aminoácidos e peptídeos
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Aminoácidos e Peptídeos. I. AMINOÁCIDOS E PROTEÍNAS. Sergio A. Yoshioka. Reflexões I. Reflexões II. Reflexões III. Aminoácidos. Aminoácido: um composto orgânico que contém ambos um grupo amino e um ácido: -Aminoácido : um aminoácido no qual o amino grupo é adjacente ao grupo carboxila; - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Aminoácidos e Aminoácidos e PeptídeosPeptídeos
Sergio A. Yoshioka
I. AMINOÁCIDOS E PROTEÍNASI. AMINOÁCIDOS E PROTEÍNAS
Reflexões IReflexões I
Reflexões IIReflexões II
Reflexões IIIReflexões III
AminoácidosAminoácidos
• Aminoácido: Aminoácido: um composto orgânico que contém ambos
um grupo amino e um ácido:
• -Aminoácido-Aminoácido:: um aminoácido no qual o amino grupo
é adjacente ao grupo carboxila;
• no entanto -aminoácidos são escritos geralmente na
forma não ionizada, podem também ser escritos na
forma de zwitterion zwitterion (sal interno, anfótero)
R-CH-COH
NH2
R-CH-CO-
NH3+
unionizedform
zwitterion
O O
Propriedades dos AminoácidosPropriedades dos Aminoácidos
• Ponto de fusão: Ponto de fusão: baixo em comparação aos sais
inorgânicos, geralmente ocorre decomposição do a.a.
antes da sua fusão;
• SolubilidadeSolubilidade: solúveis em água, dependendo da sua
cadeia lateral;
• Reatividade: Reatividade: reagem normalmente com os grupos
funcionais dos ácidos carboxílicos e amínicos primários
ou secundários, existem ainda os grupos laterais;
• Isomeria ótica e desvio do ângulo de luz polarizada.Isomeria ótica e desvio do ângulo de luz polarizada.
Quiralidade dos AminoácidosQuiralidade dos Aminoácidos• Com exceção da glicina, todos outros aminoácidos
derivados de proteínas têm no mínimo um centro
assimétrico (carbono ) r que são quirais:
• uma vasta maioria dos - aminoácidos possuem carbono
na configuração L
H NH3+
COO-
CH3
+H3N H
COO-
CH3
D-Alanine L-Alanine
(Fischer projections)
Quiralidade dos AminoácidosQuiralidade dos Aminoácidos
• Comparação da estereoquímica da alanina e gliceraldeído (fórmulas de projeção de Fischer)
H NH3+
COO-
CH3
+H3N H
COO-
CH3
D-Alanine L-Alanine
H OH
CHO
CH2OH
HO H
CHO
CH2OH
D-Glyceraldehyde L-Glyceraldehyde
the naturally occurring form
the naturally occurring form
(Pro)(Asn) (Gln)
(Ser) (Pro)
(Leu)
(Ala)(Gly)(Val)
(Ile)(Met)
(Phe) (Tyr) (Trp)
(Lys) (Arg) (His)
(Asp) (Glu)
20 AA derivados de Proteínas20 AA derivados de Proteínas
• Note as características destas estruturas:
1. Todos os 20 são -aminoácidos;
2. Para 19 dos 20, o -amino grupo é primário; para prolina é
secundário;
3. Com exceção da glicina, o carbono de cada um éum centro
assimétrico;
4. Isoleucina e treonina contém um segundo centro assimétrico;
5. O grupo sulfidrila (pKa 8,3) da cisteína, o grupo imidazol (pKa
6,0) da histidina e a hidroxila fenólica (pKa 10,1) da fenilalanina
são parcialmente ionizados à pH 7,0, mas a forma iônica não é a
principal forma neste pH.
