Aminoácidos: Estrutura e Classificação

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Marcelle Souza – MED 118 
Aminoácidos 
São monômeros constituintes de peptídeos e 
proteínas. Todos os organismos utilizam os 
mesmos vinte aminoácidos como blocos 
construtores para a produção de proteínas, sendo 
eles chamados de comuns ou padrão. Eles são 
denominados, com exceção da prolina, como α-
aminoácidos, pois possuem um grupo amina 
primário (NH2) e um grupo carboxila (COOH) 
ligados ao mesmo carbono (carbono α); a prolina 
possui um grupo amino secundário. Além desses 
dois grupos, dois outros substituintes são ligados 
ao carbono α: um átomo de hidrogênio e uma 
cadeia lateral R, que varia em estrutura, tamanho e 
carga elétrica, influenciando a solubilidade dos 
aminoácidos em água. São sólidos, cristalinos e 
com solubilidade variável em água, com alto 
ponto de fusão e ebulição. Aminoácidos 
encontrados nas proteínas possuem como 
elementos chaves: C, H, O, N, sendo que alguns 
podem conter enxofre e fósforo. Em pH 
fisiológico, o grupo carboxila encontra-se 
dissociado, formando o íon carboxilato, carregado 
negativamente (COO
-
), e o grupo amino encontra-
se protonado (NH3
+
). Portanto, são anfóteros, já 
que em soluções aquosas apresentam 
característica ácida e básica (característica 
dipolar). Nas proteínas, quase todos esses grupos 
carboxila e amino estão envolvidos nas ligações 
peptídicas e, em geral, não estão disponíveis para 
reações químicas, exceto pela possibilidade de 
formação de ligações de hidrogênio. Nesse 
sentido, é a natureza das cadeias laterais que 
determina o papel do aminoácido na proteína. 
 
Em 19 dos 20 aminoácidos comuns, o átomo de 
carbono α é quiral, com exceção da glicina, cujo R 
é um átomo de hidrogênio. A configuração 
absoluta é semelhante à apresentada pelo L-
gliceraldeído, de modo que o L-α-aminoácido 
apresenta o grupamento amino voltado para a 
esquerda. Assim, são formados estereoisômeros 
(enantiômeros), sendo que todos os aminoácidos 
encontrados nas proteínas humanas são L-α-
aminoácidos (série L). A importância da isomeria 
reside na determinação da função do aminoácido, 
assim como sua capacidade de ser aplicado no 
metabolismo, tendo em vista a 
estereoespecificidade das enzimas. 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. 
 
1) QUANTO AO NÚMERO DE GRUPOS 
BÁSICOS E DE GRUPOS ÁCIDOS 
 Aminoácidos ácidos: possuem mais 
grupos ácidos do que básicos; carregados 
negativamente. Ex: ácido glutâmico e 
ácido aspártico. 
 Aminoácidos neutros: número de grupos 
ácidos igual ao de básicos; não possuem 
carga elétrica total. Ex: alanina, glicina, 
fenilalanina. 
 Aminoácidos básicos: possuem mais 
grupos básicos do que ácidos; carregados 
positivamente. Ex: lisina e arginina. 
 
2) QUANTO À CADEIA CARBONADA 
 Aminoácidos aromáticos: possuem anel 
aromático na estrutura. Ex: fenilalanina, 
tirosina e triptofano. A tirosina compõe 
proteínas sinalizadoras; o excesso de 
fenilalanina pode causar fenilcetonúria, 
que é quando não há metabolização 
adequada de fenilalanina; o triptofano é 
um aminoácido precursor, dando origem à 
serotonina. Alguns kits utilizados para 
doseamento de proteínas se dá a partir da 
detecção da presença desses aminoácidos. 
 Aminoácidos alifáticos: possuem cadeia 
aberta. Ex: alanina, leucina, glicina, 
metionina, valina, isoleucina, etc. 
 
