Aminoácidos e Proteínas- Bioquímica

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Samara Pires- MED25 
 
Bioquímica Médica 
Fontes: LEHNINGER. “Princípios de Bioquímica”, 7ª ed; HARPER. 
“Bioquímica Ilustrada”, 30ª ed. 
Aminoácidos 
1. Introdução, importância médica e conceito 
• Todos os 20 tipos de aminoácidos comuns são α-aminoácidos; 
• São formados por um grupo carboxila e um grupo amino ligado ao mesmo átomo de 
carbono, denominado carbono α; 
• Os aminoácidos diferem uns dos outros pela cadeia lateral, denominada grupo R, que varia 
em estrutura, tamanho e carga elétrica e afeta a solubilidade dos aminoácidos em água; 
• Quando alguma proteína muda algumas de suas características após a sua formação 
(modificações pós-traducionais), ela pode receber aminoácidos adicionais ou cadeias 
orgânicas, por meio, por exemplo, da acetilação, metilação, fosforilação etc. Isso pode 
tornar suas propriedades distintas, por exemplo, no que tange à solubilidade, à atividade 
catalítica, entre outros. A transformação da peptidil-lisina em 5-hidroxilisina ocorre por meio 
desse processo; 
• Em todos os aminoácidos comuns, exceto na glicina, o carbono α está ligado a quatro 
grupos diferentes: um grupo carboxila, um grupo amino, um grupo R e um átomo de 
hidrogênio (na glicina, o grupo R é outro átomo de hidrogênio); 
• A partir dessa configuração, com exceção da glicina, pode-se observar que o carbono α 
é um centro quiral, o que evidencia o fato de os aminoácidos serem enantiômeros, uma 
vez que representam imagens espelhadas, mas não sobreponíveis entre si. Todas as 
moléculas com um centro quiral são também opticamente ativas, já que são capazes de 
mover o plano da luz polarizada para a esquerda ou para a direita; 
• Vale lembrar que os L-aminoácidos não necessariamente são levorrotatórios. A 
convenção L e D refere-se apenas à configuração absoluta dos quatro substituintes em 
torno do carbono quiral, e não às propriedades ópticas da molécula; 
Obs.: na escrita de uma molécula L ou D, as linhas sólidas em forma de cunha são 
representativas de uma ligação que sai para fora do plano do papel, enquanto as tracejadas, 
de uma ligação que está atrás do plano. Entretanto, supõe-se que as ligações horizontais se 
projetam para a frente do plano do papel, e as ligações verticais, para trás. 
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• As células são capazes de sintetizar especificamente os isômeros L de aminoácidos, 
porque os sítios ativos de enzimas são assimétricos, tornando estereoespecíficas as 
reações por elas catalisadas; 
• Todas as proteínas contêm carbono, hidrogênio, nitrogênio e oxigênio e quase todas 
apresentam ferro, zinco, fósforo e enxofre; 
• Os resíduos de aminoácidos presentes nas moléculas de proteínas são exclusivamente 
isômeros L. 
As proteínas da natureza são quase que totalmente formadas por isômeros L (exceto alguns 
pequenos peptídios de paredes da célula de bactérias gram-positivas, por exemplo), os quais 
correspondem a códons do código genético. Esse código, por sua vez, é degenerado ou 
redundante, pois um aminoácido frequentemente corresponde a mais de uma trinca. Todas as 
proteínas existentes são produzidas a partir dos 20 aminoácidos diferentes que há na natureza. A 
partir desses blocos de construção, os diferentes organismos podem gerar produtos tão diversos, 
como enzimas, hormônios, anticorpos, transportadores, fibras musculares, proteínas do cristalino 
dos olhos, penas, teias de aranha, chifres de rinocerontes, proteínas do leite, antibióticos, venenos 
de cogumelos e uma ampla variedade de outras substâncias com atividades biológicas as mais 
diversas. 
No momento da formação de uma proteína, ocorre uma reação de condensação entre dois 
aminoácidos, por isso que, ao tratar das características de um peptídeo, afirmamos que ele é 
formado por cada um dos resíduos de aminoácidos, o que indica que houve a perda de elementos 
de água na formação da ligação covalente. 
2. Classificação dos aminoácidos 
Classificação de acordo com o grupo R, principalmente a partir da polaridade ou tendência de 
interagir com a água em pH biológico (próximo ao pH 7). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dentro dessa divisão, pode-se agrupar os aminoácidos observando as características da 
cadeia de seus grupos R. 
 
