Profª Eleonora Slide de aula

Amino

Aminoácidos

Estrutura Geral

Ácido carboxílico com amina primária (-NH₂) no carbono α.

Isomeria

Ao carbono α estão ligados 4 grupos substituintes diferentes: grupo carboxila, grupo amino, grupo R (ou cadeia lateral) e um átomo de hidrogênio.

O carbono α é um carbono assimétrico

Com exceção da glicina (R=H) todos os demais aminoácidos são oticamente ativos. Os estereoisômeros são designados por D e L.

Na natureza os aminoácidos são encontrados na forma L.

Classificação dos aminoácidos

_{Polaridade do grupo R}

_{Grupamento funcional do grupo R
Essencial}

α

R

COO-H3+N C H Exceção:

_{Quanto à polaridade do grupo R}

Grupo R não polar: aqueles onde R é um hidrocarboneto alifático ou aromático. glicina (Gly ou G) metionina (Met ou M)

alanina (Ala ou A) fenilalanina (Phe ou F) valina (Val ou V) prolina (Pro ou P)

leucina (Leu ou L) triptofano (Trp ou W) isoleucina (Ile ou I)

Grupo R polar não carregado: aqueles onde R apresenta grupamento polar não dissociado em pH fisiológico (pH = 7,0).

serina (Ser ou S) asparagina (Asn ou N) treonina (Thr ou T) glutamina (Gln ou Q) cisteína (Cys ou C) tirosina (Tyr ou Y)

Grupo R carregado positivamente: aqueles onde R apresenta carga positiva em pH fisiológico (pH = 7,0).

histidina (His ou H) lisina (Lys ou K) arginina (Arg ou R)

Grupo R carregado negativamente: aqueles onde R apresenta carga negativa em pH fisiológico (pH = 7,0).

ácido aspártico (Asp ou D) ácido glutâmico (Glu ou E)

_{Quanto à natureza do grupamento R}

Alifático

: Gly, Ala, Val, Leu, Ile

Aromático

: Phe, Trp, Tyr

Sulfonado

: Cys, Met

Básico

: Lys, Arg, His

Hidroxilado

: Ser, Thr

Dicarboxílico

: Asp, Glu

Amida de ácido dicarboxílico

: Asn, Glu

Amina secundária

: Pro

_Essenciais

São aqueles que não podem ser sintetizados pelo organismo, devendo ser administrados pré-formados na dieta.

Cada espécie tem seus aminoácidos essenciais.

Estrutura dos Aminoácidos



_{Grupo R não polar, alifático ou aromático}

H C -COO H3N + H Glicina Glicina C -COO H3N + H CH₃ Alanina Alanina -C COO H3N + H CH CH3 CH3 CH2 Leucina

Leucina Isoleucina_Isoleucina

C -COO H3N + H CH3 C H2 H C CH₃ Valina Valina 3 -C COO H3N + H CH CH₃ CH₃ Prolina Prolina CH2 C H2 H C -COO CH2 N + H2 C -COO H3N + H CH2 Fenilalanina Fenilalanina CH2 CH2 CH3 S C -COO H3N + H Metionina Metionina -C COO H3N + H NH C CH2 CH Triptofano Triptofano



_{Aminoácidos com cadeias laterais apolares}

Estes aminoácidos possuem cadeia lateral que não apresenta a capacidade de receber ou doar elétrons, de participar de ligações iônicas ou de formar pontes de hidrogênio.

Entretanto, podem promover

interações hidrofóbicas

(*).

(*) Associação de grupos não polares, tais como cadeias de hidrocarbonetos, em meio aquoso. Em sistemas vivos, estas interações contribuem para a estabilidade das moléculas de proteínas, das membranas e de várias outras estruturas subcelulares.

Os valores de pK dos grupos α-carboxila (pK₁ ≅ 2,3) e α-amino (pK₂ ≅ 9,6) são semelhantes para todos os aminoácidos deste grupo.

A cadeia lateral da prolina e o seu grupo α-amino formam um anel, de forma que, este aminoácido difere dos demais pelo fato de conter um

grupo imino

ao invés de um grupo amino.



_{Grupo R polar, não carregado}

C -COO H3N + H CH₂OH Serina Serina C -COO H3N + H H CH3 C OH Treonina Treonina SH CH2 C -COO H3N + H Cisteína Cisteína C -COO H3N + H CH2 C H2N O Asparagina Asparagina C -COO H3N + H CH2 C H2N O CH2 Glutamina Glutamina C -COO H3N + H CH2 OH Tirosina Tirosina



_{Aminoácidos com cadeias laterais polares (desprovidos de carga elétrica)}

Estes aminoácidos apresentam carga líquida igual à zero em pH neutro, embora as cadeias laterais de cisteína e tirosina possam perder um próton em pH alcalino.

