Aminoácidos e Proteínas

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GCM GCM GCM GCM ---- Departamento de Biologia Celular e MolecularDepartamento de Biologia Celular e MolecularDepartamento de Biologia Celular e MolecularDepartamento de Biologia Celular e Molecular
Tema: Aminoácidos, Peptídios e Proteínas
Professora: Evelize Folly das Chagas
Proteínas
- Vinte aminoácidos
- Primeiro Asparagina (aspargo), 1806
-Último Treonina, próximo de 1938
-Glutamato do trigo; Tirosina queijo
Queratina Enzima luciferase –
produz luz pela 
reação da
Luciferina + ATP
Hemoglobina
Aminoácidos
Estrutura
ααααGrupo Amino
Grupo Ácido
Grupo ou Cadeia Lateral
Grupo Amino
Cadeia Lateral – varia em tamanho, estrutura, carga elétrica
influencia a solubilidade do aminoácido em água
Identificação dos Carbonos no Aminoácido
Propriedades Gerais dos Aminoácidos
Carbono αααα – centro quiral – ligado a quatro substituintes diferentes
arranjados em configuração tetraédrica e assimétrica
Estereoisômeros – moléculas que diferem somente no arranjo espacial
• Cadeia lateral (R) – determina as propriedades físico-químicas de cada aa
Propriedades Gerais dos Aminoácidos
Representação da Estereoisomeria dos αααα-aminoácidos
• αααα- aminoácidos – configuração estereoquímica L
Por convenção – forma L – grupo αααα-NH3+ - projetado para a esquerda
forma D – grupo αααα-NH3+ - projetado para a direita
• opticamente ativos – desviam o plano da luz polarizada
Propriedades Gerais dos Aminoácidos
Classificação dos Aminoácidos 
Conforme a Cadeia Lateral R
Conforme a propriedade de interagir com a água em pH fisiológico (pH~7,0):
1. Aminoácidos com Cadeias Laterais Não-Polares e Alifáticas
Alanina
Valina
Leucina
Isoleucina
Estabilização da proteína
Interação Hidrofóbica}
Glicina – não faz contribuição realGlicina – não faz contribuição real
para Interação Hidrofóbica
Prolina – estrutura cíclica
conformação rígida
reduz a flexibilidade
Metionina – grupo tioeter não polar
2. Aminoácidos com Cadeias Laterais Aromáticas
• relativamente não polares
(hidrofóbicas)
• participam em interações
hidrofóbicashidrofóbicas
• grupo OH da tirosina
– pode formar ponte de hidrogênio
– grupo funcional importante em 
algumas enzimas
• Tirosina e Triptofano – mais polares
do que Fenilalanina
3. Aminoácidos com Cadeias Laterais Polares, Não Carregadas
Grupos R – mais solúveis em água ou mais
hidrofílicos do que os não polares
– grupos funcionais que formam
ligações de hidrogênio com a água
Polaridade da:Polaridade da:
Serina e Treonina – grupo hidroxila
Cisteína – grupo sulfidrila
Asparagina e Glutamina – grupo amida
Formação de Cistina
Dois resíduos de Cisteína se oxidam e formam o aminoácido dimérico Cistina
oxidação
Ponte dissulfeto
redução
4. Aminoácidos com Cadeias Laterais Carregadas Positivamente (Básicas)
Lisina – 2o grupo amino na posição εεεε
Arginina – grupo guanidino
Grupo R – carga positiva significante em pH 7,0
Arginina – grupo guanidino
Histidina – grupo imidazol
(pKa ~neutro)
– doador/receptor de protons em
muitas reações enzimáticas
– fração significante carregada 
em pH neutro positivamente
Classificação dos Aminoácidos Conforme a Cadeia Lateral R
5. Aminoácidos com Cadeias Laterais Carregadas Negativamentes (Ácidas)
Aspartato
Grupo R – carga negativa significante em pH 7,0
Aspartato
e
Glutamato
segundo grupo carboxila
Aminoácidos Incomuns
Parede 