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3) QUANTO À PRODUÇÃO PELO 
ORGANISMO 
 Aminoácidos essenciais: não produzidos 
pelo organismo ou produzidos em 
quantidades não suficientes e devem ser 
adquiridos através da alimentação 
arginina; fenilalanina; histidina; 
isoleucina; leucina; lisina; metionina; 
treonina; triptofano; valina. 
 Aminoácidos não essenciais: organismo 
produz em quantidades suficientes 
alanina; asparagina; ácido aspártico; 
cisteína; glutamina; glicina; prolina; 
serina; tirosina. 
 Aminoácidos condicionalmente 
essenciais: não são sintetizados pelo corpo 
humano em determinadas patologias ou 
períodos, sendo necessária a sua obtenção 
pela alimentação arginina; cisteína; 
glicina; glutamina; prolina; tirosina. 
 Outros aminoácidos não essenciais 
produzidos: ornitina e citrulina fazem 
parte do ciclo da ureia. 
 
4) QUANTO AOS GRUPOS 
SUBSTITUINTES 
As propriedades das cadeias laterais influenciam 
grandemente a forma tridimensional, ou a 
conformação de uma proteína. As cadeias laterais 
hidrofóbicas de uma proteína lipossolúvel, por 
exemplo, se dobra em direção ao interior da 
estrutura dando-lhe uma forma compacta, 
globular. 
 Aminoácidos apolares alifáticos: alanina, 
glicina, leucina, isoleucina, metionina, 
valina. 
 Aminoácidos aromáticos: fenilalanina, 
tirosina e triptofano. Absorvem a luz UV. 
O grupo hidroxila da tirosina pode formar 
ligações de hidrogênio e é um importante 
grupo funcional em algumas enzimas. 
 Aminoácidos polares neutros (carga 
líquida total igual a zero em pH neutro): 
asparagina, cisteína, glutamina, serina, 
treonina. A cisteína (grupo sulfidrila) é 
prontamente oxidada para formar a cistina, 
na qual duas moléculas ou resíduos de 
cisteína são ligados por ligação dissulfeto 
reversível. Essa ligação é importante nas 
estruturas de muitas proteínas, pois ajuda 
na sua estabilização. Há a criação de 
ligações covalentes entre partes de uma 
cadeia polipeptídica ou entre duas cadeias 
polipeptídicas diferentes. A asparagina e a 
glutamina são, respectivamente, amidas 
dos ácidos aspártico e glutâmico. 
 Aminoácidos polares básicos 
(carregados positivamente em valores 
fisiológicos de pH): arginina, histidina e 
lisina. A histidina é o único aminoácido 
comum que tem uma cadeia lateral 
ionizável com pK próximo da 
neutralidade; pode ser positivamente 
carregada (forma protonada) ou não 
carregada em pH 7. Seus resíduos 
facilitam muitas reações catalisadas por 
enzimas, funcionando como 
doadores/aceptores de prótons. 
 Aminoácidos polares ácidos (grupos R 
com carga negativa final em pH 7): 
ácido aspártico e ácido glutâmico 
(aspartato e glutamato), que são 
importantes da degradação de 
aminoácidos. 
 
 
 
Aminoácidos que sofrem modificação a partir de 
uma estrutura pré-existente de aminoácido, com 
inclusão de novos grupos químicos, por exemplo. 
São importantes para o desempenho de funções 
especificas que nem sempre estão relacionadas à 
formação de novas proteínas. 
Exemplos: prolina 4-hidroxiprolina (colágeno) 
lisina 5-hidroxilisina (colágeno); glutamato 
γ-carboxiglutamato (protrombina); histidina 
histamina; tirosina epinefrina; selenocisteína 
glutationa peroxidase; etc. 
 
