Fundamentos da Bioquímica II Aminoácidos Diferencia as propriedades físicoquímicas dos aminoácidos

Fundamentos da Bioquímica II Aminoácidos

C O^- O C H R NH3+ α

Na água: Zwitterion

C OH O C H R

NH2 α Carboxila

Amina

Diferencia as propriedades físicoquímicas dos aminoácidos

Carbono: Aspectos estruturais: quiralidade Aminoácidos

Não quiral (glicina)

Quiral NH₃

H

COO- Cα

H

NH₃ H

COO- Cα

H

NH₃ H

COO-

Cα

R

NH₃ H

COO-

Cα

R

L-aminoácido D-aminoácido

Aminoácidos com carga positiva

Aminoácidos com carga negativa

Aminoácidos polares sem carga elétrica

Aminoácidos com propriedades especiais

Aminoácidos hidrofóbicos

Aminoácidos hidrofóbicos

Aminoácidos: ligação peptídica

Peptídeos e Proteínas: Nomenclatura

Aminoácidos que formam parte de uma estrutura de um peptídeo ou de uma proteína são denominados com terminação –ilao invés de –ina: alanil (aminoácido ligado) ao invés de alanina(aminoácido livre)

Os átomos que formam a ligação peptídica são chamados de grupo funcional peptídico

Proteínas e peptídeos possuem duas extremidades: a carboxi-terminal (grupo COOH livre) e a amino-terminal (grupo NH2 livre).

A convenção determina que os peptídeos e as proteínas sejam denominadas começando pela extremidade amino-terminal:

NH2-Gly-Ala-Trp-Phe-Cys-COOH

Peptídeos e Proteínas: Estrutura

Tamanho: 50 a 8000 AA Peso molecular: 6000 a 1x10⁶D,

a maioria possui menos que 2000AA ( 200.000D)

Cofatores Oligossacarídeos (glicoproteínas) Lipídeos (lipoproteínas) Metais (metaloproteínas) Muitas proteínas incluem

componentes não- proteicos na estrutura:

grupos prostéticos:

Estrutura Secundária: α α α α-hélice

Estrutura Secundária: Folha β β β β− − − −pregueada

Desnaturação

Perda irreversível da estrutura espacial da proteína, causada pelo calor ou por influência

química

Peptídeos e Proteínas: Função

Peptídeos e proteínas podem assumir uma grande variedade de funções na célula:

Enzimas: Proteínas catalíticas

Oxidoredutases:reações de óxido-redução.

Transferases:transferência de grupos funcionais.

Hidrolases:reações de hidrólise.

Liases:eliminação de grupos funcionais para a formação de ligações duplas.

Isomerases: reações de isomerização

Ligases: formação de ligações químicas acopladas à hidrólise do ATP

6 classes

Catalisadores bioquímicos de importância fundamental para a vida. 99,99% das reações químicas da célula são catalisadas por enzimas.

A grande maioria das enzimas são proteínas, raríssimas reações são catalisadas por moléculas catalíticas de RNA.

Enzimas viabilizam reações químicas em condições brandas:

pH 7,0, solvente aquoso, temperatura ambiente, pressão atmosférica.

Enzimas: Especifidade da Reação Enzimas reagem com subtratos específicos:

Especificidade estérica Especificidade geométrica

Enzimas: Redução da energia de ativação

Enzimas reduzem a

Enzimas: Mecanismos de aumento da taxa de reação:

Efeitos de proximidade e orientação

Reações entre moléculas fisicamente ligadas a uma enzima aumentam drasticamente a probabilidade de colisão, comparado à probabilidade de colisão das mesmas moléculas em solução.

As moléculas que interagem não estão somente próximas umas das outras nas enzimas, mas também orientadas de forma ótima para viabilizar a reação.

Reação bimolecular,elevada energia de ativação, taxa de

reação reduzida

Reação unimolecular, elevada probabilidade de contato

acelera taxa de reação

Mobilidade reduzida dos grupos químicos os mantém

em uma orientação relativa ótima para a reação

Enzimas: Mecanismos de aumento da taxa de reação:

Estabilização do estado de transição

Mecanismo mais importante de aceleração das taxas de reação anticorpos catalíticos

Enzimas: Mecanismos de aumento da taxa de reação:

Induced Fit

Alteração da conformação da enzima após acoplamento do substrato

Enzimas: Mecanismos de aumento da taxa de reação:

Catálise eletrostática

Quando o substrato se liga na enzima, a água é geralmente excluída do ponto de contato.

Isto reduz a constante dielétrica no ponto de contato entre o substrato e a enzima, facilitando interações eletrostáticas entre a enzima e o substrato

Protege os grupos funcionais da ação da água

Se a água participar da reação enzimática, o seu acesso ao sítio ativo será controlado

Viabiliza a ação de grupos com caga elétrica da enzima na interação

Enzimas: Mecanismos de reação - Ácido-base Hidrólise de ligações ésteres

ou peptídicas, reações com grupos de fosfato, adição de grupos carbonila, etc.

A enzima evita a formação de intermediários com carga elétrica instáveis durante a reação através da disponibilização de grupos funcionais com localização apropriada para a

Doação de prótons (ácido) Adsorção de prótons (base)

Os prótons trocados entre o substrato e a enzma serão devolvidos à enzima no final da reação

Grupos funcionais da proteína que catalisam reações ácido-base:

Imidazol(histidina),grupo amina αααα, grupo carboxila αααα, tiolda cisteína, carboxilas Rdo glutamato e do aspartato,εεε-aminaε da lisina,OH aromáticoda

tirosina,grupo guanidinada arginina

Enzimas: Catálise covalente

Intermediário da reação estabilizado por ligação covalente à enzima

4 3 R2 N

H H

Mecanismo químico da quimotripsina I

Mecanismo químico da quimotripsina II

Enzimas: Participação dos aminoácidos na catálise

enzimas participam da reação!

Enzimas: Catálise por íons metálicos

Íons metálicos atuam da seguinte maneira:

Garantir o acoplamento do substrato ao sítio ativo na orientação correta Mediação de reações de óxido-redução

Estabilização de cargas eletrostáticas Estabilização de cargas negativas

Metaloenzimas possuem íons de metais fortemente ligados: Fe⁺², Fe⁺³, Cu⁺², Zn⁺², or Mn⁺²

Enzimas ativadas por metais possuem íons metálicos acoplados por ligações fracas:

Na⁺, K⁺, Mg⁺², or Ca⁺²

Alguns grupos prostéticos são complexos orgânicos com íons metálicos: hemina

histidina

cisteína Fe2S2

hemina

Enzimas: cofatores

Moléculas orgânicas, geralmente derivadas de vitaminas, que auxiliam na catálise e são indispensáveis para a atividade enzimática

Cada cofator catalisa uma classe específica de reações cofatores podem ou não estar permanentemente ligados à enzima Se ligam perto do sítio ativo

Coenzima A: Transferência de acilas (C2) Vitamina: ácido pantotênico

Enzimas: cofatores

Cofatores de óxido-redução: Catalisam a transferência de elétrons NADP (Nicotina-adenina-dinucleotídeo-fosfato)

NAD (Nicotina-adenina-dinucleotídeo)