Aminoácidos, peptídeos e proteínas

Profa. Dra. Marcia Mourão Ramos Azevedo

AMINOÁCIDOS

• São unidades estruturais básicas dospeptídeos e das proteínas.

• Todos os 20 aminoácidos comuns encontradosem proteínas são α-aminoácidos. Possuemum grupo carboxil e um grupo amino ligadosao mesmo átomo de carbono (o carbono α)

Carbono α

AMINOÁCIDOS

• Exceção prolina (um aminoácido cíclico)

• Os aminoácidos diferem entre si na estrutura da cadeia lateral (grupo R), a qual varia em estrutura, tamanho e carga elétrica influencia a solubilidade dos aminoácidos em água.

Estrutura geral de um aminoácido

AMINOÁCIDOS

• Todos os aminoácidos comuns, exceto a glicina,possuem o carbono α ligado a quatro gruposdiferentes:

– Um grupo carboxil,

– Um grupo amino

– Um átomo de hidrogênio

– Um grupo R

• Um átomo de carbono ligado a quatro gruposdiferentes é considerado assimétrico e chamadode centro quiral.

• Aminoácidos possuem 2possíveis estereoisômeros(moléculas com as mesmasligações químicas, mas com≠ configurações), D ou L

• Os aminoácidos presentesnas proteínas sãoestereoisômeros L

• Glicina não tem isomeriaóptica

AMINOÁCIDOS

• Constituição de proteínas

• Estrutura da célula

• Hormônios

• Receptores de proteínas e hormônios

• Transporte de metabólitos e íons

• Atividade enzimática

• Imunidade

• Gliconeogênese no jejum e diabetes

FUNÇÕES BIOLÓGICAS DOS AAs

• Os aminoácidos podem ser classificados segundodois princípios:

– Classificação com base nas propriedades dogrupo R, em particular, suas polaridade outendência em interagir com a água em pHbiológico (próximo a 7).

– Classificação segundo a essencialidade.

CLASSIFICAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS

Classificação pelo grupo R

Grupo R apolares e alifáticos

• Interações hidrofóbicas

• Gly Estrutura maissimples

• Met Possui átomode enxofre - tioéter

• Pro Iminoácido,menor flexibilidadeestrutural

• Aminoácidos apolares e hidrofóbicos (insolúveis em água)

• Ala, Val, Leu, Iso tendem a se aglomerar entre si nas proteínas

Grupo R aromáticos

• São relativamente apolares hidrofóbicos

• Tirosina pode formar ligações de hidrogênio

• Fenilalanina

– Mais apolar

Grupos R polares, não carregados• Solubilidade intermediária em água

• Possuem grupos funcionais capaz de formar ligações de hidrogênio com a água

• Serina e treonina

– Grupos hidroxil

• Asparagina e glutamina

– Grupo amida

• Cisteína

– Grupo sulfidril

– Ligações dissulfeto

Grupos R polares, não carregados

• Asparagina e glutamina

– Por hidrólise ácida ou básica geram aspartato e glutamato, respectivamente

• Cisteína

– É oxidada a cistina

Grupos R carregados Positivamente (básicos)

• Aminoácidos hidrofílicos

– Carga positiva

– Lisina, segundo grupo amino

– Arginina, grupo guanidina

– Histidina, grupo aromático imidazol ( pode estar carregada positivamente como não carregada em pH 7,0

- Resíduos de His facilita diversas reações catalisadas por enzimas ao servirem como aceptores/doadores de prótons

Grupos R carregados negativamente (ácidos)

• Aminoácidos ácidos

– Carga negativa

– Possuem segundogrupo ácidocarboxílico

A Citocromo C oxidase é uma

proteína integral da membrana

interna de mitocôndrias

A Lipase gástrica é uma

proteína solúvel em meio

aquoso.

Proteínas são moléculas tridimensionais.

A forma da molécula é determinante de sua função.

A Citocromo C oxidase é uma proteína de membrana.

Proteínas de membrana possuem uma região de aminoácidos hidrofóbicos apolares,

cujas cadeias laterais interagem com a porção lipídica de membrana celulares.

Outras regiões dessas proteínas ricas em aminoácidos hidrofílicos polares projetam-

se para os meios aquosos extra- ou intracelular, e podem formar “canais” hidrofílicos

que atravessam a membrana, interconectando os meios separados por ela.