 
A prolina possui cadeia fechada e sua 
estrutura é importante biologicamente para a 
formação do colágeno 
 
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Os aminoácidos são anfóteros: se comportam 
como base ou ácido a depender do pH. 
Determinado aminoácido em solução aquosa, ao 
passar de um meio fortemente ácido para um meio 
fortemente alcalino, sofre variações em relação 
à sua carga elétrica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Zwitterion: íon dipolar; estrutura que 
possui número igual de carga elétrica 
positiva e negativa e, portanto, carga 
líquida igual a zero. 
 Aminoácidos com igual número de grupos 
amino e grupos carboxila são neutros 
quando dissolvidos em água 
 Em meio ácido, o grupo COO- é protonado 
e existe como COOH 
 Em meio básico o grupo NH3
+
 é 
desprotonado e existe como NH2 
 Solução tampão neutraliza tanto ácido 
como base 
 
O aminoácido existe na forma neutra (zwitterion) 
e é influenciado pela natureza da cadeia lateral. O 
valor de pH onde o número de cargas positivas é 
igual ao de cargas negativas (carga total zero), 
portanto, não sãoatraídas por ação de campo 
elétrico. O aminoácido em pH<pI tem carga 
positiva, enquanto que em pH>pI, carga negativa. 
pI pH neutro 
 
Exemplo: glicina 
 
 
 
 
 
 
 
 
pI = 
 
 
 = 5,97 
 
 Em qualquer pH acima de seu pI, a glicina 
terá carga negativa e moverá em direção 
ao eletrodo positivo (ânodo) quando 
colocada em campo elétrico 
 Em qualquer pH abaixo de seu pI, a glicina 
terá carga positiva e moverá em qualquer 
direção ao eletrodo negativo (cátodo) 
 
De acordo com o pH do meio em que se encontra, 
o aminoácido isoladamente ou fazendo parte da 
estrutura das proteínas, se ioniza e exerce função 
tamponante. O pK é o valor de pH em que existe 
uma mistura de estruturas derivadas de um mesmo 
aminoácido, onde uma delas funciona como ácido 
e a outra como base conjugada (poder tampão). 
Em pH abaixo de pKa, a forma ácida protonada é 
predominante (CH3 – COOH). Em pH acima do 
pKa, a forma básica não protonada é a forma 
predominante (CH3 – COO
-
). Todos os 
aminoácidos têm pelo menos dois valores de pKa, 
correspondentes à ionização dos grupos α-
carboxila e α-amino. 
Aminoácido 
protonado (+1) 
 
Aminoácido 
desprotonado (-1) 
 
Zwitterion 
(0) 
 H 
 R C COOH 
 NH3
+
 
 H 
 R C COO
-
 
 NH2 
 H 
 R C COO
-
 
 NH3
+
 
pH baixo 
pH alto 
2,34 9,60 2,34 9,60 
H H H 
 
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É a adição controlada de OH
-
 ou H
+
 em soluções 
aquosas. Envolve a adição ou remoção gradual de 
prótons. Por hidróxidos: o aminoácido adquire o 
maior número possível de prótons (H
+
) pela 
adição de OH
-
. 
 
1) AMINOÁCIDO NEUTRO: 1 grupo 
carboxila e 1 grupo amina 
 
Exemplo: curva de titulação da glicina 
A glicina não possui grupo lateral ionizável. Os 
dois grupos ionizáveis da glicina, o grupo amino e 
o carboxílico, foram titulados a partir de uma base 
forte, o NaOH. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Em pH muito baixo, a espécie dominante 
de glicina é a forma completamente 
protonada (H3N
+
 - CH2 – COOH). 
 À medida que o pH da solução é 
aumentado, no 1° estágio da titulação, o 
grupo COOH se dissocia, perdendo um 
próton (desprotonação). No ponto médio 
desse 1° estágio estão presentes 
concentrações equimolares de espécies 
doadoras (H3N
+
 - CH2 – COOH) e 
aceptoras (H3N
+
 - CH2 – COO
-
) de 
prótons, ou seja, 50% da forma I e 50% da 
forma II (zwitterion). Esse ponto médio 
marca o pK1 (2,34). 
 Com o prosseguimento da titulação, é 
alcançado o pI, que contém a forma 
isoelétrica da glicina (zwitterion), com 
carga total igual a zero; (H3N
+
 - CH2 – 
COO
-
). A remoção do primeiro próton está 
completa e o do segundo apenas começou. 
 O 2° estágio da titulação corresponde à 
remoção de um próton do grupo NH3
+
 
