Bioquímica Estrutural

3ª Aula: Aminoácidos e proteínas Profª Kasue

Aminoácidos Estrutura geral de um aminoácido

Menor unidade constituinte de uma proteína

Os aminoácidos constituintes das proteínas são α-aminoácidos

20 aminoácidos estão presentes nas moléculas das proteínas

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Classificação dos aminoácidos

04 classes distintas, de acordo com a composição e polaridade do grupamento “R”:

a) Apolares ou hidrofóbicos

b) Polares neutros

c) Polares ácidos

d) Polares básicos

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Aminoácidos apolares

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Aminoácidos polares neutros

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Aminoácidos polares

Ácidos Básicos

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Aminoácidos essenciais e não essenciais

Essenciais: não são sintetizados, devendo ser adicionados à dieta

• P – Phe

• V – Val

• T – Trp

• T – Thr

• I – Ile

• M – Met

• H – His

• A – Arg

• L – Leu

• L – Lys

Não essenciais: sintetizados pelo organismo

• Ala

• Asn

• Asp

• Cys

• Glu

• Gln

• Pro

• Ser

• Tyr

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Isomeria dos aminoácidos

Todos os aminoácidos, exceto glicina, apresentam carbono quiral;

Formação de 02 isômeros: D (dextrógiro) e L (levógiro);

Nos seres vivos, só existe a forma L (grupamento amínico projetado para esquerda).

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Aminoácidos incomuns em proteínas

Formados por modificação de resíduos de aminoácidos existentes na cadeia polipeptídica, após sua síntese = modificação pós-tradução

Exemplos: hidroxiprolina, hidroxilisina: importantes componentes estruturais do colágeno

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Aminoácidos biologicamente ativos

Glicina, ácido γ-aminobutírico (GABA, derivado do glutamato), serotonina e melatonina (derivados do triptofano): neurotransmissores;

Tiroxina (derivado da tirosina), ácido indolacético (derivado do triptofano): hormônios

Precursores de moléculas contendo nitrogênio, como as bases nitrogenadas

Intermediários metabólicos: arginina, citrulina, ornitina, componentes do ciclo da uréia

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Reações dos aminoácidos

Formação de ligação peptídica:

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Oxidação da cisteína

Reação que ocorre após incorporação da cisteína à proteína; Papel importante na estabilização da conformação protéica

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Defeito na síntese ou controle das enzimas das vias metabólicas de aminoácidos podem levar a doenças conhecidas como erros inatos do metabolismo. As setas pontilhadas indicam a existência de mais de um passo metabólico. As enzimas deficientes são: 1) fenilalanina-hidroxilase (ou co-fatores como a 5,6,7,8-tetraidropterina); 2) via de síntese do hormônio tiroidiano tiroxina ; 3) tirosinase; 4) homogentisato-dioxigenase; 5) via de síntese da melanina nos melanócitos

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Fenilcetonúria

Diagnóstico Sintomas

Teste do pezinho

Pele, cabelo e olhos mais claros; Tamanho da cabeça menor do que o normal; Retardo mental

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Proteínas

Definição: São componentes estruturais essenciais de todas as células, constituídos por monômeros de aminoácidos.

Funções:

a) Catálise enzimática;

b) Transporte e armazenamento: mioglobina e hemoglobina;

c) Movimento coordenado: actina e miosina;

d) Sustentação mecânica: colágeno;

e) Proteção imunitária: anticorpos

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Ligação entre o grupamento carboxílico do 1º aminoácido e o grupamento amínico do próximo aminoácido forma a ligação peptídica que ocorre na estrutura de uma proteína. - 2 aa = dipeptídeo - 3 aa = tripeptídeo - de 4 a 10 aa = oligopeptídeo - de 10 a 100 aa = polipeptídeo - mais de 100 aa = proteína

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Proteínas são divididas de acordo com sua composição em:

Simples: somente cadeias polipeptídicas; Conjugadas: cadeias polipeptídicas + composto orgânico ou inorgânico (grupo prostético): - Nucleoproteínas - Glicoproteínas - Hemoproteínas - Flavoproteínas - Lipoproteínas - Fosfoproteínas - Metaloproteínas

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Estruturas das proteínas

a) Estrutura primária:

Sequência de aminoácidos;