 
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3. Propriedades dos grupos funcionais dos aminoácidos 
Os aminoácidos apresentam carga devido à presença de seus grupamentos amino e carboxila, 
sendo que ambos frequentemente estão na forma protonada em pH baixo (NH3+ e COOH) e na 
forma desprotonada em altos valores de pH, como (NH2 e COO-). No pH fisiológico (7,4), o 
grupamento carboxila existe quase que totalmente na forma R-COO- e o amino, na forma R- NH3+. 
Por conseguinte, a carga líquida total do aminoácido é zero, pois ambas se anulam e, nesse valor 
de pH, a molécula assume um estado denominado zwitterion. Esse é um exemplo de espécie 
isoelétrica, pois a molécula resultante é neutra do ponto de vista elétrico. 
Substâncias capazes de formarem ácidos/bases, como os aminoácidos, são chamadas de 
anfotéricas ou anfólitos. 
O pKa é outra propriedade dos ácidos que expressa a força de dissociação dos prótons. Assim, 
a carga líquida de um aminoácido, que é a resultante da soma de todas as cargas, depende desse 
valor nos grupamentos funcionais e do pH do meio adjacente. 
→ pI ou pH isoelétrico 
É o pH a meio caminho entre os valores de pK para a ionização em ambos os lados das 
espécies isoelétricas. No caso da alanina, por exemplo, que apresenta apenas dois grupos 
dissociáveis, o COOH e o NH3+, o pI é definido como a média aritmética entre os dois pKas das 
espécies. Para ácidos polipróticos, a regra é a mesma. Abaixo, está representado o cálculo do pI da 
alanina e, em vermelho, a fórmula para chegar ao resultado. 
 
• O pI define o pH em que o aminoácido apresenta carga líquida nula, uma vez que as cargas 
positivas e negativas dos grupos ionizáveis somadas resultam em um valor de zero. 
→ pKa 
O pKa depende de diversos fatores. O ambiente em que se encontra a molécula do 
aminoácido influencia seu pH, pois é capaz de aumentar ou diminuir o valor do pKa. Em um meio 
apolar, o pKa do grupo carboxila aumenta, tornando-o um ácido mais fraco (lembre-se de que, 
quanto maior for o valor do pKa, mais fácil será dissociar o próton de uma molécula, isto é, mais 
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fraca ela será). Consequentemente, nesse mesmo meio, o pKa do grupo amino diminuirá, tornando-
o mais forte. 
A própria localização dos aminoácidos na molécula peptídica influencia o pKa de sua cadeia 
lateral, porque surge uma grande diferença em relação ao aminoácido na solução aquosa e no sítio 
ativo de uma enzima, por exemplo. 
→ Outras propriedades 
• Solubilidade: solúveis em solventes polares e insolúveis em solventes apolares; 
• São sólidos, cristalinos e incolores. Exceção: a tirosina, a fenilalanina e o triptofano absorvem 
luz ultravioleta com elevado comprimento de onda; 
• Apresentam poder tamponante. 
 