(desprotonação). No ponto médio desse 
estágio estão presentes concentrações 
equimolares da forma II (H3N
+
 - CH2 – 
COO
-
) e da forma III (H2N- CH2 – COO
-
). 
 Acima de pK2, em um pH mais elevado, 
existe a forma totalmente desprotonada da 
glicina 
 
Forma I: (H3N
+
 - CH2 – COOH), totalmente 
protonada, em pH muito baixo 
Forma II: (H3N
+
 - CH2 – COO
-
), zwitterion, não 
ocorre deslocamento em campo elétrico, pH = pI 
Forma III: (H2N- CH2 – COO
-
), totalmente 
desprotonada, em pH muito elevado 
 
 Pares tampões: o par COOH/COO- pode 
servir como tampão na região de pH ao 
redor de pK1 e o par NH3
+
/NH2 pode 
tamponar a região ao redor do pK2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 O grupo carboxila da glicina é mais ácido 
(mais facilmente ionizado) do que o grupo 
carboxila do ácido acético. O pKa alterado 
da glicina é porque o grupo NH3 vizinho 
atrai elétrons da carboxila, favorecendo a 
perda de prótons desta. Analogamente, o 
pKa do grupo amino da glicina também é 
mais baixo que o pKa médio de um grupo 
amino, já que átomos d oxigênio 
1° estágio 
2° estágio 
Forma I Forma III Forma II 
A separação das proteínas plasmáticas por meio 
de campos elétricos é realizada tipicamente em 
pH acima do pI das principais proteínas, de 
modo que a carga dessas proteínas é negativa. 
Em um campo elétrico, as proteínas movem-se 
no sentido do eletrodo positivo, a uma 
velocidade determinada por sua carga negativa 
líquida. Variações nos padrões de mobilidade 
são indícios de certas doenças. 
 
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eletronegativos no grupo carboxila tendem 
a puxar elétrons na direção deles, 
aumentando a tendência do grupo amino 
em perder prótons. 
 Todos os aminoácidos com um único 
grupo α amino e um α carboxila e um R 
não ionizável têm curvas de titulação 
semelhantes à da glicina (pK1 de 1,8 a 2,4 
e pK2 de 8,8 a 11,0). 
 
Os aminoácidos com um grupo R ionizável têm 
curvas de titulação mais complexas, com três 
estágios correspondendo às três etapas possíveis 
de ionização, possuindo, portanto, três valores de 
pKa. O estagio adicional para a titulação do grupo 
R ionizável se funde, em algum grau, com aquele 
para a titulação do grupo α carboxila, para a 
titulação do grupo α amino, ou ambos. Os pontos 
isoelétricos refletem a natureza dos grupos R 
ionizáveis. 
 
2) AMINOÁCDO ÁCIDO: 2 grupos 
básicos e 1 grupo básico 
Exemplo: curva de titulação do glutamato 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Forma I: totalmente protonada 
Forma II: desprotonação do 1° grupamento 
carboxílico 
Forma III: desprotonação do 2° grupamento 
carboxílico 
Forma IV: totalmente desprotonada 
 O pK1 é o valor de pH em que coexistem 
(50-50%) as formas I e II. 
 O pI é a média dos pK entre grupamento 
semelhantes e, portanto, entre o pK1 e o 
pKR, forma II. 
 O pKR é o valor de pH no qual o 2° 
grupamento com carga é desprotonado (o 
grupamento carboxila da cadeia lateral R). 
Nele, coexistem (50-50%) as formas II e 
III. 
 O pK2 é o valor de pH em que coexistem 
(50-50%) as formas IV e III. 
 O grupamento amina é menos ionizável 
que o carboxílico (menor Ka e, portanto, 
maior pKa). 
 Acima de pK2, há a forma desprotonada do 
glutamato 
 
