3 Aminoácidos e Peptídios -...

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3-1Copyright 2000 V. T. Motta

AminoácidosAminoácidoseePeptídiosPeptídios

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AminoácidosAminoácidos�� AminoácidoAminoácido:: um composto que contém tanto

um grupo amino como um grupo carboxila�� αααα--AminoácidoAminoácido: têm um grupo carboxila e um grupo

amino ligados ao mesmo átomo de carbono

� Embora os αα -aminoácidos sejam escritos na forma não ionizadas, em soluções aquosas neutras eles são espécies totalmente ionizadas conhecidas como zwitterionzwitterion (íons híbridos)

R- CH- COOH

N H2

R- CH- COO-

N H3+

Formanão ionizada

zwitterion

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Quiralidade Quiralidade dos Aminoácidosdos Aminoácidos� Com exceção da glicina, todos os aminoácidos

oriundos das proteínas tem um centro quiral (o αα -carbono)� a grande maioria dos αα -aminoácidos tem cofiguração L

no αα -carbono

H NH3+

CO2-

CH3

+ H3 N H

CO2-

CH3

D-Alanina L-Alanina

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20 AA das proteínas20 AA das proteínasCadeias laterais não polares (forma predominante em pH 7.0)

H-

CH3 -

CH3 CH2 CH( CH3 ) -

( CH3 ) 2 CH CH2 -

CH3 S CH2 CH2 -

N

H

( CH3 ) 2 CH

glicina (gly, G)

alanina (ala, A)

valina (val, V)

leucina (leu, L)

isoleucina (ile, I)

methionina (met, M)

fenilalanina (phe,F)

triptofano (trp, W)

NH H

+

prolina (Pro, P)

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20 AA das 20 AA das proteúnasproteúnas

Cadeias laterais polares (forma predominante em pH 7.0)

asparagina (asn, N)

glutamina (glu, G)

serina (ser, S)

treonina (thr, T)

H2 NCCH2 -

O

H2 NCCH2 CH2 -

O

HOCH2 -

CH3 CH-OH

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20 AA das proteínas20 AA das proteínasCadeias laterais ácidas (forma predominante em pH 7.0)

ácido aspártico (asp, D)

ácido glutâmico (glu, E)

cisteína (cys, C)

tirosina (tyr, Y)

- O2 CCH2 - HS CH2 -

-O2 CCH2 CH2 - HO CH2 -

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20 AA das proteínas20 AA das proteínasCadeias laterais básicas (forma predominanta em pH 7.0)

arginina (arg, R) Histidina (his, H)

lisina (lys, K)

H2 NCNHCH2 CH2 CH2 -

NH2+

H3 NCH2 CH2CH2 CH2 -

N

N

H

CH2 -

+

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20 AA das proteínas20 AA das proteínas� Características estruturais

1. Todos os 20 são αα -aminoácidos2. Em 19 dos 20, o grupo αα -amino é primário; na prolina

ele é secundário3. Com exceção da glicina, o carbono alfa de cada

aminoácido é um centro quiral4. Isoleucina e treonina contêm um segundo centro

quiral5. O grupo sulfidrílico da cisteína, o grupo imidazol da

histidina, e o hidroxil fenólico da fenilalanina estão parcialmente ionizados em pH 7.0, no entanto, a forma iônica não é a principal neste pH

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Propriedades ácidoPropriedades ácido--básicasbásicaspK a dapK a dopK a do

10.079.112.20tirosina

lisina 2.18 8.95 10.536.109.181.77histidina

ácido glutâmico 2.10 9.47 4.078.0010.252.05cisteína

ácido aspártico 2.10 9.82 3.86

arginina 2.01 9.04 12.48

cadeia lateral

Cadeias laterais ácidas αα−−NH3

+αα −−CO 2 H

pK a dapK a dopK a docadeia lateral

Cadeias laterais básicas αα−−NH3

+αα −−CO 2 H

carboxilcarboxilsufidrilfenólico

guanidinoimidazol1° amino

Grupo da cadeia lateral

Grupo da cadeialateral

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Grupos ácidos: Grupos ácidos: αααα--COOHCOOH� O pKa de um grupo αα -carboxil é 2.19, o que os

tornam ácidos mais fortes do que o ácido acético (pKa 4.76)� a maior acidez é devida ao efeito indutivo do grupo -