4. Curva de titulação dos aminoácidos e a relação com pI, tampão e pKa 
Para explicar essa parte, usaremos como exemplo o aminoácido glicina. Ela apresenta dois 
grupos ionizáveis: o -COOH e o NH3+, os quais, na titulação, são desprotonados, porque, com a 
adição de uma base forte (NaOH, por exemplo), ocorre a “perda” do H+ de ambas as espécies, 
pois o OH- atrai esse grupo. Nesse processo, surgem algumas fases: 
i. pH muito baixo: ambos os grupos estão protonados, afinal, há grande concentração de 
H+; 
ii. Primeiro estágio: o grupo -COOH da glicina perde o próton. No ponto médio desse 
estágio, as concentrações do doador de prótons, +H3N-CH2-COOH, e do aceptor de 
próton, +H3N-CH2-COO-, estão iguais. Nesse ponto médio, o pH é igual ao pKa do COOH; 
iii. Ponto de inflexão: estágio em que o pH é igual ao pI e, consequentemente, a maior 
parte da molécula está no estado de zwitterion. Nesse ponto, a remoção do primeiro 
próton está completa e a do segundo apenas começou; 
iv. Segundo estágio:o grupo -NH3+ da glicina perde o próton, tornando-se NH2. No ponto 
médio, o pH é igual ao pKa do -NH3+. 
v. A titulação se completa e a forma predominante da glicina passa a ser H2N-CH2-COO-. 
Isso ocorre em um pH aproximado de 12. 
As regiões em azul são as de poder tamponante. 
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A curva de titulação nos permite: 
• Saber o pKa dos grupos ionizáveis de um aminoácido; 
• Saber o ponto de tamponamento do aminoácido, o qual ocorre nos pontos em que o pH 
é igual ao pKa dos grupos ionizáveis. Neles, pode-se usar a equação de Henderson-
Hasselbach; 
• Saber o ponto isoelétrico ou pH isoelétrico, em que a carga elétrica líquida da molécula é 
zero. 
5. Aminoácidos essenciais e não essenciais 
Os aminoácidos não essenciais são aqueles produzidos pelo nosso organismo, já os essenciais, 
os que não podem ser sintetizados pelo organismo: histidina, arginina, leucina, lisina, isoleucina, 
metionina, fenilalanina, triptofano, treonina e valina. Podem ser obtidos por meio da alimentação, seja 
de origem animal, como carnes magras, ovos, leite e seus derivados, seja de origem vegetal, como 
o grão-de-bico, a soja, alguns feijões, trigo-sarraceno, quinoa, amaranto, sementes de cânhamo, 
pistache, lentilha e arroz integral. 
Peptídios 
1. Introdução e conceito 
Duas moléculas de aminoácidos podem ser ligadas por ligação covalente por meio de uma 
ligação amida substituída, denominada ligação peptídica. Nesse caso, ocorre desidratação do grupo 
α- carboxila de um aminoácido e de um grupo α-amino de outro, o que caracteriza uma reação 
de condensação. 
 
 
 
 
Os grupos amino e carboxil são polares e formam pontes de hidrogênio. 
• A cadeia peptídica é linear e não ramificada; 
• A extremidade N- terminal (aminoterminal) é colocada à esquerda e a C-terminal 
(carboxiterminal), à direita; 
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• As reações de hidrólise de uma ligação peptídica são exergônicas, mas apresentam elevada 
energia de ativação. 
 
2. Classificação 
a) Oligopeptídio: formado por um número pequeno de aminoácidos que se unem para formar 
um peptídio (até 10 unidades, por exemplo); 
b) Polipeptídio: número maior de aminoácidos que se unem para formar um polipeptídio. 
Ambos os grupos são classificados como peptídios, pois sua massa molecular é abaixo de 
10.000, mas, para massas moleculares mais elevadas, as moléculas são denominadas proteínas. 
Assim como os aminoácidos livres, os peptídeos têm curvas de titulação características e um 
pH isoelétrico característico (pI), valor de pH no qual ele não se desloca quando submetido a um 
campo elétrico. 
a) Proteínas de multissubunidade: apresentam mais de um polipeptídeo agrupado por meio 
de ligações não covalentes. Exemplo: enzima lactato-desidrogenase, que é um tetrâmero. 
Proteína oligomérica: nome dado às proteínas que possuem mais de uma unidade 
de cadeia polipeptídica. Duas dessas cadeias polipeptídicas podem ser idênticas. Essas 
unidades iguais são chamadas de protômeros. Exemplo: a hemoglobina possui 4 
subunidades, sendo duas duplas com polipeptídios iguais. Portanto, ela é um dímero de 
protômeros αβ. 
Classificação quanto à constituição: 
a) Proteínas simples: apresentam apenas resíduos de aminoácidos. Ex.: quimotripsina; 
b) Proteínas conjugadas: contêm componentes químicos permanentemente associados. Elas 
apresentam, nesse caso, um grupo prostético. Ex.: lipoproteínas, metaloproteínas, 
glicoproteínas. 
 