3) AMINOÁCIDO BÁSICO: 2 grupos 
básicos e 1 grupo ácido 
Exemplo: curva de titulação da histidina 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Forma I: totalmente protonada 
Forma II: desprotonação do grupamento carboxila 
Forma III: desprotonação do 1° grupamento 
amino (cadeia R) 
Forma IV: totalmente desprotonada (desprotona a 
α amina) 
 
Forma II Forma I Forma IV Forma III 
pI = 3,22 
Forma I Forma II Forma III Forma IV 
pI = 7,59 
 
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 O pK1 é o valor de pH em que coexistem 
(50-50%) as formas I e II. 
 O pKR é o valor de pH da desprotonação 
da amina da cadeia lateral, em que 
coexistem (50-50%) as formas II e III. 
 O pI é a média dos pK entre grupamento 
semelhantes e, portanto, entre o pK2 e o 
pKR; forma II. 
 O pK2 é o valor de pH em que coexistem 
(50-50%) as formas III e IV. 
 Acima de pK2, há a forma desprotonada da 
histidina 
 Sob condição geral de exposição livre e 
aberta ao ambiente aquoso, apenas a 
histidina tem um grupo R (pKR = 6) que 
fornece um poder de tamponamento 
significativo próximo do pH neutro 
normalmente encontrado nos líquidos 
intracelulares e extracelulares da maior 
parte dos animais e bactérias. 
 
Duas classes de neurotransmissores são derivadas 
dos aminoácidos tirosina e triptofano 
 Tirosina: em geral, derivada da 
fenilalanina. Converte-se em 
catecolaminas, com destaque para 
epinefrina (noradrenalina e adrenalina, 
hormônio da fuga e luta; libera glicose e 
outros nutrientes, estimula a função 
cerebral, cardíaca e pulmonar). 
 Triptofano: se converte em serotonina, 
com efeito sedativo, proporcionando 
sensação agradável. Níveis baixos estão 
associadosà depressão e níveis altos 
produzem estados maníacos. 
 
Doença caracterizada pela forma em foice dos 
eritrócitos do paciente, resultante da substituição 
do glutamato, um aminoácido com grupo R polar, 
pelo aminoácido valina, com grupo R apolar, na 
posição 6 da subunidade da hemoglobina. As 
hemácias se tornam rígidas e de difícil circulação 
pelos vasos, bloqueando vasos com calibre menor. 
A célula falciforme apresenta menor capacidade 
de segurar o oxigênio e possui a membrana mais 
frágil. As hemácias falciformes são naturalmente 
destruídas pelo organismo, provocando a anemia. 
 
Cadeia de aminoácidos formada a partir da união, 
por ligação peptídica (reação de condensação), de 
dois ou mais aminoácidos, ocorrida entre o grupo 
COOH de um aminoácido e um grupo NH2 de 
outro aminoácido. O grupo α amino de um 
aminoácido atua como nucleófilo para deslocar o 
OH do outro aminoácido, formando a ligação 
peptídica. Os resíduos são unidades de 
aminoácidos de um peptídeo, o qual varia de 
tamanho. 
 Resíduo aminoterminal ou N-terminal: 
resíduo de aa presente na extremidade que 
apresenta um grupo α amino livre 
 Resíduo carboxilaterminal ou C-terminal: 
resíduo da outra extremidade que 
apresenta um grupo carboxila livre 
 Os resíduos de aa são numerados do N 
para o C-terminal (esquerda para direita), 
na direção da síntese proteica (nela, o N-
terminal é quase sempre uma metionina). 
 Os grupos envolvidos nas ligações 
peptídicas não têm carga iônica 
 O comportamento ácido base de um 
peptídeo pode ser previsto a partir de seus 
grupos α amino e α carboxila livres 
combinado com a natureza e o número de 
seus grupos R ionizáveis. 
 Reação de Biureto: a partir de tripeptídeo 
(2 ligações peptídicas); péptide em 
presença de uma base reage com o sulfato 
cúprico, dando um composto de cor violeta 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 Enzimática: lenta, porém não destrói a 
estrutura dos aa. Característica dos 
processos digestivos. 
 Ácida: completa, rápida em relação à 
enzimática, porém destrói os aa total ou 
parcialmente. 
 Alcalina: rápida e completa, comparada 
com a enzimática, destrói parcialmente 
alguns aa e racemiza outros. 
 
