Química de aminoácidos

(1)

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Grupamento amino

Grupamento carboxilato (ácido carboxílico)

Hidrogênio

Grupamento “R”, ou cadeia lateral

Essa parte é que define as propriedades cada aminoácido de acordo com suas características de estrutura, tamanho,

caga elétrica , solubilidade prolina

Exceção:

Química de aminoácidos

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Aminoácido: composto que contem um grupo amino e um grupo carboxíla, um hidrogênio e uma cadeia lateral, ligados a um carbono α.

α-aminoácidos são comumente descritos na forma não ionizada , embora o mais correto é na forma de zwiterion.

R- CH-COH N H₂

R- CH-CO^- N H₃ ⁺ unionized

form

zwitterion

O O

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Estereoisomeria de Aminoácidos

(5)

Os aminoácidos possuem (pelo menos) um carbono quiral

Estéreo isômeros

Ópticamente ativos,

isto é mudam o plano de polarização da luz polarizada (enantiomeros)

glicina Os aminoácidos utilizados nas proteínas são L-estereoisômeros

Exceção:

Centro quiral

A

B

C D

A B C D

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Grupos de Aminoácidos em proteínas

HIDROFÓBICOS NÃO POLARES

1. Alanina , Ala, A 2. Valina, Val, V

3. Fenilalanina, Fen, F 4. Metionina, Met,M 5. Prolina, Pro, P 6. Isoleucina, Ile,I 7. Leucina, Leu,L 8. Triptofano, Trp,W

POLARES

1. Serina, Ser,S 2. Treonina,Thr,T 3. Tirosina, Tyr,T 4. Cisteina,Cis,C 5. Asparagina,Asn,N 6. Glutamina,Gln,Q 7. Glicina,Gly,G

BASICOS

1. Lisina, Lys, K 2. Arginina,Arg,R 3. Histidina,His,H ACIDOS

1. Acido

Aspartico,Asp,D 2. Acido

Glutamico,Glu,E

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AMINOÁCIDOS NÃO POLARES

(HIDROFÓBICOS)

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AMINOÁCIDOS NÃO POLARES (HIDROFÓBICOS)

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AMINOÁCIDOS

POLARES SEM CARGA

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AMINOÁCIDOS

POLARES COM CARGA

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Apolares alifáticos

Alanina , valina, leucina e isoleucina tendem a se agrupar no interior das proteínas, estabilizando sua esrutura por meio de interações hidrofóbicas.

Metionina possui um grupamento tioéter apolar (contendo enxofre) na sua cadeia lateral.

Prolina: tem uma cadeia alifática ciclica na sua cadeia lateral. Sua amina secundária (imino) confere rigidez à região do polipeptídeo onde está presente.

Glicina: É o que tem a estrutura mais simples. Embora esteja classificada como apolar, sua cadeia lateral é muito pequena para contribuir com as

interações hidrofóbicas

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Polares não carregados

São mais hidrofílicos que os

aminoácidos apolares porque contém grupamentos funcionais capazes de fazer pontes de hidrogênio com a água.

A polaridade da serina e da treonina é devida ao seus grupamentos hidroxila (–OH).

A polaridade da cisteína é devida ao seu grupamentoa sulfidrila (-SH).

Os grupamentos amida conferem polaridade às cadeias laterais da asparagina e da glutamina

Asparagina e glutamina são amidas de outros dois aminoácidos também

encontrados em proteínas: aspartato e glutamato

Aspartato Glutamato

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Cisteína e Cistina

A cisteína é facilmente oxidada para formar um dímero através de uma ligação covalente do tipo dissulfeto . Esse dímero, que se chama cistína, é extremamente apolar .

As ligações dissulfeto tem um papel muito importante na estrutura de muitas proteínas formando ligações covalentes entre diferentes partes de uma molécula de proteína

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Aminoácidos aromáticos

São relativamente apolares (hidrofóbicos).

