Aminoácidos e Peptídeos: Estrutura e Propriedades

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AMINOÁCIDOS 
E PEPTÍDEOS 
QUI A48 – QUÍMICA DE BIOCOMPOSTOS 
 
Profa. Dra. Regina Geris 
Departamento de Química Orgânica 
Universidade Federal da Bahia 
 
Salvador 
2011 
1. INTRODUÇÃO 
 
PROTEÍNAS: 
* Macromoléculas mais abundantes nas células 
* “primeiro” ou “mais importante” 
* 50% ou mais do peso seco de uma célula 
* Encontradas em todas as células e em toda a parte da célula 
* Grande diversidade 
*Diferentes papéis biológicos 
 
 
AMINOÁCIDOS: 
 Unidades estruturais básicas das proteínas 
 Capacidade de formar polímeros 
2. ESTRUTURA, NOMENCLATURA E CLASSIFICAÇÃO 
2.1. ESTRUTURA DOS AMINOÁCIDOS 
 
•Fontes naturais: mais de 300 aa 
 
•Apenas 20 aa como constituintes de proteínas em mamíferos (únicos codificados pelo DNA) 
 
•Estrutura de um alfa-aminoácido: 
 
C
COOH
NH2H
R
C
COO
-
NH3
+H
R
forma ionizadaforma não ionizada
2.2. NOMENCLATURA 
 
* Abreviatura de três letras 
* Símbolo de uma letra: composição e sequência de aa em cadeias polipeptídicas 
2.3. CLASSIFICAÇÃO 
2.3.1. Aminoácidos alifáticos e hidrofóbicos 
C
COO
-
H+H3N
H
Glicina
Gly
G
C
COO
-
H+H3N
CH3
C
COO
-
H+H3N
Alanina
Ala
A
Valina
Val
V
C
COO
-
H+H3N C
COO
-
H+H3N
Isoleucina
Ile
I
Leucina
Leu
L
C
COO
-
H+H3N
S
Metionina
Met
M
Aminoácido alifático 
Aminoácido alicíclico e 
hidrofóbico 
C
COO
-
H+H2N
Prolina
Pro
P
2.3.2. Aminoácidos aromáticos e hidrofóbicos 
C
COO
-
H+H3N
Fenilalanina
Phe
F
C
COO
-
H+H3N
N H
Triptofano
Trp
W
Tirosina
Tyr
Y
C
COO
-
H+H3N
OH
2.3.3. Aminoácidos não ionizados e pouco hidrofílicos 
C
COO
-
H+H3N
OH
C
COO
-
H+H3N
HO
C
COO
-
H+H3N
SH
Cisteína
Cys
C
Treonina
Thr
T
Serina
Ser
S
Glutamina
Gln
Q
Asparagina
Asn
N
C
COO
-
H+H3N
NH2
O
C
COO
-
H+H3N
NH2O
2.3.4. Aminoácidos hidrofílicos carregados positivamente em pH 7,0 
2.3.5. Aminoácidos hidrofílicos carregados negativamente em pH 7,0 
C
COO
-
H+H3N
NH3
+
C
COO
-
H+H3N
N
H
NH2
NH2
+
C
COO
-
H+H3N
N
N
H
H
Histidina
His
H
Arginina
Arg
R
Lisina
Lys
K
Glutamato
Glu
E
Aspartato
Asp
D
C
COO
-
H+H3N
COO-
C
COO
-
H+H3N
COO-
3. ESTEREOQUÍMICA 
 
- -aa: um par de enantiômeros 
- Opticamente ativos 
- L-aa = aa presente em moléculas de proteínas 
- D-aa = alguns antibióticos, em PC bactérias e em plantas 
+H3N COO
-
CH3
H
+H3N H
COO-H3C
1
233
21
S-Alanina
(L-Ala)
R-Alanina
(D-Ala)
C
H
CH3
COO-+H3NC
CH3
COO-
H+H3N C
H
CH3
NH3
+-OOC
1
2
3
4. PROPRIEDADES QUÍMICAS DOS GRUPOS R DOS AA 
 
 
 
•Por que compreender as propriedades dos grupos R dos aa? 
•Aminoácidos com R apolar: ________________________ 
•Aminoácidos com R polar carregados positivamente ou negativamente: ___________ 
 
 Gly: _____________________________________________ 
 
 Ala, Val, Leu, Ile: _____________________________________ 
 
 Pro: _____________________________________________ 
 
 Phe, Tyr, Trp: ________________________________________ 
 
 Ser, Thr: ____________________________________________ 
 
 Asp, Glu: ___________________________________________ 
 
 Asn, Gln: ___________________________________________ 
 
 Cys, Met: ___________________________________________ 
 
 His, Lys, Arg: ________________________________________ 
5. PROPRIEDADES ÁCIDO-BASE DOS AA 
5.1. PROPRIEDADE ANFÓTERA 
 
* -aa em solução: ÍON DIPOLAR ou ZWITTERION (alemão = híbrido) 
C
COOH
NH2H
R
C
COO
-
NH3
+H
R
forma ionizadaforma não ionizada
•Estado de ionização e pH de um aminoácido 
 