Alteração da sequência = perda da função

Ausência ou acréscimo de aminoácidos = modificação da eficácia funcional

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Estrutura primária da insulina

Insulina: hormônio pancreático, regula a homeostasia da glicose;

Constituída por 02 cadeias polipeptídicas, na sequência e ordem acima

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b) Estrutura secundária:

relaciona a forma que a cadeia polipeptídica assume no espaço;

α-hélice: estabilizada por pontes de hidrogênio entre o oxigênio do grupamento carboxila de um Cα e o H do grupamento amino do outro aminoácido;

Folha-β-pregueada: estabilizada por pontes de hidrogênio entre 02 cadeias polipeptídicas

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Estruturas secundárias

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c) Estrutura terciária: Descreve a conformação específica da cadeia polipeptídica secundária que resulta numa estrutura mais compacta; Dobramento protéico para adquirir uma estrutura altamente organizada; Interações que estabilizam a estrutura terciária: Pontes dissulfeto; Interações hidrofóbicas; Pontes de hidrogênio; Interações iônicas

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d) Estrutura quaternária: apresentada por proteínas que possuem mais de uma cadeia polipeptídica. Exemplo: hemoglobina

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Desnaturação protéica

• Modificações físicas na conformação tridimensional da proteína e em sua função fisiológica;

• Formação de precipitado esbranquiçado;

• Desenovelamento das cadeias polipetídicas;

• Perda das estruturas quaternária (se houver), terciária e secundária;

• Mantém-se somente a estrutura primária;

• Com a remoção do agente desnaturante a proteína tem restaurada a atividade biológica = renaturação

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Agentes desnaturantes

Ácidos e bases fortes: alterações no estado iônico das cadeias laterais das proteínas

Proteína não desnaturada Proteína desnaturada

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Ruptura das pontes de hidrogênio e interações hidrofóbicas

Ruptura das interações hidrofóbicas (interferem com as cadeias laterais dos aminoácidos)

Desnaturação

Solventes orgânicos Detergentes

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Ação do calor

Aumento da temperatura

Aumenta velocidade de vibração molecular

Rompimento das pontes de hidrogênio

Desnaturação

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Desnaturação da albumina

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Estresse mecânico

Rompimento das interações que mantêm a estrutura protéica

Agitação e trituração

Desnaturação

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Peptídeos com atividades biológicas

Aspartame:

- Edulcorante artificial (adoçante dietético);

- Potencial adoçante 200 vezes maior que o açúcar comum;

- Usado pela indústria alimentícia, principalmente nos refrigerantes diet;

- Contraindicado a portadores de fenilcetonúria

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Glutationa: -γ−L−glutamil-L−cisteinilglicina; - Encontrada em quase todos os organismos; - Envolvida em sínteses de proteínas e DNA, transporte de aminoácidos e metabolismo de fármacos e substâncias tóxicas; - A glutationa protege as células dos efeitos destrutivos da oxidação por reação com substâncias como o peróxido (R−O−O−R).

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Vasopressina - Hormônio Antidiurético (ADH)

• Sintetizada no hipotálamo;

• Contém nove resíduos de aminoácidos;

• O ADH estimula os rins

a reter água.

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Oxitocina

• Estimula a liberação do leite pelas glândulas

mamárias;

• Influencia o comportamento sexual, maternal e social;

• Estimula a contração uterina durante o parto.

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Proteínas fibrosas

As proteínas fibrosas tipicamente contêm altas proporções de estruturas secundárias regulares, como α−hélices ou folha β pregueadas;

Componentes estruturais de órgãos e tecidos, dando a eles elasticidade e/ou resistência;

Em geral, são pouco solúveis em água pelo alto teor de aminoácidos hidrofóbicos

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Colágeno

• O colágeno é a proteína mais abundante em vertebrados sendo componente essencial do tecido conjuntivo;

• Distribui-se pela matriz óssea, pele, tendões, cartilagens, córnea, vasos sangüíneos, dentes e outros tecidos;

• Cada molécula de colágeno é constituída de três cadeias polipeptídicas (uma tripla hélice) enroladas uma em torno da outra e orientadas para a direita;