NH3+ que atrai os elétrons da ligação

O íon amônio tem um efeito indutivosobre os elétrons da ligação

+pK a = 2.19

N H3+

N H3+

RCHCO2-

RCHCO2 H H3 O+

H2 O+

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Grupos ácidos: Grupos ácidos: αααα--NHNH33++

� O valor médio do pKa para um grupo αα-NH3+ é

9.47, comparado com o valor 10.60 do 1° íon alkilamônio

+pKa = 9.47

NH3+ NH2

RCHCO2- RCHCO2

-+ H2 O H3 O+

pKa = 10.76

NH3+ NH2

CH3 CHCH3 CH3 CHCH3 + H3 O++ H2 O

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Grupo básico: Grupo básico: GuanidinaGuanidina� A cadeia lateral da arginina é uma base

consideravelmente mais forte do que uma amina alifática� a basicidade do grupo guanidina é atribuída a

estabilização por ressonância da forma protonada

+

••••

•• ••

••

pKa = 12.48

••

••

C

NH2+

CRNH

NH2+

NH2

NH2

RNH CRNH

NH2

NH2

CRNH

NH2

NH

••

••

+ H3 O+H2 O

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Grupo básico: Grupo básico: ImidazolImidazol� O grupo imidazol da cadeia lateral da histidina é

uma amina aromática heterocíclica

+

Este par é um aceptor deprótons

pK a 6.10

NH

NH3+N

H

CH2 CHCO2-

N H3+N

H

CH2 CHCO2-

N

+ H3 O+

H2 O

N

N

H

H +

CH2 CHCO2-

N H3+

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Ionização Ionização vs pHvs pH� Dado o valor de pKa de cada grupo funcional,

pode-se calcular a relação da cada ácido com sua base conjugada como uma função de pH

� Considere-se a ionização de um αα-CO2H

� escrevendo a constante de ionização do ácido e rearranjando os termos tem-se

pKa

= 2.00αα−−CO2

-α −α −CO2 H + H3 O++ H2 O

[ αα-CO 2 H]

[ αα-CO 2- ]

Ka = [H 3 O+ ]

=Ka

[ αα-CO 2 H]

[ αα-CO 2- ]

[H 3 O+ ]ou

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Ionização Ionização vs pHvs pH� substituindo o valor de pKa (2.00) para a concentração

de íon hidrogênio em pH 7.0 (1.0 x 10-7) torna-se

� em pH 7.0, o grupo αα -carboxila está virtualmente 100% na forma ionizada (ou base conjugada) e tem uma carga líquida -1

� pode-se repetir este cálculo para qualquer pH e determinar a relação entre [αα -CO2

-] e [αα -CO2H] além da carga líquida do αα -carboxila naquele pH

=Ka

[ αα -CO 2 H]

[ αα-CO 2- ]

[H 3 O+ ]= 1.00 x 10 5

1.00 x 10 -7

1.00 x 10-2

=

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Ionização Ionização vs pHvs pH� Pode-se calcular também a relação do ácido e da

sua base conjugada para um grupo αα-NH3+; para

este cálculo, supor um valor 10.0 para o pKa

� rearranjando a equação da constante de ionização tem-se

+pK a = 10.00

αα−−NH2αα−−NH3+ H3 O++ H2 O

[ αα-NH2 ]

[ αα-NH 3+ ]

Ka=[H3 O+ ]

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Ionização Ionização vs pHvs pH� substituindo os valores para o pKa de um grupo αα -NH3