celular
Colágeno
Miosina
Protrombina
Aminoácidos Incomuns
Elastina, 
4 Lys 
Raro (não é pós-sintético), 
Ser
Ciclo da uréia
Biossíntese Arginina
Aminoácidos em água
Formas iônicas e Zwiteriônicas
• pH neutro – íons dipolares ou “zwitterions”
grupo αααα-amino – protonado (íon amônio – NH3+)
grupo αααα-carboxila – dissociado (íon carboxilato – COO-)
Características Ácido-Base dos Aminoácidos
Anfotéricos
• ácido ou doador de proton:
ou
• base ou receptor de proton:
Características Ácido-Base dos Aminoácidos
Aminoácido é diprótico quando totalmente protonado:
1 proton do grupo amino –NH3+
1 proton do grupo carboxi –COOH 2 protons
pH baixo – forma totalmente protonada (carga total = +1)
pH intermediário – forma neutra (carga total = 0)
pH alto – forma totalmente desprotonada (carga total = –1)
Curva de Titulação da Glicina
pKa – constante de equilíbrio e
mede a tendência de um
grupo doar o proton
αααα αααα αααα
pI – pH em que o aminoácido se
encontra na forma zwitteriônica
Para Glicina:
αααα αααα αααααααα
Curva de Titulação do Glutamato
pI = ½ (pK1 + pKR) = ½ (2.19 +4.25) = 3.22
Curva de Titulação da Histidina
αααα αααα αααααααα
pI = ½ (pKR + pK2) = ½ (6.0 +9.17) = 7.59
Peptídeos
aminoácidos unem-se covalentemente através de ligações peptídicas
Ligação peptídica – grupo αααα-carboxila de um aminoácido com o
grupo αααα-amino de outro, libera 1 de água, 
reação de condensação
Dipeptídeo – 2 aminoácidos unidos por uma ligação peptídica
Tripeptídeo – 3 aminoácidos unidos por duas ligações peptídicas
.
.
.
= Cadeias de Aminoácidos
Oligopeptídeos
.
.
.
.
.
Polipeptídeos
Proteínas
.
.
.
Massa molecular < 10.000 Da
Massa molecular ≥ 10.000 Da
Ligação Peptídica
Aminoácido 1 Aminoácido 2
αααααααα
αααα αααα
Ligação Peptídica
Dipeptídeo
Pentapeptídeo
Amino-terminal ou
N- Terminal
Resíduo
Serina
Resíduo
Glicina
Resíduo
Tirosina
Resíduo
Alanina
Resíduo
Isoleucina
Carboxi-terminal ou
C- Terminal
Serilgliciltirosilalanilisoleucina
Comportamento Ácido-Base do Peptídeo
• 1 grupo αααα-amino livre
• algumas cadeias laterais ionizáveis
• 1 grupo αααα-carboxila livre
• Predição do comportamento ácido-base depende:
- do grupo αααα -amino livre- do grupo αααα -amino livre
- do grupo αααα -carboxila livre
- do tipo e quantidade de cadeias laterais ionizáveis
• Peptídeo tem também o pI como os aminoácidos
• Valor de pKa de R ionizável pode mudar quando presente no peptídeo:
- perda de carga dos grupos αααα -amino e αααα –carboxila
- micro-ambiente onde a cadeia lateral se encontra
Peptídeos Biologicamente Ativos
Aspartilfenialanina metil-ester
Aspartame
Número de resíduos – de 2 a milhares
Aspartame
Oxicitocina – 9 resíduos
Glucagon – 29 resíduos
Insulina – 2 cadeias polipeptídicas – 30 resíduos
21 resíduos
���� Transporte e Armazenamento
Proteínas transportadoras se ligam e carregam moléculas ou íons de um 
órgão para outro:
As proteínas tem funções biológicas
Hemoglobina
Mioglobina 
Lipoproteínas
���� Proteção Imunitária
Proteínas de defesa – os anticorpos são proteínas altamente específicas que 
reconhecem e se combinam com substâncias estranhas (vírus, bactérias, etc)
As proteínas tem papel vital na distinção do próprio e não próprio
Anticorpos
���� Controle do crescimento e da diferenciação
Proteínas regulatórias – regulam as atividades celulares ou fisiológicas
-Hormônios (insulina, glucagon, hormônio estimulante da tireóide…)