C
COOH
NH3
+H
R
C
COO
-
NH3
+H
R
C
COO
-
NH2H
R
+ H
+
- H
+
pH = 1 pH = 7 pH = 11
Um zwitterion pode atuar como: 
ÁCIDO (DOADOR DE H+): 
BASE (ACEPTOR DE H+): 
5.2. FORÇA DE ÁCIDOS E BASES 
 
Como saber quem liberou o próton primeiro: COOH ou NH3
+? 
- Aminoácidos dipróticos mono-amino mono-carboxílicos? 
FORÇA DE ÁCIDOS E BASES: pKa 
HA H + A
Ka
Ka = [H+] [A-]
[HA]
pKa = - log Ka
C
H
NH3
+
H
COOH
pK1 = 2,3
pK2 = 9,6
Glicina
Gly
5.3. TAMPÕES 
 
Por que temos que estudar os valores de pKa dos aa? 
 
Quase todo processo biológico é dependente de pH e, portanto, uma pequena alteração no 
pH produz uma grande alteração na velocidade do processo. Exemplo: enzimas 
 
Manutenção da constância de pH: Uso de tampões biológicos 
 
TAMPÕES: sistemas aquosos que tendem a resistir às alterações no pH quando são 
adicionados pequenas quantidades de ácido (H+) ou base (-OH). Ex: HAc/Ac-. 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPACIDADE TAMPONANTE MÁXIMA  pH = pKa (1) 
 
O
OH
OH HOH
H
O
O
5.4. EQUAÇÃO DE HENDERSON-HASSELBALCH 
 
•Relaciona pH e pKa 
 
pH = pKa + log[A-] / [HA]
•Para que serve? 
 
•Calcular o pKa, tendo o pH e a razão molar entre o doador e aceptor de H+; 
 
•Calcular o pH, tendo pKa; 
 
•Calcular a razão molar entre doador e aceptor de H+, tendo pH e pKa. 
 
pKa de um ácido é o pH no qual contêm a metade da dissociação da base conjugada 
Quando [HA] = [A-] 
pI = ½ (pK1 + pK2) 
5.5. CURVA DE TITULAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS 
5.5.1. AA SEM GRUPOS R IONIZÁVEIS 
 
•Ácido monoprótico 
 
•Exemplo: curva de titulação da forma diprótica da Ala 
 
•Pares de Tampões 
 
•Quando pH = pK 
 
•PONTO ISOELÉTRICO (pI): 
5.5.2. AA COM GRUPOS R IONIZÁVEIS 
6. ANÁLISE DOS AA 
6.1. ELETROFORESE 
 
Método mais simples para separar aminoácidos baseado na diferença da migração dos 
aminoácidos em sentidos e velocidades diferentes quando colocados em um campo elétrico 
de alta voltagem 
 
 
6.2. CROMATOGRAFIA DE TROCA IÔNICA 
 
Método mais amplamente usado para separar, identificar e quantificar cada um dos 
aminoácidos em uma mistura; 
Técnica baseada no princípio da Eluição Cromatográfica (fase estacionária contêm polímeros 
insolúveis contendo grupos ionizáveis, denominados de resinas de troca iônica); 
Resinas com gr aniônicos: TROCADORAS DE CÁTIONS; 
Resinas com gr catiônicos: TROCADORAS DE ÂNIONS; 
 
 
7. SÍNTESE DOS AMINOÁCIDOS 
7.1. AMONÓLISE DIRETA DE UM ALFA-HALOÁCIDO 
 
Reação de Hell-Volhardt-Zelinsky 
Método menos usado por ter baixos rendimentos 
 
 
 
7.2. A PARTIR DE FTALIMIDA DE POTÁSSIO 
 
Modificação da síntese de Gabriel de aminas 
Altos rendimentos e produtos facilmente purificados 
7.3. SÍNTESE DE STRECKER 
 
Tratamento de um aldeído com amônia e ácido cianídrico para produzir alfa-aminonitrila 
Hidrólise da nitrila produz alfa-aminoácido 
 
 
7.4. SÍNTESE ESTEREOSELETIVA DE AMINOÁCIDOS 
 
Uso de hidrogenação catalítica quiral derivado de metais de transição 
Catalisadores: complexo de ródio quiraL com (R)-1,2,-bis(difenilfosfino)propano [ (R)-
prophos ] e NBD – norbonadieno tratado em um solvente como etanol para produzir o 
catalisador de hidrogenação quiral ativo 
Exemplo: síntese assimétrica de L-Ala