Aminoácidos, peptídeos e proteínas
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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?