Hormônios insulina e glucagon
���� Sustentação mecânica
Proteínas estruturais – dão força ou proteção às estruturas biológicas
queratina – forte e insolúvel (cabelo e unhas)
colágeno – alta força de tensão (componente de tendões e cartilagens)
Queratina
Colágeno
�Movimento coordenado
-As proteínas são os principais componentes do músculo, a contração 
muscular ocorre através do movimento deslizante de dois filamentos 
proteicos
-A propulsão de espermatozóides pelos flagelos é produzida por um 
conjunto contrátil constituído de proteínas 
Actina e Miosina
Contração muscular
���� Catálise enzimática
Enzimas – quase todas as enzimas são proteínas
As enzimas tem alto poder catalítico (aumentam a velocidade da reação)
As proteínas são essenciais nas transformações químicas em sistemas biológicos
Enzimas Hepáticas
Metabolismo de xenobióticos
Níveis Hierárquicos de Organização
Kai LinderstrØm-Lang cunhou os termos: 
estrutura primária, secundária, terciária e 
quaternária
Proteínas são polímeros lineares formados 
por unidades chamadas de aminoácidos
quaternária
Níveis de Estrutura da Proteína
Estrutura Primária– todas as ligações covalentes entre os resíduos de aminoácidos na cadeia
– mais importante – sequência de resíduos de aminoácidos
Estrutura Secundária 
– refere-se aos padrões de enovelamentos regulares do esqueleto
do polipeptídeo
Estrutura Terciária 
– descreve todos os aspectos do enovelamento tridimensional do peptídeo
Estrutura Quaternária 
– arranjo no espaço de uma proteína com 2 ou mais subunidades polipeptídicas
Estrutura Primária
• 1953 Frederick Sanger determinou a estrutura primária 
da insulina. Esse estudo mostrou que as proteínas tem 
uma sequência de aminoácidos definida.
• Estudos mostraram que a sequência de aa de uma 
proteína é geneticamente determinada.
Anemia Falciforme
• Mutação na cadeia ββββ do resíduo Glutamato da posição 6 para Valina (E6V)
Anemia Falciforme
• concentrações O2 abaixo de níveis críticos – polimerização das subunidades em
arranjos lineares de fibras e distorção na forma da hemácia - foice
Eritrócitos Normais
Eritrócitos em forma de foice
Estrutura Primária
• 1953 Frederick Sanger determinou a estrutura primária 
da insulina. Esse estudo mostrou que as proteínas tem 
uma sequência de aminoácidos definida.
• Estudos mostraram que a sequência de aa de uma 
proteína é geneticamente determinada.
Aminoácido 1 Aminoácido 2
αα
Estrutura Primária
Ligação Peptídica
Ligação Peptídica
Dipeptídeo
α α
A ligação peptídica é rígida
Estrutura Primária
Ligações N–Cα : α : α : α : angulo ∅
Ligações Cαααα–C : angulo ψ
Ligação peptídica C–N – rígida
têm movimento rotacional
Impedimento estérico
ψ
∅
As cisteínas podem formar pontes de dissulfeto
A formação de pontes de S aproxima regiões distantes da 
proteína
Proteínas podem conter átomos de metais intrinsecos
alcool desidrogenase
Estrutura Secundária
1) αααα hélice 
2) β β β β pregueada2) β β β β pregueada
3) Dobra ββββ
Estrutura secundária
• A αααα hélice foi prevista em 1951 por Linus Pauling e • A αααα hélice foi prevista em 1951 por Linus Pauling e 
Corey . A primeira hélice só foi vista 6 anos mais tarde 
quando se determinou a estrutura da mioglobina. 
Ponte de Hidrogênio
São relativamente fracas (1-3 kcal/mol). O átomo 
de H é parcialmente compartilhado por dois 
átomos relativamente eletronegativos, como o O 
e o N.