• Cada cadeia possui cerca de 1.000 resíduos de aminoácidos

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• A estrutura primária das cadeias polipeptídicas do colágeno (com exceção de 15 a 25 aminoácidos nos terminais −NH2 e −COOH) é constituída de glicina (~33% do total), de prolina (~10%) e 4−hidroxiprolina (~10%); • Constituído por seqüência repetida de (Gly−X−Y)n, em que X e Y são freqüentemente prolina e hidroxiprolina; • Estabilizado por pontes de hidrogênio entre Glicina e Prolina de cadeias diferentes;

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Estrutura do colágeno

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Prolina

Lisina

Prolil-hidroxilase

Lisil-hidroxilase Hidroxilisina

Hidroxiprolina

Vitamina C

Vitamina C

Deficiência de Vitamina C Deficiência de Hidroxiprolina e Hidroxilisina

Diminuição das interações covalentes do colágeno

Colágeno frouxo

Escorbuto

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Manifestações do escorbuto

• descolorações da pele;

• fragilidade dos vasos sangüíneos;

• hemorragia gengival;

• em casos extremos, a

morte.

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Elastina

• Proteína do tecido conjuntivo com propriedades elásticas;

• Composta por resíduos de aminoácidos pequenos e apolares. Rica em prolina e valina;

• Fibras formadas como uma rede tridimensional de polipeptídeos com ligações cruzadas, conformação irregular.

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Estrutura da desmosina, formada por ligações covalentes entre 04 resíduos de lisina

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Queratina

• Proteína constituída quase exclusivamente de α−hélices compostas de três cadeias polipeptídicas enroladas em forma de corda helicoidal resistente ao estiramento;

• Ricas em resíduos de cisteína que formam pontes covalentes de dissulfeto que estabilizam as cadeias polipeptídicas adjacentes;

• Apresentam também teores importantes de resíduos de aminoácidos hidrofóbicos alanina, valina, isoleucina, fenilalanina e metionina;

• As α−queratinas formam a proteína da pele, cabelo, unhas, chifres, penas e lã

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Fibroína

• Produzida por muitos insetos e aranhas;

• Considerada uma β−queratina, as cadeias polipeptídicas são arranjadas na conformação de folhas β−antiparalelas;

• Elevado conteúdo de aminoácidos com grupos R relativamente pequenos como a glicina, alanina ou serina;

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Folha β-pregueada - antiparalela

Casulo do bicho da seda

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Proteínas globulares • Cadeias polipeptídicas enoveladas em estruturas

tridimensionais compactas com forma esférica ou elipsóide;

• Massas moleculares variáveis;

• Solubilidade em água é relativamente elevada: aminoácidos hidrofóbicos orientados para o interior das estruturas, e os hidrofílicos na área externa;

• Aminoácidos polares neutros tanto na superfície externa da proteína, como no interior da molécula;

• Funções: enzimas, transportadores e moduladores fisiológicos e genéticos. Exemplos: mioglobina, hemoglobina e os anticorpos.

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Mioglobina

• Proteína transportadora e armazenadora de oxigênio nos músculos; esqueléticos e cardíacos dos vertebrados;

• Liga o oxigênio liberado pela hemoglobina nos capilares e posteriormente difundido através das membranas celulares.

• Formada por uma única cadeia polipeptídica de 153 resíduos de aminoácidos e um grupo prostético heme;

• Não possui resíduos de cisteína;

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• O interior da molécula é compacto com resíduos aminoácidos não-polares (leucina, valina, metionina e fenilalanina). Os únicos resíduos polares no interior são dois resíduos de histidina, que atuam na ligação do ferro e oxigênio; • Composta por oito regiões α-hélice conectadas por dobras formadas por aminoácidos desestabilizadores designados A–H , que constituem 75% da cadeia. • A ocorrência de prolina interrompe as α−hélice. Existem quatro resíduos de prolina na mioglobina.

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Hemoglobina

• Proteína tetramérica presente nas hemácias;

• Transporte do oxigênio dos pulmões aos tecidos periféricos. Também transporta CO2 e prótons, dos tecidos periféricos aos pulmões, para subseqüente excreção;

• Constituição:

- 04 cadeias polipeptídicas: duas α (cada uma com 141 resíduos de aminoácidos) e duas β (cada uma com 146 resíduos de aminoácidos);

- representada por α2β2 e estabilizadas por pontes de hidrogênio e interações eletrostáticas;

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