Corte

transversal da

membrana

interna da

mitocôndria

Aminoácidos

apolares

Aminoácidos

polares

Classificação segundo a essencialidade

Aminoácidos essenciais

Aminoácidos não essenciais

- Não podem ser sintetizados pelos animais ouos são, porém, em quantidades inferiores àsnecessidades do organismo

– Valina

– Leucina

– Isoleucina

– Metionina

– Fenilalanina

– Triptofano

– Treonina

– Lisina

– Arginina

– Histidina

Classificação segundo a essencialidade

Aminoácidos não essenciais

- Podem ser sintetizados pelos tecidos emquantidades que satisfazem as exigênciasdo metabolismo, a partir de fontes decarbono e grupos amino

– Glicina

– Alanina

– Prolina

– Tirosina

– Serina

– Cisteína

– Asparagina

– Glutamina

– Aspartato

– Glutamato

aa essenciais

Aminoácidos incomuns• Modificações pós-traducionais

São encontrados no colágeno, umaproteína fibrosa do tecidos conectivos

Encontrada em proteínas deparede celular de plantas

Constituinte da miosina proteina do músculo

Encontrado naprotrombina e proteínasque ligam Ca2+

Aminoácidos incomuns• Modificações pós-traducionais

- Selênio é adicio-

nado durante a

síntese proteica

- Derivada da

serina- Derivado de 4 resíduos de lisina

- Encontrado na proteína elastina

Aminoácidos incomuns

Alguns resíduos de aminoácidos em uma proteína podemser modificados para alterar a função da proteína

Aminoácidos incomuns

Alguns resíduos deaminoácidos em umaproteína podem sermodificados para alterar afunção da proteína

Aminoácidos incomuns

• Intermediários-chave na biossíntese de arginina e no ciclo da ureia

Aminoácidos podem atuar como ácidos e bases

• Grupo amino, carboxil e osgrupos R ionizáveis de algunsaminoácidos funcionamcomo bases e ácidos fracos

– Doam (ácidos) ou recebem(base) prótons

• Zwitterion aa sem umgrupo R ionizável édissolvido em água a pHneutro ele passa a existircomo um íon dipolar

• Substâncias anfóteras

possui natureza dual (ácido-base)

Forma não iônica não ocorre em

quantidades significativas em soluções aquosas

Aminoácidos podem atuar como ácidos e bases

• Um α-aminoácido simples (monocarboxílico emonoamínico), quando totalmente protonado, éum ácido diprótico, possuindo dois grupos,(COOH e NH3

+), que podem fornecer prótons

CargaLlquida: + 1 0 -1

Ponto isoelétrico (pI)

Titulação de um aminoácidos• Titulação ácido-base envolve aadição ou a remoção gradual deprótons.• Os 2 grupos ionizáveis da glicina o grupo carboxil e o grupo aminosão titulados com uma base forte(NaOH)•Em pH muito baixo, a espécie iônicapredominante da glicina é a formacompletamente protonada• pKa: tendência de um grupofornecer um próton.

pKa fornecimento de prótons•Conclusão: a função das proteínasdepende do pH ao qual estãosubmetidas

Estágio IDesprotonação do grupo –COOH. pH = pKa (pK1)

pI = 5,97Remoção do 1º prótoncompleta e a do 2º iniciada.Neste pH, a glicina apresenta-se como íon dipolar(zwitterion)

Estágio IIRemoção de um próton dogrupo –NH3

+. pH = pKa = 9,60

A titulação está completaem um pH = 12Forma predominante:

• Para a glicina que nãopossui grupo Rionizáveis, o pontoisoelétrico é a médiaaritmética dos doisvalores de pKa

• pI = (pK1 + pK2)/2

• pI = (2,34 + 9,60)/2 = 5,97

Titulação de um aminoácidos

• A glicina possui umacarga negativa líquidaem qualquer pH acimade seu pI eletrodopositivo (ânodo)

• Em pH abaixo de seu pIa glicina possui umacarga líquida positiva eletrodo negativo(cátodo)

Titulação de um aminoácidos

Curvas de titulação predizem a carga elétrica dos aminoácidos

• Alguns aminoácidos podem ter átomos ionizáveis também em sua cadeia lateral

pI = 3,22 pI = 7,59

Peptídeo

ligações peptídicas = grupo α-carboxil de um

aminoácido e o grupo α-amino do outro

Peptídios de importância biológica

Fonte: MARZZOCO, A., TORRES, B.B., 2007.

Classificação de Peptídeo

• Os peptídeos são classificados de acordo com onúmero de unidades de aminoácidos.

- Dipeptídeos, tripeptídeos, tetrapeptídeos...

• Quando alguns poucos aminoácidos são unidos aestrutura resultante é chamada de oligopeptídeo.

• Quando muitos aminoácidos são unidos, o produto échamado de polipeptídeo.

A ligação Peptídica é rígida e planar

A ligação peptídica (C-N) é maiscurta que a ligação (C-N) de umaamina simplesÁtomos associados à ligação sãoplanares

Compartilhamento parcial de 2pares de elétrons entre o oxigêniocarbonílico e o nitrogênio daamida.