Os três podem participar de interações hidrofóbicas

O grupamento hidroxila da tirosina pode formar pontes de hidrogênio, é um importante

grupamento funcional no sítio catalítico de algumas enzimas.

Tirosina e triptofano são significativamente mais polares do que fenilalanina, devido a hidroxila fenólica da tirosina e ao nitrogênio indólico do triptofano

fenol

indol

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Grupamentos R com carga positiva (básicos)

Muito hidrofílicos

Apresentam carga elétrica positiva em pH fisiológico

Lisina contem uma amina primária

Arginina contém um grupamento guanidino Histidina contém um grupamento imidazol amina

guanidino

imidazol

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Grupamentos R com carga negativa (ácidos)

Possuem carga elétrica negativa em pH fisiológico.

carboxíla

Contém um grupamento carboxílico na cadeia lateral

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Os aminoácidos podem se comportar como

ácidos e como bases

Doador de H⁺

Aceptor de H⁺

Substância anfotérica,ou anfólito, ou anfiprótico

Propriedades ácido-básicas dos aminoácidos

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Curva de titulação da glicina

Dois patamares de tamponamento, um para cada grupamento ativo do ponto de vista ácido-base: uma amina e uma carboxila.

Em pH extremamente baixo temos a predominância da forma totalmente protonada

Em pH 2.34 ( pH =pKa temos a carboxila semititulada e quantidades equimolares das espécies negativa e neutra.

Em pH 5,97 a carboxila está totalmente titulada, a espécie zwiteriônica é a

predominante

Informações obtidas com a curva de titulação:

Dois patamares de tamponamento Valores de pK₁e pK₂

Espécies envolvidas e suas cargas elétricas

1+ 0 1-

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Curva de titulação do glutamato

1+ 0 1- 2-

Quantos patamares? R: três Quais os valores de pKs?

Quais as espécies (os estados de protonação do glutamato) envolvidas?

Quais as cargas líquidas de cada espécie?

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Propriedades químicas e convenções relacionadas aos aminoácidos

Código de Código de

três letrasCódigo Código uma letra

Peso Peso

molecular pK do pK do

carboxilatopK da pK da amina

pK da pK da cadeia lateral

!!!??

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Definições de pKa, pI e efeito tampão.

pKa – constante de dissociação de um grupo ionizável

Relacionado com o pH do meio, em que um grupo

ionizável de um aminoácido está 50% não dissociado e 50% dissociado.

pI – ponto isoelétrico

Relacionado com o pH do meio, em que um aminoácido está eletricamente neutro, na forma de zwitterion.

Efeito tampão

Capacidade de uma determinada molécula em manter o pH do meio, evitando oscilações bruscas de pH.

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Aminoácidos biologicamente ativos

Neurotransmissores

Glicina

GABA – derivado do glutamato

Serotonina e melatonina – der. triptofano Tiroxina – derivada da tirosina

Precursores de moléculas complexas - Nucleotídeos, heme…

Intermediários metabólicos - Sintese de ureía:

- arginina, citrulina e ornitina.

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Reações dos aminoácidos

Formação de ligação peptídica

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Oxidação da cisteína

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Peptídeos - Polipeptídeos

peptídeo: nome dado a um polímero curto de aminoácidos unidos por ligações peptídicas; estão classificados pelo número de aminoácidos na cadeia.

dipeptídeo: uma molécula contendo dois aminoácidos unidos por uma ligação peptídica.

tripeptídeo: uma molécula contendo três aminoácidos unidos por uma ligação peptídica.

polipeptídeo: uma macromolécula contendo muitos aminoácidos unidos por ligações peptídicas.

proteína: uma macromolécula biológica de alto peso molecula, formada por uma ou mais cadeias de polipeptídeos.

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Peptídeos são cadeias de aminoácidos

Dois aminoácidos podem se ligar covalentemente através de uma ligação peptídica (amarelo) pra formar um dipeptídeo

Essa ligação ocorre com a liberação de uma molécula de água.