N — H ......... N
δδδδ- δδδδ+ δδδδ-
N — H ......... O
D
O
A
C
N — H ......... O
O — H ........ N
O — H ......... O
O
A
D
O
R
C
E
P
T
O
R
α-Hélices
• Esqueleto polipeptídico gira ao redor de um eixo
longitudinal imaginário
5,4 Å
3,6 resíduos
• Unidade de repetição – uma volta de hélice
com 5,4 Å de extensão
• Cada volta contém 3,6 resíduos de aminoácidos
O grupamento R fica voltado para fora da hélice
• A volta da hélice é orientada pela mão direita
α-Hélices
Estabilização da estrutura
– todas as ligações peptídicas participam
…
– ponte de hidrogênio entre ligações peptídicas do
1o CO HN e do 4o resíduo
1
2
– todas as ligações peptídicas participam
deste tipo de ponte
– cada volta sucessiva da hélice é segura por
4 pontes de Hidrogênio de voltas adjacentes
3
4
Resíduos preferencialmente achados em αααα-hélices
• As cadeias laterais dos resíduos de aa se projetam para fora da αααα-hélice
• A prolina não participa de hélices, já que possui o último átomo da cadeia 
lateral ligado ao N da cadeia principal
Bom formadores de hélices 
alanina ácido glutâmico leucina metionina
Maus formadores de hélices
glicina prolina serina tirosina 
Sequência de aminoácidos de 3 hélices
CITRATO SINTASE 
Leu - Ser - Phe - Ala - Ala - Ala - Met - Asn - Gly - Leu - Ala
ALCOOL DESIDROGENASE
Ile - Asn - Glu - Gly - Phe - Asp - Leu - Leu - Arg - Ser - GlyIle - Asn - Glu - Gly - Phe - Asp - Leu - Leu - Arg - Ser - Gly
TROPONINA C
Lis - Glu - Asp - Ala - Lis - Gli - Lis - Ser - Glu - Glu - Glu
Resíduos carregados resíduos polares resíduos hidrofóbicos
α-Hélices
Estabilização da estrutura
ΒΒΒΒeta Pregueada 
• as folhas ββββ combinam regiões distantes da proteína
• as pontes de H se formam entre os COO- de uma cadeia e o NH de 
outra
• podem ser paralelas ou antiparalelas
Bom formadores de fita ββββ: : : : valina, isoleucina, fenilalanina, tirosina, 
triptofano, treonina
Maus formadores de fita ββββ: : : : prolina, ácido glutâmico, ácido 
aspártico, cisteína, glutamina, lisina, etc 
Conformações β
• Conformação mais estendida das cadeias polipeptídicas
Fita β pregueada
• Esqueleto da cadeia polipeptídica é estendida de forma zigzag
N
C
N
C
C
N
N
C
N
7.0 Å
C
C
N
N
N
C
6.5 Å
Folhas ββββAntiparalelas
Folhas beta paralelas
Dobras ββββ ou Voltas
• conectam as αααα- hélices e as folhas ββββ
• em geral, estão na superfícies das proteínas
• loops que conectam fitas ββββ adjacentes são 
ditos hairpin loops
• em geral, são flexíveis
Bom formadores de voltas: glicina, serina, aspártico, 
prolina, asparagina
50
Distribuição dos aminoácidos nas diferentes 
estruturas secundárias
Mioglobina e triose fosfato isomerase
Exemplos de estruturas secundárias
Motifs ou motivos: Estrutura Suprasecundária
Existem certas combinações de elementos de estrutura 
secundária que se repetem com grande freqüência nas proteínas. 
Essas combinacões são ditas de motivos estruturais ou 
estruturas suprasecundárias.