Formação de umDIPOLO ELÉTRICO.-Os 6 átomos dogrupo peptídico estãoem um único plano.- Átomo de O trans aoátomo de H

- As ligaçõespeptídicas C-N nãopodem girarlivremente caráterparcial de ligaçãodupla.

O C de resíduos adjacentes deaminoácidos são separados por3 ligações covalentes

Cα—C―N—Cα

A cadeia polipeptídica possui uma série de planos rígidos

ϕ C―N—Cα—C (rotação entre N—Cα)

ψ N—Cα―C—N (rotação entre C―C)

Φ e ψ = ± 1800

ω Cα—C―N—Cα (C―N, lig peptídica rotação restrita)

C

C

CC

C

C

R

R

RO

O

O

N

N

N

HH

H

HH

Os planos rígidoscompartilham umponto comum derotação no C

ω

A ligação peptídica é rígida e plana. Isto ocorre devido a um caráter parcial de dupla ligação entre o carbono da carbonilae o nitrogênio da amina. Isso impede que ocorra rotação neste eixo. Por outro lado, ocorrem rotações nas ligações entre N-C (rotação ) e entre C-C da carbonila (rotação )

Dados moleculares de algumas proteína

Níveis estruturais das proteínas

A estrutura primária consiste em uma sequência de aminoácidos unidos por ligações peptídicas e inclui algumas ligações dissulfeto.

A estrutura secundária é o arranjoespacial dos átomos da cadeiaprincipal em um determinadosegmento da cadeia polipeptídica.Hélices α, folha β e voltas β

A estrutura terciária é o arranjotridimensional total de todos os átomos deuma proteína. Aminoácidos distantes e emdiferentes estruturas secundárias podeminteragir.

A estrutura quaternária é oarranjo tridimensional de duasou mais cadeias polipeptídicas,ou subunidades.

.

ESTRUTURA PRIMÁRIA

• É o nível estrutural mais simplese mais importante, pois delederiva todo o arranjo espacial damolécula.

• É a seqüência deaminoácidos na cadeiapolipeptídica; mantida porligações peptídicas .

• As pontes dissulfeto (S-S)também devem serassinaladas na estrutura primáriade uma proteína.

Estrutura primáriaConsiste em uma sequênciade aminoácidos unidos porligações peptídicas e incluialgumas ligações dissulfeto.

É o arranjo espacial dos átomos dacadeia principal em um determinadosegmento da cadeia polipeptídica

• Ligações de hidrogênio ocorrementre o hidrogênio do grupo –NHe o oxigênio do grupo C ═ O

• Estrutura secundária comumocorre quando cada ângulodiedro, ϕ e ψ, permanece + ou -igual, ao longo do segmento

ESTRUTURA SECUNDÁRIA

• Hélices α; conformações β e volta β

Hélice α

ESTRUTURA SECUNDÁRIA

Alanina melhortendência emforma hélice-α

Pro e Gly menorpropensão emformar hélice α

ϕ = -570 e ψ = -470

Cada volta da hélice = 3,6 resíduos de aa

ESTRUTURA SECUNDÁRIA

Tendência dos aminoácidos em assumir aconformação de Hélice α

O esqueleto da cadeia polipeptídica está estendido em forma de zigue-zague, ao invés de uma estrutura helicoidal

ESTRUTURA SECUNDÁRIA

Conformações β

ϕ = -1390 e ψ = +1350 ϕ = -1190 e ψ = +1130

Fazem pontes de H entre os átomos da ligação peptídica

São elemento conectores que liga estruturas sucessivas de hélices α e conformações β

ESTRUTURA SECUNDÁRIA

Voltas β

Os resíduos Gly e Profrequentemente ocorrem em voltas β

Conectam as extremidades dedois segmentos adjacentes deuma folha β antiparalela

.

ESTRUTURA TERCIÁRIA

É o arranjo tridimensional total de todos os átomosda cadeia poliptídica

Aminoácidos distantes na sequência polipeptídica eem diferentes tipos de estruturas secundárias podeminteragir na estrutura proteica dobrada

Enovelamento de uma cadeia polipeptídica comoum todo

Ocorrem ligações entre os átomos dos radicais R detodos os aminoácidos da molécula

.

ESTRUTURA TERCIÁRIA

Subunidade (uma cadeia polipeptídica)

.