Aminoácidos IncomunsAminoácidos Incomuns
• Cada exemplo é derivado de um aminoácido comum pela modificação mostrado colorido:
• hidroxilisina e hidroxiprolina são encontradas somente em poucos tecidos conectivos tais como o colágeno;
• tiroxina é encontrada somente na glândula tireóide
+H3N
NH3+
COO-OH
Hydroxylysine
N COO-
HO
HHHydroxyproline
NH3+
COO-O
II
I
HO
IThyroxine
+
Prolina um aminoácido muito “especial”Prolina um aminoácido muito “especial”
Espectroscopia no ultravioletaEspectroscopia no ultravioleta
Quantificação de proteínas por expectrofotometria no UV
Ionização de AminoácidosIonização de Aminoácidos
+H3N COOHpKa = 2.34
+H3N COO- H2N COO-pKa = 9.69
+1 charge 0 charge -1 charge
Isoelectric zwitterion
+H3N COOH
+2 charge
NNH
H
pKa = 1.82
+H3N COO-
+1 charge
NNH
H
pKa = 6.04
+H3N COO-
0 charge
NNH
pKa = 9.17H2N COO-
-1 charge
NNH
Isoelectric zwitterion
+ +
Titulação da alanina com NaOHTitulação da alanina com NaOH
Acidez: Grupos Acidez: Grupos -COOH-COOH
• O valor médio de pKa de um grupo -carboxílico é de 2,19, que o faz então mais ácido do que o ácido acético (pKa 4,75)
• a maior acidez do grupo carboxílico de aminoácido é devido ao efeito indutivo retirante de elétrons do grupo -NH3
+
Este íon amônio tem efeito
indutivo de retirar elétrons +
pKa = 2,19
NH3+NH3
+RCHCOO-RCHCOOH H3O
+H2O+
Acidez: Grupos Acidez: Grupos -NH-NH33++
• O valor médio de pKa para um grupo -NH3+ é 9,47,
comparado com o valor de 10,76 para um íon
alquilamônio secundário
+pKa = 9.47
NH3+ NH2
RCHCOO- RCHCOO
-+ H2O H3O
+
pKa = 10.76
NH3+ NH2
CH3CHCH3 CH3CHCH3 + H3O+
+ H2O
Basicidade: Grupo GuanidinoBasicidade: Grupo Guanidino
• A cadeia lateral da Arg é uma base consideravelmente mais forte do que uma amina alifática:• basicidade do grupo guanidínico é atribuído a grande
estabilização de ressonância da forma protonada relativa a forma neutra:
+
pKa = 12.48
C
NH2+
CRNH
NH2+
NH2
NH2
RNH CRNH
NH2
NH2
CRN
NH2
NH2
+ H3O+H2O :
:
:
::
:
:
:
Basicidade: Grupo ImidazolBasicidade: Grupo Imidazol
• O grupo imidazol na cadeia lateral é uma amina
aromática heterocíclica:
+
Este par sozinho não faz parte o
sexteto aromático; é um receptor de
próton
pKa 6,04
NH
NH3+
NH
CH2 CHCOO-
NH3+
NH
CH2 CHCOO-
N
+ H3O+
H2O
N
N
H
H +
CH2 CHCOO-
NH3+
:
:
::
Ionização vs pHIonização vs pH
• Dado o valor de pKa de cada grupo funcional, nós podemos
calcular a proporção de cada ácido ao seu conjugado como
função do pH
• Consideremos a ionização de um -COOH:
escrevendo a constante de ionização e rearranjando os
termos temos:
[-COOH]
[-COO-]Ka =
[H3O+]=
Ka
[-COOH]
[-COO-]
[H3O+]or
pKa = 2.00COO
-COOH + H3O++ H2O
Ionização vs pHIonização vs pH
• Substituindo o valor de Ka (1 x 10-2) para a concentração
íon hidrogênio a pH 7,0 (1.0 x 10-7) temos:
à pH 7,0, o grupo carboxílico está virtualmente 100% na forma ionizada ou base conjugada e tem uma carga total de -1;
• podemos repetir este cálculo em qualquer pH e determinar a proporção de [-COO-] ao [-COOH] e a carga total no -carboxílico naquele pH. Podemos também calcular a
proporção do ácido à base conjugada do grupo -NH3+,
para este cálculo, assumimos o valor de 10.0 para pKa:
=Ka
[-COOH]
[-COO-]
[H3O+]
= 1.00 x 105
1.00 x 10-7
1.00 x 10-2
=
Ionização vs pHIonização vs pH
escrevendo a constante de ionização e rearranjando temos:
[-NH2]
[-NH3+]
Ka=[H3O+]
+pKa = 10.00
NH2NH3+
H3O++ H2O
• Substituindo os valores de Ka de um grupo -NH3+ e a
concentração do íon hidrogênio a pH 7,0 temos:
a pH7,0, a proporção de -NH2 ao -NH3 + é
aproximadamente 1 para 1000;• neste pH, um grupo -amino está 99,9% na forma ácida
ou protonada e tem uma carga de +1.