Proteínas 
• Geralmente, o efeito hidrofóbico predomina nas interações fracas das proteínas; 
• As cadeias laterais da sequência de aminoácidos apresentam um número significativo de 
grupos hidrofóbicos, principalmente triptofano, valina, leucina, isoleucina; 
• O interior da proteína geralmente apresenta um núcleo compacto de cadeias hidrofóbicas, 
enquanto o exterior é predominantemente formado por cadeias hidrofílicas; 
• Interações das proteínas: pontes de hidrogênio, interações dipolo induzido, forças de van 
der Waals (fracas, pouco contribuem para a estabilidade geral da proteína, mas são 
importantes na interação com outras moléculas). 
 
1. Estrutura 
• Primária: sequência de aminoácidos em uma cadeia polipeptídica. O número, a ordem e a 
natureza dos aminoácidos são específicos para cada proteína. Essa estrutura é formada 
por meio de ligações covalentes; 
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• Secundária: o dobramento em segmentos curtos; 
• α- hélice: é estabilizada por meio de ligações de hidrogênio entre o oxigênio da carbonila 
e o átomo de hidrogênio ligado ao nitrogênio da ligação peptídica. Os grupos R de cada 
resíduo aminoacil da α- hélice ficam voltados para fora. 
• α- hélice anfipáticas: apresentam grupos R hidrofílicos e hidrofóbicos que se projetam para 
lados opostos da cadeia; 
• Folha β: os resíduos de aminoácidos de uma folha β, quando visualizados na borda, formam 
um padrão de zigue-zague ou pregueado, no qual os grupamentos R dos resíduos 
adjacentes apontam em direções opostas. A estabilidade da folha β resulta de ligações de 
hidrogênio entre os segmentos adjacentes da folha. 
• A folha β pode ser paralela ou antiparalela. No primeiro caso, os segmentos adjacentes das 
cadeias polipeptídicas prosseguem na mesma direção (de N- terminal para C-terminal). No 
segundo caso, eles são organizados em direções opostas. 
• A conformação β é mais estável quando está torcida para a direita em cada um dos 
segmentos. Essa torção determina uma estrutura distinta, como o barril β e a folha torcida. 
• Motivos, enovelamento ou estrutura supersecundária: são estruturas de hélice-alça-hélice 
que estão em apenas uma parte da proteína e que caracterizam intermediários da 
estrutura secundária e da terciária. Constituem sítios acessíveis para as diversas funções 
proteicas. A maior parte das alças são estabilizadas por ligações de hidrogênio, pontes 
salinas e interações hidrofóbicas com outras porções da proteína. Além disso, sobre as 
alças especificamente, pode-se afirmar que contêm resíduos além da quantidade mínima 
necessária para conectar regiões adjacentes. 
• Um motivo também pode ter uma estrutura bem elaborada, formando grande número de 
segmentos proteicos juntos (é o caso do barril β). 
• Terciária: reunião das unidades estruturais secundárias em unidades funcionais maiores, 
como o polipeptídio maduro e seus domínios componentes. Ela determina como as 
características estruturais secundárias, como hélices, folhas, dobras, curvaturas e alças, são 
organizadas tridimensionalmente. Assim, ocorre a formação de domínios, os quais são 
definidos como uma seção da estrutura proteica capaz de realizar determinada tarefa física 
ou química. Há proteínas menores que apresentam apenas um domínio, enquanto outras 
podem possuir mais de um. 
• Os domínios não necessariamente se ligam a substratos, pois podem ancorar proteínas 
nas membranas ou possibilitar a travessia delas nas membranas. Nesse caso, esses são os 
domínios de membrana hidrofóbicos. 