Os aminoácidos serina, treonina e tirosina contêm grupos hidroxila que podem participar da formação de

pontes de hidrogênio

(*).

(*) Resultam da atração eletrostática entre um átomo eletronegativo (normalmente O ou N) e um átomo de hidrogênio ligado covalentemente a um segundo átomo eletronegativo. O átomo de hidrogênio, desta forma, é compartilhado entre dois átomos eletronegativo.

As cadeias laterais da asparagina e da glutamina contem, cada uma, um grupo carbonila e um grupo amida que podem participar também de

pontes de hidrogêni

o.

A cadeia lateral da cisteína contém um

grupamento sulfidrila

(-SH).

Nas proteínas os grupos sulfidrilas de duas cisteínas podem se tornar oxidados e formar um dímero –

cistina

– que contém uma ligação denominada

ponte dissulfeto

(*).

(*) A ponte dissulfeto (-S-S-) é uma ligação covalente formada pelos grupos sulfidrila (-SH)



_{Grupo R carregado}

positivamente

C -COO H3N + H CH2 CH2 CH2 CH₂ NH3 + Lisina Lisina C -COO H3N + H C +NH2 NH2 CH2 CH2 CH2 NH Arginina Arginina C -COO H3N + H NH+ NH C CH2 C C H Histidina Histidina C -COO H3N + H COO -CH₂ Ácido Aspártico Ácido Aspártico C -COO H3N + H CH2 CH2 COO -Ácido Glutâmico Ácido Glutâmico



_{Grupo R carregado}

negativamente



_{Aminoácidos com cadeias laterais básicas}

As cadeias laterais dos aminoácidos básicos são

aceptoras de prótons

.

Em pH fisiológico, as cadeias laterais da lisina e da arginina se encontram completamente ionizadas, com carga positiva.

Já a histidina é fracamente básica e o aminoácido livre, em geral, não apresenta carga elétrica em pH fisiológico. Entretanto quando a histidina se encontra incorporada em uma proteína, a sua cadeia lateral pode se apresentar com carga positiva ou neutra, dependendo do ambiente iônico fornecido pela cadeia polipeptídica da proteína.



_{Aminoácidos com cadeias laterais ácidas}

Os aminoácidos ácido aspártico e ácido glutâmico são

doadores de prótons

.

Em pH neutro, as cadeias laterais desses aminoácidos se encontram completamente ionizadas, contendo um

grupo carboxilato

carregado negativamente (-COO-_).

Esses aminoácidos são, portanto, denominados aspartato e glutamato, para enfatizar o fato de estarem carregados negativamente em pH fisiológico.

(a) em soluções muito ácidas os dois grupos se apresentam protonados

(b) em soluções muito alcalinas os dois grupos se apresentam desprotonados

(c) em soluções neutras os aminoácidos se apresentam como um íon dipolar H C H+₃N R COOH H C H₃+N COO -R H C H₂N COO -R (a ) (c) (b)

 A conversão entre as formas a, b e c em função do pH do meio pode ser evidenciada

através da curva de titulação do aminoácido.

Carga elétrica dos aminoácidos varia com o pH

Grupos ionizáveis

forma protonada: -COOH e –NH₃+

forma desprotonada: -COO- _{e –NH} 2

Curva de titulação de aminoácido

 _{Cálculo do} ponto isoelétrico pI = pH = pK1 +₂ pK2 2 pI = pH = 2,34 + 9,69= 6,02

 _{Curva de Titulação da Alanina}

Equivalentes de NaOH adicionados pH

0,5 1,0 1,5 2,0

pI = 6,02

(forma dipolar isoelétrica)

Etapa 1: titulação do grupo -COOH Etapa 2: titulação do grupo-NH +₃ pK₁ = 2,34 pK₂ = 9,69 b c d (a) +NH₃CHRCOOH 3 +_NH CHRCOOH 3 + NH CHRCOO -(b) 3 +_{NH CHRCOO} -(c) 3 +_NH CHRCOO-NH₂ CHRCOO-(d) NH₂ CHRCOO-(e) e 2 4 6 8 10 12 14 a C COOH H₃+_{N H} CH₃ Alanina

(em meio ácido)

No ponto isoelétrico não há migração, em meio elétrico, nem para o eletrodo positivo (ânodo), nem para o eletrodo negativo (cátodo).