+

e a concentração do íon hidrogênio em pH 7.0, tem-se

� em pH 7.0, a relação de αα -NH3+ para αα -NH2 é

aproximadamente 1 para 1000

� neste pH, um grupo αα -amino está 99.9% na forma ácida ou forma protonada e tem uma carga de +1

[ αα-NH 2 ]

[ αα-NH 3+ ]

Ka=[H3 O+ ]

=1.00 x 10 -10

1.00 x 10 -7= 1.00 x 10 -3

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HendersonHenderson--HasselbalchHasselbalch� Foi calculado a relação do grupo αα-carboxila e

um grupo αα-amino em pH 7.0

� Isto pode ser calculado para qualquer ácido fraco e sua base conjugada e em qualquer pH usando a equação de Henderson-Hasselbalch

[ácido fraco]

[base conjugada]log=pH pKa +

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HendersonHenderson--HasselbalchHasselbalch� usando a equação de Henderson-Hasselbalch, pode-se

calcular a percentagem da forma carregada e não carregada presente, e a carga líquida da serina em pH3.0, 7.0 e 10.0

+ +

pH 3.0 pH 7.0 pH 10.0Carga líquida +1 Carga líquida 0 Carga líquida -1

100% 86% 99% 100% 88% 100%

CH2 OH CH2 OH CH2 OH

H3 N- CH-C- OH H3 N- CH-C- O- H2 N-CH-C- O-O O O

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pH isoelétricopH isoelétrico�� pH isoelétricopH isoelétrico, , pIpI:: é o pH no qual a maioria das

moléculas de um composto em solução não apresentam carga líquida� o pI para a glicina, por exemplo, está entre os valores

de pKa para os grupos carboxila e amino

� nas tabelas seguintes são dados os valores de pH isoelétrico para os 20 aminoácidos provenientes das proteínas

pI = 12 (pK a α−α−CO2 H + pK a α−α−NH3

+)

= 21 (2.35 + 9.78) = 6.06

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6.115.415.656.066.046.045.745.916.305.685.605.886.00

pKa dapKa dopKa do

pI

----------------

----------------------------

--------

valina 2.29 9.72triptofano 2.38 9.39

9.102.09treoninaserina 2.21 9.15

10.602.00prolinafenilalanina 2.58 9.24

9.212.28metionina9.742.33leucina

isoleucina 2.32 9.76glicina 2.35 9.78

9.132.17glutamina8.802.02asparagina9.872.35alanina

cadeia lateral

Cadeiaslaterais não-polares αα−−NH3

+αα−−CO2 H

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10.76

2.98

5.023.08

7.649.74

5.63

pKa dapKa dopKa do

pI

10.079.112.20tirosina

lisina 2.18 8.95 10.536.109.181.77histidina

ácido glutâmico 2.10 9.47 4.078.0010.252.05cisteina

ácido aspartico 2.10 9.82 3.86

arginina 2.01 9.04 12.48

cadeialateral

Cadeiaslaterais ácidas αα−−NH3

+αα−−CO2 H

pKa dapKa dopKa docadeialateral

Cadeiaslaterais básicas αα−−NH3

+αα−−CO2 H pI

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EletroforeseEletroforese�� EletroforeseEletroforese: é o processo de separação de

compostos com base em sua carga elétrica. A eletroforese de aminoácidos pode ser realizada pelo emprego de papel, amido, ágar, certos plásticos e acetato de celulose como suportes sólidos� a eletroforese em papel: uma tira de papel saturada

com uma solução tampão de pH pré determinado, serve como uma ponte entre os dois eletrodos

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EletroforeseEletroforese� uma amostra de aminoácidos é aplicada como um gota

na tira de papel� uma diferença de potencial elétrico é aplicado aos

eletrodos e os aminoácidos migram em direção ao pólo de carga aposta

� moléculas migram com velocidades proporcionais às suas cargas

� moléculas em seu ponto isoelétrico permanecem na origem

� após a completa separação, a tira é seca e revelada por coloração específica para tornar visíveis os aminoácidos separados