Associação de duas oumais cadeiaspolipeptídicas

ESTRUTURA QUATERNÁRIA

Proteína

(Duas subunidades )

FORÇAS NÃO COVALENTES

Pontes de H

-Aminoácidos polares

Ligações iônicas

- Aminoácidos carregados

Interações hidrofóbicas

-Aminoácidos apolares

Forças de Van der Waals

-Qualquer aminoácido

ProteínaProteína

NH

— CH2 — OH ... O — C — CH2 — CH2 —

2

ProteínaProteína

O—CH

Ponte de Hidrogênio

Interações hidrofóbicase Forças de van der Waals

2

CH—CH3

CH3 CH3

CH3 — CH — CH2 —

— CH — CH3 H3C — CH —

CH3CH3

++—CH2—CH2—NH3 O

C —CH2—CH2—Ligação Iônica Quais são os tipos de forças que mantém a estrutura tridimensional de

uma proteína ?

Quais são os tipos de forças que mantém a estrutura tridimensional de

uma proteína ?

O hormônio insulina é composto por duas subunidades, A e B, unidas por duas pontes

dissulfeto intercadeia. Além disso, a cadeia B possui uma ponte dissulfeto intracadeia

A

B

Quais são os tipos de forças que mantém a estrutura tridimensional de

uma proteína ?

Além dos laços não covelentes, uma proteína

pode ter pontes dissulfeto formada a partir

de dois resíduos do aminoácido Cys (cisteína).

Pontes dissulfeto são

covalentes e só podem ser

rompidas por agentes

redutores, como

2-mercapto-etanol.

Classificação das proteínas

QUANTO A SUA COMPOSIÇÃO

Proteínas simples: Por hidrólise liberam apenasaminoácidos. Ex. albumina, globulina, actina, miosina.

Proteínas conjugadas: contém componentes químicosassociados denominado grupo prostético.

- lipoproteínas contêm lipídeos (lipoproteína sanguínea)- glicoproteínas contêm carboidratos (Imunoglobulinas)- metaloproteína contêm um metal específico (ferro –ferritina)

Classificação das proteínasQUANTO AO NÚMERO DE CADEIAS POLIPEPTÍDICAS

Proteínas com uma única cadeia polipeptídica

- Mioglobina (153 resíduos)

- Citocromo C (104 “)

- Titina (humano) (27.000 “)

Proteínas Multissubunidade - Formadas por mais deuma cadeia polipeptídica. Ex. Hexocinase (2). Quandoapresenta ao menos duas subunidades idênticas

Oligomérica. Ex. Hemoglobina (4)

E as subunidades idênticas denominadas deProtômero.

Classificação das proteínasQUANTO A SUA FORMA

Proteínas fibrosas - são adaptadas às funçõesestruturais. Apresentam cadeias polipeptídicasarranjadas em longos filamentos. Em geral são formadaspor um único tipo de estrutura secundária (hélices-α ouconformações β). São insolúveis em água. Garantem aosvertebrados suporte, forma e proteção externa.

- α-queratina (hélices-α ligadas por ligações dissulfeto)

- Fibroínas da seda (conformações β)

- Colágeno (hélice tripla de colágeno)

Classificação das proteínas

QUANTO A SUA FORMAProteínas globulares- apresentam cadeias polipeptídicasdobradas em uma forma esférica ou globular,geralmente contêm diversos tipos de estruturassecundárias na mesma cadeia de polipeptídeo. Sãogeralmente solúveis.

Exemplo: enzimas, Hemoglobina, mioglobina,imunoglobulinas

Classificação das proteínas

Perda de estrutura tridimensional originada pelaruptura de algumas ligações suficiente para causar aperda de função

Causas: pelo calor, pHs extremos, solventes orgânicosmiscíveis (álcool ou acetona), certos solutos (ureia ehidrocloreto de guanidina), ou detergentes.

Na desnaturação ocorre o desdobramento daproteína mantendo-se intacta a sua estruturaprimária.

Desnaturação protéica

Se retornarem às condições ideais detemperatura, pressão e pH as moléculasdesnaturadas reassumem suas estruturasnativas e suas atividades biológicas

Renaturação protéica

Desnaturação/renaturaçãode proteinas

1. Quais as principais diferenças entre a hélice αe a conformação β?

2. Descreva os processos de desnaturação erenaturação proteica.

3. A estrutura terciária das proteínas é mantidapor um conjunto de forças. Cite e descrevacada uma delas.

4. Defina proteínas e diga quais são os produtosde hidrólise total de uma proteína.

5. Escreva a fórmula geral de um aminoácido,citando os componentes dessa fórmula.

6. Como se chama a ligação entre doisaminoácidos? Como se forma essa ligação?

7. Diferencie e exemplifique proteínas fibrosas eglobulares.

8. Dê a classificação dos aminoácidos com basenas propriedades do grupo R.

9. Liste algumas funções dos aminoácidos.

10. Responda as questões abaixo.

a) Qual é o aminoácido mais simples presentena natureza?

b) Qual é o aminoácido que é exceção à formulaestrutural geral dos aminoácidos?

marciazevedos@yahoo.com.br