Exemplos
• hélice-volta-hélice e a ligação de cálcio, Kretsinger, 1973, parvalbumina; 
Herzberg and James, 1985, troponina CHerzberg and James, 1985, troponina C
• unidade ββββ-ββββ, sem função associada, inibidor de tripsina bovina, Robert 
Huber; erabutoxina (veneno de cobra), Barbara Low
• chave grega: 4 fitas ββββ antiparaelas; sem função associada, nuclease
• ββββ−−−−αααα−−−−ββββ: está presente em quase todas as proteínas que possuem folhas β β β β 
paralelas, como por exemplo, triose fosfato isomerase
A) folha beta com 4 fitas B) folha beta com 5 fitas 
C) Barril com 8 fitas
Beta-alfa beta motif
ESTRUTURA TERCIARIA
Estrutura Terciária
• é o arranjo tridimensional total de todos os átomos na proteína
• resíduos de aminoácidos que estão distantes na sequência primária 
em estruturas 2árias distintas podem se interagir na estrutura totalmente
enovelada de uma proteína
10 20 30
ACYCRIPACI AGERRYGTCI YQGRLWAFCC
1 2 3 4 56
α-Defensina Humana
Estrutura Terciária
Domínios: unidades da proteína que podem se enovelar 
independentemente formando uma estrutura estável
αααα- domain; ββββ-domains and α α α α −−−− ββββ domains - Chotia and Levitt.
Os três tipos de ligações não-covalentes que 
colaboram para o enovelamento das protéinas.
Enzima Tioredoxina
10 20 30 40 50 60
MVKQIESKTA FQEALDAAGD KLVVVDFSAT WCGPCKMIKP FFHSLSEKYS NVIFLEVDVD 
70 80 90 100
DCQDVASECE VKCMPTFQFF KKGQKVGEFS GANKEKLEAT INELV
Função – mantém o equilíbrio redox do interior das células
Estrutura Terciária
N
C
Estrutura QuaternáriaEstrutura Quaternária
Estrutura Quaternária
• Alguma proteínas possuem mais de uma subunidade. Neste caso, 
são chamadas de oligômeros. Ex: hemoglobina, alcool 
desidrogenase, lactato desidrogenase, etc. 
• Os capsídios virais também são formados pela conjunto de 
diversas proteínas
60
Estrutura Quaternária
• arranjo tridimensional das sub-unidades de uma proteína multiméricas
Hemoglobina
COMO AS PROTEÍNAS CHEGAM ATÉ A SUA 
ESTRUTURA FUNCIONAL?ESTRUTURA FUNCIONAL?
Rota hipotética de dobramento de uma proteína
Gro EL - Paul Sigler and Arthur Horwich,1994
• 14 subunidades que formam 2 anéis com uma cavidade central
• cada subunidade tem 3 domínios: equatorial, intermediário e 
apical
• contem 7 sítios de ligação a ATP
• Gro ES se liga formando um tampa
Estrutura e função da família hsp60 
de chaperonas moleculares
Experimento de Christhian Anfinsen
década de 50
Ribonuclease: 124 aa com 4 pontes de S
Classificação das proteínas 
-Fibrosa-Fibrosa
-Globular
Classificação das proteínas 
Elementos repetitivos simples de estrutura 2aria (α-hélice e 
conformação-β)Insolúveis em H2O
↑ [aminoácidos hidrofóbicos]
FIBROSAS: 
GLOBULARES: 
Estrutura 3aria complicada (compactas)
Cadeias polipeptídicas enoveladas em forma esférica ou 
globular 
PROTEÍNAS FIBROSAS
Constituem cabelos, unhas, parte externa da pele
2 α-hélice formam espiral super-retorcido (mantido por 
interações hidrofóbicas)
Estrutura 4aria estabilizada por ligações dissulfeto
Confere resistência a estrutura
PROTEÍNA FIBROSA: α-QUERATINA
PROTEÍNA FIBROSA: COLÁGENO
Resistência mecânica
Presente no tecido conjuntivo (tendões, cartilagens, ossos, córnea)
3 polipeptídios superenovelados
Fibroína 
PROTEÍNAS GLOBULARESPROTEÍNAS GLOBULARES
Enzimas 
Hexocinase
Proteínas transportadoras
a. Mioglobina b. Hemoglobina
• uma cadeia polipeptídica de 153 aa
(16,7 kDa)
• localização – tecido muscular
• um grupo heme
• função – reserva e transporte de oxigênio
• localização – hemácias
• um grupo heme por cadeia
• função – transporte de oxigênio, CO2 e H
+
• 2 cadeias α (141 aa)
2 cadeias β (146 aa) A2b2 (64,5 kDa)
Hemoglobina
Hemoglobina transição do estado T para R após 
ligação do Oxigênio