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PoliptídiosPoliptídios� Em 1902, Emil Fischer propôs que as proteínas

são cadeias longas de aminoácidos unidos por ligações amida as quais ele deu o nome de ligações peptídicas

�� Ligação Ligação peptídicapeptídica: é o nome especial da ligação amida entre o grupo αα-carboxila de um aminoácido e o grupo αα -amino de outro

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SerilalanineSerilalanine (Ser(Ser--Ala)Ala)

+

Alanina (Ala)Serina (Ser)

H3 NO-

HHOH2 C

O

H3 NO-

H CH3

O

H3 N N

HHOH2 C

O H CH3

O

O-

H

++

+

Ligação peptídica

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PeptídiosPeptídios�� peptídiopeptídio:: é o nome dado a um polímero curto de

aminoácidos unidos por ligações peptídicas; eles são classificados pelo número de aminoácidos na cadeia

�� dipeptídiodipeptídio: uma molécula contendo dois aminoácidos unidos por ligações peptídicas

�� tripeptídiotripeptídio: uma molécula contendo três aminoácidos unidos por ligações peptídicas

�� polipeptídiopolipeptídio: uma macromolécula contendo muitos aminoácidos unidos por ligações peptídicas

�� proteínaproteína: uma macromolécula biológica de massa molecular de 5000 g/mol ou mais, consistindo de uma ou mais cadeias polipetídicas

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Geometria da ligação Geometria da ligação peptídicapeptídica� Os quatro carbonos da ligação peptídica e os

dois αα carbonos ligados a eles estão em um plano com ângulos de ligação de 120° em relação ao C e N

C αα

C αα

C αα

C αα

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Geometria da ligação Geometria da ligação peptídicapeptídica� Considerando esta geometria, Linus Pauling propôs

que uma ligação peptídica é mais corretamente representada como um híbrido das duas estruturas contribuintes

� o híbrido tem considerável caráter de dupla ligação em C-N que são ligações incapazes de girar livremente

(2)

C αα

Cαα

N

H

C

C αα

CααOO

C N

H

•• • •

• •

• ••• ••

+

-

(1)

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Nomenclatura dos Nomenclatura dos peptídiospeptídios� Por convenção, os peptídios são escritos a partir

da esquerda, iniciando com o grupo -NH3+ e finalizando com o grupo -CO2- terminal

+

Ser-Phe-Asp

AminoácidoN-terminal

Aminácido C-terminal

ligação peptídica

CH2 OH CH2 CH2 CO2-

C6 H5

H3 NCHC- NHCHC- NHCHCO2-

O O

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Alguns Alguns peptídios peptídios pequenospequenos

H3 N-CH2 - CH2 -C-NH- CH-CO2-

O

CH2

NNH

ββ-Alanil-L-histidina (Carnosina)

H2 N-CH- C-NH-CH-C-OCH3

O

CH2

+

CH2

C6 H5CO2-

+

L-Aspartil-L-fenilalanina metil éster

(Aspartame)

O

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GlutationaGlutationa

- O2 CCHCH2 CH2 C-N HCHC-N HCH2 CO2-

O O

CH2

SHGlutationa, GSH

(forma reduzida)

N H3+

2GSH2e- oxidação

2e- reduçãoGS-SG

S

SLigação dissulfeto

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EncefalinasEncefalinas

Ty r- Gly- Gly -Phe - Le u = Y- G-G- F-L

Leucina encefalina

Ty r- Gly- Gly -Phe - Me t = Y-G- G- F- M

Metionina encefalina

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OxitocinaOxitocina & & VasopressinaVasopressinaH3 N -Cy s - Ty r-Ile

S GlnS

Pro -Le u- Gly -C- NH2

O

+

Oxitocina

Cy s -As n

H3 N-Cys - Ty r-Phe

S GlnS

Pro -Arg - Gly- C-N H2

O

+

Cys -As nVasopressina

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