 INSULINA 
- Hormônio produzido pelo pâncreas, com duas 
cadeias polipeptídicas (30 e 21 resíduos), unidas 
por pontes dissulfeto (ligação reversível que 
ocorre entre os grupos – SH do aa cisteína). 
- A secreção é estimulada pelo aumento do nível 
de glicose sanguínea. 
- Ação principal é promover a captação da glicose 
pela célula, mantendo a concentração de glicose 
sanguínea quase constante. 
- Chamado de hormônio hipoglicemiante. 
Diabetes mellitus é a patologia por defeito da 
produção ou na ação da insulina. 
 
 GLUCAGON 
- Hormônio hiperglicemiante; com ação contrária 
a da insulina. Produzido pelo pâncreas, com uma 
cadeia polipeptídica. 
- Secretado quando a concentração de glicose 
sanguínea chega a níveis inferiores ao normal. 
- Aumenta a quebra do glicogênio e acelera a 
velocidade de liberação de glicose no sangue 
 
 GLUTATIONA 
- Tripeptídeo formado por resíduos de glutamato, 
cisteína e glicina, presente em praticamente todas 
as células, principalmente nas células do fígado. 
- Ação provável: manter, no estado reduzido, os 
grupos sulfidrila das proteínas, o íon ferro do 
grupo Heme no estado ferroso e remoção de 
peróxidos tóxicos formados no metabolismo. 
 
 OCITOCINA, VASOPRESSINA (ADH) 
E CORTICOTROFINA (ACTH) 
- Polipéptides; hormônios da hipófise. 
- Ocitocina e vasopressina: nove resíduos de aa de 
forma cíclica e ligados por pontes dissulfeto. 
- ACTH: formado por 39 resíduos e de cadeia 
linear 
 
 PENICILINA 
- Produzido pelo fungo Penicillum notatum, 
formado pelos aa valina e cisteína. 
- Protótipo dos antibióticos que têm grande 
importância no tratamento de infecções. 
 
 GRAMICIDINA 
- Antibiótico, polipéptide, formado por 10 
resíduos de aa e de cadeia cíclica. 
 
 BRADICININA 
- Polipéptide hipotensor, estimulador da 
musculatura lisa. 
- Auxilia na regulação da pressão sanguínea. 
- Resulta da ação de enzimas proteolíticas (veneno 
de cobra, plasmina ou calicreína) sobre o substrato 
bradicinogênio. 
- Formada por nove resíduos de aminoácidos, 
cadeia linear. 
 
 ANGIOTENSINA 
- Substância vasoconstritora e hipertensiva, 
resultante da ação da renina sobre o 
angiotensinogênio. 
- Duas formas: angiotensinogênio I, com 10 
resíduos de aa e angiotensinogênio II, com 8 
resíduos. 
 
 ASPARTAME 
- Dipeptídeo formado pelo ácido aspártico (L-
aspartil) e L-fenilalanina. Aproximadamente 200 
vezes mais doce que o açúcar. 
- O éster metil derivado desse peptídeo é o 
aspartame, comercializado como substituído do 
açúcar.