_{Valores de pK’}

dos grupos

ionizáveis de

aminoácidos

3,22 4,25 9,67 2,19 Glu Ácido glutâmico 2,77 3,65 9,60 1,88 Asp Ácido aspártico

Grupo R carregado negativamente

5,65 9,13 2,17 Gln Glutamina 5,41 8,80 2,02 Asn Asparagina 5,74 9,21 2,28 Met Metionina 5,07 10,28 8,18 1,96 Cys Cisteína 5,87 13,60 9,62 2,11 Thr Treonina 5,68 13,60 9,15 2,21 Ser Serina

Grupo R polar, não carregado

5,89 9,39 2,38 Trp Triptofano 5,66 10,07 9,11 2,20 Tyr Tirosina 5,48 9,13 1,83 Phe Fenilalanina Grupo R aromático 6,48 10,96 1,99 Pro Prolina 6,02 9,68 2,36 Ile Isoleucina 5,98 9,60 2,36 Leu Leucina 5,97 9,62 2,32 Val Valina 6,01 9,69 2,34 Ala Alanina 5,97 9,60 2,34 Gly Glicina

Grupo R não polar, alifático

Grupo R carregado positivamente

10,76 12,48 9,04 2,17 Arg Arginina 9,74 10,53 8,95 2,18 Lys Lisina 7,59 6,0 9,17 1,82 His Histidina (Grupo R) (-NH₃+₎ (-COOH)

Reações químicas dos aminoácidos

Reações comuns da química orgânica relativa aos grupos -COOH e -NH₂



_{Grupamento carboxila}

• Esterificação por álcoois

Utilizada no isolamento de aminoácidos

• Formação de amidas Ligação peptídica H C NH₂ R COOH + R' OH R COOR' + H2O NH₂ C H 2 + H2O + R' NH₂ H C NH R COOH H C NH₂ R CONH R'



_{Grupamento amino}

• Resistente à hidrólise

• Pode ser removido por oxidação. Agentes oxidantes: H₂O₂, KMnO₄, etc.



_{Grupo R}

Reações decorrentes da reatividade do grupo R.

Assim, a cisteína apresenta reações característica do grupamento sulfidrila (SH), a tirosina as do grupamento fenólico, etc.

As reações químicas dos aminoácidos são utilizadas para:

 _{Identificação e análise de aminoácidos}

 _{Identificação e sequenciamento de aminoácidos em proteínas}

 _{Identificação de resíduos específicos necessários para a atividade biológica de}

proteínas nativas

 _{Modificações químicas de resíduos de aminoácidos capazes de alterar a atividade}

biológica da proteína

Reações químicas características de aminoácidos

Duas reações são amplamente utilizadas para a detecção, medida e identificação de aminoácidos

•

Reação da ninidrina

Resulta na desaminação oxidativa de α-aminoácidos produzindo CO₂ ; NH₃; um aldeído com um carbono a menos e a ninidrina reduzida.

A ninidrina reduzida ou hidridantina reage com o NH₃ e com outra molécula de ninidrina formando um complexo arroxeado (λ = 570 nm)

Observação

Nos aminoácidos com grupo amina secundária, como é o caso da prolina, o produto da reação é diferente e origina uma cor amarela (λ= 440 nm).

Neste caso não há a liberação

de NH₃, porém, há a produção de teores quantitativos de CO₂. ninidrina O || H C C OH C || C O || C O || O C C _ O N = C C || COOH R H C NH2 aminoácido O CO2 + R C H C O || C OH OH C || O + O NH3 O C OH OH C || C O || hidridantina ninidrina complexo arroxeado + 3 H2O + H+

•

Reação com 1-flúor-2,4-dinitrobenzeno (FDNB)

Em solução levemente alcalina, o FDNB reage com os α-aminoácidos para produzir derivado do 2,4-dinitrofenil de cor amarela.

HF + NO₂ NO₂ F COOH R NH₂ C H NO₂ NO₂ H C NH R COOH FDNB α- aminoácido 2,4-dinitrofenil-aminoácido

Ligação peptídica (ou ligação amida)

O polímero formado pelo encadeamento de aminoácidos é constituído por unidades

planares - unidades peptídicas - unidas entre si por uma articulação flexível – o carbono α. Os oligômeros de aminoácidos são denominados peptídeos

2 resíduos de aminoácidos: dipeptídeo 3 resíduos de aminoácidos: tripeptídeo

4 resíduos de aminoácidos: tetrapeptídeo, etc.

Os carbonos α de dois aminoácidos adjacentes e os átomos dos grupamentos que participam da ligação peptídica - a unidade peptídica - estão todos em um mesmo plano.

O α C C || N C H α ligação p eptídica H₂O α COOH H N C R₂ O || C R₁ C N H₂ H H α H H COOH H H N C R₂ + OH O || C R₁ C N H₂ α α

Cadeia polipeptídica ou cadeia peptídica é uma seqüência de mais de dois resíduos de aminoácidos.

a) Os quatro átomos dos

grupamentos envolvidos na

ligação peptídica (em vermelho) se dispõem em um plano. A

unidade peptídica está

representada por um retângulo. b) As unidades peptídicas podem se

movimentar umas em relação às outras. É possível uma rotação (indicada pelas setas) em torno das ligações com o carbono α. c) A cadeia polipeptídica consiste

em um arranjo flexível de unidades planas, as unidades peptídicas, conectadas por uma articulação, o carbono α. As

cadeias laterais dos aminoácidos estão representadas.