[-NH2]
[-NH3+]
Ka=[H3O+]
=1.00 x 10-10
1.00 x 10-7= 1.00 x 10-3
Henderson-HasselbalchHenderson-Hasselbalch
• Podemos calcular a proporção do ácido e a sua base
conjugada para um grupo -carboxílico e um grupo -
amino à pH 7,0 ou para qualquer ácido fraco e sua base
conjugada à qualquer pH usando a equação de Henderson-
Hasselbalch
[weak acid]
[conjugate base]log=pH pKa +
• Usando a equação de Henderson-Hasselbalch, podemos
calcular a percentual da forma carregada e neutra
presente e a carga total na serina a pH 3,0, 7,0 e 10,0
+ +
pH 3.0 pH 7.0 pH 10.0Net charge +1 Net charge 0 Net charge -1
100% 86% 99% 100% 88% 100%
CH2OH CH2OH CH2OH
H3 N-CH-C-OH H3 N-CH-C-O-
H2 N-CH-C-O-
O O O
pH IsoelétricopH Isoelétrico
• pH Isoelétrico, pI:pH Isoelétrico, pI: pH no qual a maioria das moléculas de um composto em solução não possui carga:
• o pI da glicina, por exemplo, fica entre os valores de pKa dos grupos carboxílico e amino (dois grupos):
pI = 12 (pKa COOH + pKa NH3+)
= 21 (2.35 + 9.78) = 6.06
pH IsoelétricopH Isoelétrico• o pI do ácido glutâmico???
-COOH
Ka1
2,19
β-COOH
α–NH3
Glu
Ka2
4,25Ka3
9,67
2,19 4,25 9,67
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
0 0 0 0 0 0+ + + + + + + + + + + + + + + +
10 0 00+ + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
-
pI = 2,19 + 4,25 = 3,5
2
pI 14
+
pKa, pI dos aminoácidos neutrospKa, pI dos aminoácidos neutros
-COOH
6,02
5,41
5,65
5,97
6,02
6,02
5,74
5,48
6,30
5,68
6,53
5,89
5,97
pKa dopI
----
----
--------
------------
----
----
----
----
--------
valina 2,32 9,62
triptofano 2,38 9,39
10,432,63treonina
serina 2,21 9,15
10,601,99prolina
fenilalanina 1,83 9,13
9,212,28metionina
9,682,36leucina
isoleucina 2,36 9,68
glicina 2,34 9,60
9,132,17glutamina
8,802,02asparagina
9,692,34alanina
cadeia lateral
Cadeia lateral
polar e apolarpKa do pKa da-NH3
+
pKa, pI dos aminoácidos ácidos e básicospKa, pI dos aminoácidos ácidos e básicos
10,76
2,98
5,02
3,08
7,64
9,74
5,63
pI
10,079,112,20tirosina
lisina 2,18 8,95 10,53
6,109,181,77histidina
Ácido glutâmico 2,10 9,47 4,07
8,0010,252,05cisteína
Ácido aspártico 2,10 9,82 3,86
arginina 2,01 9,04 12,48
Ácidas
Cadeias Laterais
Básicas pI
Cadeias Laterais
-COOH
pKa do pKa do-NH3
+
-COOH
pKa do pKa do-NH3
+
cadeia lateral
pKa da
cadeia lateral
pKa da
pH IsoelétricopH Isoelétrico•Proteínas ou aminoácidos
- - - - - - - - - - - - - - - - - His
7,641+ + + + + + + + + + +
pI14
0
Caseína do leite
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
4,601+ + + + + + + +
pI14
0
Solução de Proteína ou aminoácido com pH à esquerda do pI possui carga positiva e com pH à
direita do pI possui carga negativa.