Trata-se de uma reação de condensação Em condições bioquímicas padrão o equilíbrio está favorece a formação de aminoácidos em fez de dipeptídeos.

Mais aminoácidos podem ser adicionados de forma parecida formando tri-, tetra-, pentapeptídeos e assim por diante...

Para deslocar a reação no sentido de polimerização é nescessário ativar o ácido carboxílico.

As proteínas são polímeros lineares de centenas a milhares de aminoácidos

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Peptídeos e Proteínas

Ser–Gly–Tyr–Ala–Leu

Seril-glicil-tyrosil-alanil-leucina

A nomenclatura começa pela ponta amino-terminal, que é escrita à esquerda

Embora a hidrólise das ligações peptídicas seja uma reação exergônica (favorável termodinamicamente) ela ocorre lentamente devido à sua alta energia de ativação.

Isso quer dizer que as ligações peptídicas são bem estáveis, apresentam uma meia- vida de sete anos na maioria das condições fisiológicas.

Carboxi terminal Amino

terminal Ligações peptídicas Cadeias laterais

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Peptídeos

GSH – Glutationa

Tripeptídeo (γ-glutamil-cisteinilglicina)

Neuropeptídeo Y, galanina, colecistocinina Vasopressina (ADH)

Nove resíduos de aminoácidos

Encefalinas

Pentapeptídeos

Aspartame

Dipeptídeo sintético (aspartil-fenilalanina)

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Proteínas

Funções gerais:

Catálise: Enzimas

Transporte: Hemoglobina; albumina Armazenamento: mioglobina

Proteção imune: anticorpos

Regulação metabólica: insulina, glucagon Movimento: actina e miosina

Estrutural: colágeno

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Classificação das Proteínas

FORMA

GLOBULARES : Citosol- Membranas- Fluidos Extracelulares FIBROSAS : Citosol – Matriz Extracelular

TIPO

SIMPLES : formadas exclusivamente por aminoácidos

COMPLEXAS : presença de metais e outros grupos químicos além de aa.

COMPLEXOS COM OUTRAS MOLÉCULAS

GLICOPROTEINAS E PROTEOGLICANOS: Membranas Sanguíneas – Matriz Extracelular

LIPOPROTEINAS: Sangue – Linfa

NUCLEOPROTEINAS: Citosol – Núcleos Celulares

METALOPROTEINAS: Citosol- Núcleos Celulares – Fluidos Extracelulares

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Natureza das Proteínas

Estrutura: polipeptídeos são lineares não ramificados, polímeros constituidos pela combinação de 20 aa.

Tamanho: número de aa varia de 50 a > 38000. A massa destas moléculas varia entre 6 a 4200 kda

Organização: proteínas complexas podem consistir de polipeptídeos idênticos ou mesclas de muitos polipeptídeos diferentes.

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Tamanho das Proteínas

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Tamanho das Proteínas

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Estrutura das proteínas

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Estrutura das proteínas

Estrutura primária

Sequência específica de aminoácidos

Descreve o número de aminoácidos, a sequência e localização.

Ribonuclease A de pâncreas bovino.

Contém 124 resíduos de aminoácidos.

4 pontes de dissulfeto intracadeia

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Estrutura das proteínas

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Estrutura secundária – α hélice

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Estrutura secundária – α hélice

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Estrutura secundária – α hélice

Curva da hélice se dobra para a direita

Estão dispostos 3,6 aminoácidos por cada volta.

A distância de repetição é de 5,4 A⁰.

Cada ligação peptídica é trans e planar.

grupo C=O de cada ligação peptídica está unido por H à ligação N-H do quarto resíduo seguinte.

C=O----H-N pontes de hidrogênio são paralelas ao eixo da hélice.

Todos os grupos R direcionam-se para fora de hélice.