• Proteínas fibrosas: cadeias polipeptídicas arranjadas em longos filamentos ou folhas. 
Geralmente, são formadas por um único tipo de estrutura secundária e a estrutura terciária 
é relativamente simples. Elas são adaptadas às funções estruturais e são hidrofóbicas. 
Exemplos: α-queratinas (pelos, cabelos, unhas, garras, penas, chifres), colágeno (tendões, 
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cartilagens, matriz orgânica dos ossos, córnea dos olhos) e elastina (encontrada nos pulmões 
nas paredes das grandes artérias e nos ligamentos elásticos). 
• Proteínas globulares: cadeias polipeptídicas enoveladas em forma esférica ou globular. 
Geralmente, apresentam vários tipos de estruturas secundárias, têm uma forma mais 
compacta e estão presentes em enzimas, em proteínas transportadoras, em proteínas 
motoras, em imunoglobulinas e em proteínas reguladoras. Elas são ricas em motivos, em 
estruturas supersecundárias e em domínios distintos. Ex.: actina. 
• Quaternária: número e tipos de unidades polipeptídicase seus arranjos espaciais. Ela define 
a composição polipeptídica de uma proteína e, caso ela seja formada por mais de uma 
subunidade (proteína oligomérica), organiza as relações espaciais entre cada monômero. 
Os homodímeros são formados por duas cópias da mesma cadeia polipeptídica, já os 
heterodímeros, compostos por unidades diferentes. 
• Interações que estabilizam as estruturas terciária e quaternária: geralmente, essa 
estabilização ocorre por meio de interações não covalentes. Como exemplo, as interações 
hidrofóbicas (que organizam as cadeias para o interior da proteína, longe do contato com 
a água, por exemplo), as ligações de hidrogênio, as pontes salinas e as ligações dissulfeto 
covalentes, que ligam os grupamentos sulfidrila aos resíduos cistenil e necessitam de 
oxigênio (podem estabilizar a conformação externa de uma proteína ou a conformação 
interpolipeptídica, no caso de proteínas oligoméricas). 
• Dobramento proteico 
• Sob condições laboratoriais apropriadas, muitas proteínas se dobrarão novamente depois 
de serem desnaturadas; 
• Chaperonas: participam do dobramento da maioria das proteínas dos mamíferos. Uma das 
famílias das chaperonas é donominada chaperoninas. Essas proteínas atuam criando um 
ambiente adequado e protegido do solvente para a conformação da proteína, a fim de 
que todas as regiões se dobrem e haja a organização adequada dos grupos hidrofóbicos 
no interior da cadeia. 
 
2. Desnaturação e enovelamento das proteínas 
Uma perda na estrutura tridimensional que possa ocasionar perda da função é chamada de 
desnaturação. Os agentes da desnaturação incluem o calor, que afeta as ligações de hidrogênio 
que estão na cadeia proteica, as mudanças de pH, alguns solventes orgânicos miscíveis, como o 
álcool ou a acetona, alguns solutos, como ureia, e detergentes. Nesse caso, não há rompimento 
das ligações covalentes que formam a estrutura primária, mas sim das interações que constituem 
as outras estruturas. Outro sinal observado é a precipitação da proteína. 
a) Desnaturação reversível: algumas proteínas desnaturadas por certos agentes são 
capazes de restituir sua conformação nativa, por meio de um processo denominado 
renaturação. Ex.: a ribonuclease volta à sua conformação original quando os agentes 
redutores são removidos, mesmo que, quando desnaturada, haja perda de sua atividade 
catalítica. 
b) Desnaturação irreversível: depois de desfeita a estrutura tridimensional da proteína, ela 
não retorna ao estado original, ainda que sejam retirados os agentes de desnaturação.