Aminoácidos ExóticosAminoácidos Exóticos e e FantasiososFantasiosos
CH2CH(CH3)3N+
CH2COO-
OH
Carnitina (4trimetilamino3-hidroxibutirato)
+H3N
NH3+
COO-OH
Hydroxylysine
N COO-
HO
HHHydroxyproline
NH3+
COO-O
II
I
HO
IThyroxine
+
PolipeptídeosPolipeptídeos
• Em 1902, Emil Fischer propôs que proteínas são cadeias
longas de -aminoácidos unidos por ligações amídicas para
os quais ele deu o nome de ligações peptídicas:
• Ligação peptídica:Ligação peptídica: nome especial dado as ligações
amídicas entre os grupos -carboxílico de um aminoácido e
um -amino de outro aminoácido.
Serilalanina (Ser-Ala)Serilalanina (Ser-Ala)
+
Alanine (Ala)Serine (Ser)
H3NO-
HHOH2C
O
H3N O-
H CH3
O
H3NN
HHOH2C
O H CH3
O
O-
H
++
+
peptide bond
Serylalanine (Ser-Ala)
PeptídeosPeptídeos
• peptídeopeptídeo: o nome dado para um pequeno polímero de aminoácidos unidos por ligações peptídicas:
• dipeptídeodipeptídeo: uma molécula contendo dois aminoácidos unidos pela ligação peptídica;
• tripeptídeotripeptídeo: uma molécula contendo três aminoácidos unidos pelas ligações peptídicas;
• polipeptídeopolipeptídeo: uma molécula contendo muitos aminoácidos unidos pelas ligações peptídicas
• proteínaproteína: uma macromolécula biológica de massa molecular de 5000 g/mol ou mais, consistindo de uma ou mais cadeias polipeptídicas.
Escrevendo PeptídeosEscrevendo Peptídeos
• Por convenção, os peptídeos são escritos da esquerda, começando com o grupo -NH3
+ livre e terminando com o grupo -COO- livre• o modelo repetido, começando do N-terminal, é N --->
-carbono ---> carbonila .... etc.
+H3N
OH
NH
O
HN
O-
OO C-terminalamino acid
N-terminalamino acid
Ser-Met-Asn O
NH2
S
peptidebonds
Alguns Peptídeos PequenosAlguns Peptídeos Pequenos
-Alanyl-L-histidine (Carnosine)
L-Aspartyl-L-phenylalanine methyl ester(Aspartame)
H3N-CH-C-NH-CH-C-OCH3
O
CH2CH2
C6H5COO-
O+H3N-CH2-CH2-C-NH-CH-COO-
O
CH2
N
NH
+
GlutationaGlutationa
Glutathione, GSH(reduced form)
Glutathione, GS-SG(oxidized form)
2e- oxidation
2e- reduction
A disulfide bond
O O
HN
NH3+
-O
SH
NH O
OO-
O O
HN
NH3+
-O
S
NH O
OO-
O O
NHNH3
+
-O
SHN
O
OO-
EncefalinasEncefalinas
Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu = Y-G-G-F-LLeucine enkephalin
Tyr-Gly-Gly-Phe-Met = Y-G-G-F-MMethionine enkephalin
Oxitocina & VasopressinaOxitocina & Vasopressina
H3N-Cys-Tyr-Ile
S GlnS
Pro-Leu-Gly-C-NH2
O
+
Oxytocin
Cys-Asn
H3N-Cys-Tyr-Phe
S GlnS
Pro-Arg-Gly-C-NH2
O
+
Cys-Asn
Vasopressin
Fenilcetonúria (PKU)Fenilcetonúria (PKU)
NH 3+
COO -
fenilalanina
O
COO -
Fenilpiruvato(fenilcetona)
transaminação redução
OH
COO -
Fenilactato
COO -Descarboxilação oxidativa + CO 2
Fenilacetate
NH 3+
COO -
TirosinaHO
Oxidação
A deficiência da enzima que catalisa esta reação leva o
acúmulo da fenipiruvato