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Estrutura secundária – α hélice

Varios fatores podem interferir com a αααα-hélice

prolina cria uma dobra devido:

(1) rotação restringida devido a sua estructura cíclica (2) seu grupo αααα-amino, não tem N-H para formar uma ponte de H

Forte repulsão eletrostática causada pela

proximidade de várias cadeias laterais de mesma carga. Ex. Lys e Arg ou Glu e Asp

Interferência estérica produzida pela

proximidade de cadeias laterais volumosas. Ex.

Val, Ile, Thr

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Estrutura secundária–β Folha pregueada

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β Folha pregueada

Cadeias de polipeptídeos adjacentes uma a outra; podem ser paralelas ou antiparalelas

grupos R se alternam, primeiro sobre e depois abaixo do plano da lâmina

cada ligação peptídica é trans e planar grupos C=O e N-H de cada ligação peptídica são perpendiculares ao eixo da lâmina.

Pontes de hidrogênio C=O---H-N estão entre lâminas adjacentes e perpendiculares a direção da lâmina.

(45)

β Folha pregueada

Paralela

Antiparalela

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ββββ - Folha preguada αααα - Hélices

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Estrutura terciária

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Modelos da mioglobina mostrando: a) os diversos trechos em alfa- hélice (representados por espirais), alternados por segmentos

desenrolados; b) os dobramentos da cadeia da mioglobina, onde as esferas representam o carbono α dos resíduos de aminoácidos. A cadeia

polipeptídica liga-se ao grupo heme — vermelho em (a) e preto em (b)

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Interações que estabilizam a estrutura terciária tridimensional

Forças covalentes

Pontes de dissulfeto

Forças não-covalentes

Interações hidrofóbicas

Interações eletrostáticas (iônicas) Pontes de hidrogênio

Forças de van der Walls

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Pontes de hidrogênio

Pontes dissufeto Interações hidrofóbicas

Interações eltroestáticas

As cadeias laterais dos aminoácidos determinam o

enovelamento das

proteínas

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Estrutura quaternária

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Desnaturação protéica

Ácidos e bases fortes Solventes orgânicos Detergentes

Agentes redutores Concentração de sais Íons de metais pesados

Alterações na temperatura Estresse mecânico

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Proteínas fibrosas

Colágeno

-Pouco solúvel em água;

- Tripla hélice estabilizada por pontes de hidrogênio.

- Sequência repetida de glicina, prolina e hidroxiprolina.

-Ligações cruzadas covalentes de alisinas aumentam a resistência tensional.

-A formação de hidroxiprolina e hidroxilisina requer vitamina C.

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Proteínas globulares

Mioglobina

-Uma única cadeia polipeptídica de 153 resíduos de aminoácidos.

-Um grupo prostético heme.

-Elevada solubilidade.

-Superfície da molécula é polar e seu interior é apolar (exceto 2 resíduos de histidinas).

-Composta por 8 α-hélices.

-A ocorrência de prolina interrompe as ^α-hélices.

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Hemoglobina

-Proteína tetramérica

-Quatro cadeias polipeptídicas:

2 α (142 resíduos) e 2 β (146 resíduos) estabilizadas por ligações não covalentes.

- Cada cadeia contêm um grupo heme.

- Estruturas primárias da hemoglobina diferem

significativamente da mioglobina.

- As conformações secundárias e terciárias são bastante

semelhantes.

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(60)

Curva de ligação da mioglobina e hemoglobina pelo oxigênio

(61)

Efeito do 2,3 difosfoglicerato sobre a ligação do oxigênio à hemoglobina

(62)

(63)

Efeito de Bohr

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Hemoglobinopatias

Hemoglobinopatias estruturais:

Defeitos genéticos em que há troca de aminoácidos na sequência das cadeias globínicas da hemoglobina.

Hemoglobina S (Anemia falciforme)

Glutamato (polar) é substituído por valina (apolar) na posição 6.

SUBSTITUIÇÃO NÃO CONSERVATIVA.

Talassemias:

Defeitos genéticos em que há redução da síntese de uma ou mais cadeias globínicas.

Persistência hereditária da hemoglobina fetal.