não tão grande) -> absorção de luz ultravioleta
· Fenilalanina: absorve luz ultravioleta em menor extensão (Coca-Cola)
· Fenilcetonúria: doença que restringe a alimentação que contém esse aminoácido
· Aminoácidos polares, não carregados: + solúveis em água (hidrofílicos)-> LH
· Serina e treonina -> grupos hidroxila
· Cisteina: contém enxofre
· Dois resíduos de cisteina ligados por uma ligação dissulfeto: cistina (escova progressiva: quebrar as pontes dissulfeto) -> hidrofóbica
· Asparagina e glutamina (grupos amida): facilmente hidrolisadas por ácido ou base, produzindo aspartato e glutamato
· Aminoácidos carregados positivamente (básicos): mais hidrofílicos, possuem grupos R com uma carga positiva significativa em pH 7
· Lisina, arginina, histidina (ressonância, mudança de elétrons; facilita muitas reações catalisadas por enzimas)
· Aminoácidos carregados negativamente (ácidos): grupos R com carga negativa significativa em pH 7
· Aspartato e glutamato (ácido aspártico, e ácido glutâmico, neurotransmissor)
· Aspartato em pH 1: deixa de ser negativo
· Aminoácidos não primários: aminoácidos primários com pequenas modificações
· 4-hidroxiprolina, 5-hidroxilisina (aminoácidos primários que receberam uma hidroxila)
· Encontrados no colágeno (para ter muita resistência -> máximo de interação entre uma fibra e outra -> hidroxila -> + uma LH -> mais resistência)
· 4-hidroxiprolina também encontrada na parede celular dos vegetais
· 6-N-metilalisina: na miosina -> grupo metil adicionado à lisina
· Y-carboxiglutamato: na protrombina (coagulação)
· Desmosina: na clastina
· Selenocisteína: grupo seleno
· Ausências: patologias no corpo
· Ornitina e citrulina: intermediários importantes na biossíntese da arginina e no ciclo da ureia (secreção de amônia)
· Aminoácidos variam em suas propriedades acidobásicas e têm curvas de titulação características (titulação ácido-base envolve a adição ou remoção gradual de prótons)
· Forma zwitteriônica: tanto como um ácido (doador de prótons) tanto como uma base (aceptor de prótons)
· Solução tampão: tende a evitar uma variação brusca do pH no corpo
· Duas regiões tamponantes 
· pH 0: aminoácido protonado (aminoácido recebeu todos os H+)
· pK: 50 protonados no grupo carboxila/amino e 50 desprotonados no grupo carboxila/amino
· Passagem: mudança brusca
· Da direita pra esquerda: base, da esquerda pra direita: acido (aminoácido vai perdendo H+)
· Estado de ionização dos aminoácidos varia com o pH
· pH baixo: meio rico em H+ -> aminoácido vai receber H+ (base)
· pH alto: meio pobre em H+ -> aminoácido vai doar H+ (ácido)
Peptídeos e proteínas
· Peptídeos: cadeias de aminoácidos
· Aminoácidos ligados por uma ligação peptídica formada pela remoção de elementos de água (desidratação) do grupo carboxila (de uma estrutura comum) de um aminoácido com um grupo amino (estrutura comum) de outro através de uma reação de condensação 
· Ligação covalente
· Dipolo elétrico da ligação (amino com carga positiva e carboxila com carga negativa) -> aspecto de dupla ligação para a ligação peptídica: rígida e plana
· Ligações estáveis
· Resíduo de aminoácido: parte restante do aminoácido após a perda de elementos de água -> massa molecular de cerca 110
· Resíduo na extremidade com grupo amino livre: extremidade aminoterminal ou N-terminal (à esquerda)
· Resíduo na extremidade com grupo carboxila livre: extremidade carboxiterminal ou C-terminal (à direita)
· Bipeptídeo (aspartame: adoçante = L-aspartil-L-fenilalanina), tripeptídeo, assim por diante
· Peptídeos pequenos: vários hormônios como a ocitocina
· Oligopeptídeo (poucos aminoácidos), polipeptídeos (muitos aminoácidos)
· Proteínas: massas moleculares maiores que a de um polipeptídeo
· Comportamento acidobásico de um peptídeo previsto a partir dos seus grupos amino e carboxila livres em combinação com a natureza e o número de grupos R ionizáveis
· Proteínas de multisubunidade: 2 ou + polipeptídeos (idênticos ou não) associados de modo não covalente
· Pelo menos duas cadeias polipeptídicas idênticas: proteína oligomérica
· Unidades idênticas: protômeros
· Hemoglobina (4 cadeias polipeptídicas: 2 alfa e 2 beta)
· Outras proteínas: 2 ou + cadeias polipeptídicas ligadas covalentemente (insulina)
· Proteínas simples: apenas resíduos de aminoácidos na sua estrutura (como as enzimas ribonuclease A e a quimotripsina)
· Proteínas conjugadas: resíduos de aminoácidos + componentes químicos permanentemente associados (grupo prostético) -> para exercer sua função
· Lipoproteínas (lipídeos), glicoproteínas (grupos de açucares, carboidratos -> anticorpos), metaloproteínas (metal) 
· Algumas: + de um grupo prostético
· Proteínas podem ser separadas e purificadas com base em diferenças nas suas propriedades: mudança de pH ou de temperatura, adição de certos sais -> eletroforese: com base na massa ou na carga
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lAVÍNIA VASCONCELLOS PATRUS pena