 _{4 resíduos de aminoácidos: tetrapeptídeo}

Nomenclatura de peptídeos

As cadeias peptídicas são nomeadas da extremidade amino terminal (ou N-terminal) para a extremidade carboxila terminal (ou C-terminal).

O que diferencia um peptídeo de uma proteína?

Muitos autores se baseiam na dimensão da estrutura, em termos do número de resíduos de aminoácidos. Por exemplo:

n < 80 a 100 aminoácidos ⇒ cadeia peptídica n > 80 a 100 aminoácidos ⇒ cadeia protéica

Entretanto a distinção entre peptídeo e proteína deve se basear nas respectivas funções biológicas.

• Não há possibilidade de

ionização do grupamento que faz parte da ligação peptídica

• Os grupos amina e carboxila

terminais e os grupos

ionizáveis das cadeias laterais (grupos R) são os responsáveis pelas propriedades

ácido-básicas dos peptídeos.

C- terminal N-terminal CH₂ || || || COO -H N O || C O O O H N C C N H H N C CH₂ CH₂ COO -CH₂ CH₂ CH₂ NH₃ C C C C _C H H H H H H _CH 2 OH H-C OH CH₃ + N H+₃

(Glutamil lisil glicil seril treonina) GLU-L S-Y GLI-SER-THR

Hidrólise das ligações peptídicas



_{Enzimas proteolíticas}

• Tripsina - hidrolisa apenas as ligações peptídicas cujo grupo carboxila pertence a um resíduo de lisina ou arginina.

• Quimotripsina - hidrolisa apenas ligações peptídicas cujo grupo carboxila pertence a um resíduo de fenilalanina, triptofano ou tirosina.

• Pepsina - hidrolisa apenas as ligações peptídicas cujo grupo amino pertence a um resíduo de fenilalanina, triptofano, tirosina.

• Termolisina - hidrolisa apenas as ligações peptídicas cujo grupo amino pertence a um resíduo de leucina, isoleucina ou valina.

_{Hidrólise total}

_{: por fervura}

com ácido ou base forte ocorre

a hidrólise de todas as ligações

peptídicas.

_{Hidrólise seletiva}

_{: por certas}

enzimas proteolíticas.

A hidrólise ocorre nas ligações

peptídicas de aminoácidos

Exemplo de peptídeo hidrolisado por diferentes proteases

Tyr - Lys - Glu - Met - Leu - Gly - Arg - Ala - Gly

Tripsina (3 fragmentos) Tyr – Lys // Glu - Met - Leu - Gly – Arg // Ala – Gly

Quimotripsina (2 fragmentos) Tyr // Lys - Glu - Met - Leu - Gly - Arg - Ala – Gly

Termolisina (2 fragmentos) Tyr - Lys - Glu – Met // Leu - Gly - Arg - Ala - Gly



_{Método químico seletivo}

• Brometo de cianogênio - hidrolisa apenas ligações peptídicas cujo grupo carboxila pertence a um resíduo de metionina.

Determinação da seqüência de aminoácidos nos fragmentos de peptídeos

Método de degradação de Edman, conduzido em meio levemente alcalino, marca e remova o resíduo N-terminal

de peptídeos, deixando intactas as outras ligações peptídicas.

Após a remoção e identificação, por

cromatografia, do resíduo N-terminal, o novo resíduo N-terminal exposto pode ser marcado e removido pela repetição da mesma reação.

Arranjo tridimensional das cadeias polipeptídicas

C = C H COOH HOOC H

Ácido maléico (cis) Ácido fumárico (trans)

HOOC

C = C

H

H _COOH

 _{Centro quiral: ao redor do qual os grupos substituídos estão arranjados em uma}

seqüência determinada (configuração L ou D)

COOH | C | H - - NH₂ CH₃ D - alanina L - alanina COOH | CH₃ C | - H H₂N

-Para passar de uma configuração para a outra é necessário que ocorra um rompimento de ligação.

_{Configuração}

Arranjo espacial de uma molécula orgânica que é conferido pela presença de:

 _{Dupla ligação: ao redor das quais não há liberdade de rotação, o que determina as}

_{Conformação}

Arranjo espacial de grupos substituídos em moléculas orgânicas que podem assumir

várias posições espaciais, sem o rompimento de ligações devido à liberdade de rotação ao redor de ligações simples carbono-carbono.

Exemplo: etano Forma eclipsada Forma escalonada C H H H H H H C C H H H H H H C H H H C C H H _H H H H