aula aminoácidos

30/10/2012

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Professora: Roberta Schmatz Construídas a partir de um conjunto de 20 aa , ligados

em seqüências lineares características.

Polímeros de aminoácidos unidos por ligações covalentes

Proteínas

INTRODUÇÃO

- As proteínas são as macromoléculas biológicas mais

importantes que ocorrem em todas as células e em todas as partes das células;

- Milhares de espécies diferentes;

Pequenos peptídios à polímeros enormes;

Diversidade de funções biológicas;

São os instrumentos moleculares por meio dos quais a

informação genética é expressa ; TODAS constituídas pelo mesmo conjunto de 20

aminoácidos;

CARACTERÍSTICAS:

INTRODUÇÃO

As células podem produzir proteínas com propriedades e

atividades diferentes unindo os mesmos 20 aminoácidos em muitas combinações e sequências diferentes.

20 AMINOÁCIDOS

INTRODUÇÃO

Diferentes combinações e sequências formando diferentes proteínas

Enzimas Hormônios Transportadores Anticorpos

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Os resíduos de aminoácidos unem-se por um tipo de ligação covalente específica LIGAÇÃO PEPTÍDICA

PROTEÍNAS

20 aminoácidos:

1º-Asparagina 1806

20º -Treonina 1938

Nomes comuns e alguns derivados da fonte o qual foram

isolados

Asparagina aspargo

Glutamato glúten do trigo

Tirosina Tyros (queijo)

Glicina Glykos (sabor doce)

AMINOÁCIDOS

GRUPO CARBOXILA

GRUPO AMINA

Diferem nas suas cadeias laterais os Grupos R varia

em tamanho, carga elétrica e estrutura.

Influenciam na solubilidade do aminoácido em água

AMINOÁCIDOS

20 alfa- aminoácidos

http://osoldatuaalma.blogs.sapo.pt/arquivo/ricardo tavares.jpg

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Convenções para identificar os carbonos dos aminoácidos

•β, γ, δ, ε: usados para designar carbonos adicionais em um

grupo R.

•1, 2, 3, 4,5: numerados a partir de uma extremidade, dando

preferência ao carbono substituinte (de maior número atômico)

AMINOÁCIDOS

Abreviações de 3 letras

e símbolos de uma letra

que são usados como

sinais caligráficos para

indicar a composição e

a sequência dos

aminoácidos nas

proteínas.

CLASSIFICAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS

ENTRE OS 20 AMINOÁCIDOS CONHECIDOS

09 - ESSENCIAS – Obtenção através dos alimentos

11- NÃO ESSENCIAIS – As células produzem

Cα ligado a 4 grupos diferentes – exceto GLICINA – formando

CENTRO QUIRAL

AMINOÁCIDOS

Arranjo tetraédrico dos orbitais de ligação em volta do átomo Cα – Os 4

grupos diferentes podem ocupar dois arranjos espaciais únicos: Os aminoácidos tem dois possíveis estereoisômeros: formas D e L

Como são imagens especulares não superpostas um do outro são

chamados de ENANTIÔMEROS

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Nomenclatura para especificar a configuração absoluta dos quatro

substituintes do Cα: Sistema D,L – baseada na configuração do

açúcar de 3 C GLICERALDEÍDO – Convenção de Fischer.

AMINOÁCIDOS

-L-aminoácidos são aqueles com o grupo alfa-amino na esquerda, e D-aminoácidos possuem o grupo alfa-amino na direita.

Resíduos de aminoácidos nas proteínas são L

estereoisômeros.

Os resíduos D – aminoácidos têm sido encontrados

apenas em alguns poucos, geralmente pequenos

peptídeos

As células são capazes de sintetizar especificamente L

isômeros. Os sítios ativos das enzimas são assimétricos

e catalisam reações estereoespecíficas..

AMINOÁCIDOS

Classificação dos aminoácidos Conforme grupo R

AMINOÁCIDOS

Polaridade e tendência de interagir com a água em pH

biológico (pH 7,0) depende do grupamento R.

Grupos alifáticos

apolares

Aa apolares e

hidrofóbicos

Aa se agrupam dentro

das proteínas estabilizando

a estrutura por meio de

interações hidrofóbicas

Grupos Aromáticos Cadeias laterais não-

polares e hidrofóbicas .

Todos podem participar de

interações hidrofóbicas

Grupos Polares não

carregados

Mais solúveis em água( +

hidrofílicos), pois seus grupos funcionais fazem pontes de

hidrogênio com a água.

Grupo

amida

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Grupos carregados

positivamente (básicos)

São os mais hidrofílicos,

como também possuem carga positiva em pH 7,0

Grupos carregados

negativamente (ácidos)

Possuem carga negativa e pH

7,0

Aminoácidos incomuns também possuem funções

importantes

As proteínas podem conter resíduos criados pela modificação

de resíduos comuns já incorporados dentro de um polipeptídio.

• 4-hidroxiprolina – derivado da prolina e 5-hidroxilisina –

derivado da lisina: encontrados no colágeno

• 6-N-metil-lisina – constituinte da miosina

γ –carboxiglutamato – proteína de coagulação do sangue

• Desmiosina – derivado de 4 resíduos de lisina. Encontrado na

elastina

• Selenocisteína – introduzido durante a síntese de proteínas

em vez de ser criado por uma modificação pós sintética

AMINOÁCIDOS

Em solução, um aminoácido existe como um íon dipolar, ou

zwitterion;

AMINOÁCIDOS

Os aminoácidos podem atuar como ácidos e bases

Substâncias possuindo essa natureza dupla são anfóteras e

chamadas de anfólitos

Atua como um ácido

(doador de prótons)

Atua como uma base

(receptora de prótons)

Um aa simples, monocarboxílico e

monoamínico é um ácido diprótico, quando

totalmente protonado.

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Titulação ácido-base = remoção ou adição gradual de prótons.

Titulação de aminoácidos diprotonados Diagrama com dois estágios diferentes:

1º - pH baixo predomina espécie completamente protonada;

Ponto médio da titulação – Ponto de inflexão: completa remoção do primeiro próton e

início da remoção do segundo próton – Presença do íon dipolar Sem carga

elétrica líquida = Ponto isoelétrico (PI).

2º - pH alto predomina espécie desprotonada.

OBS:

pH designa a concentração de H+ em uma solução e pKa a tendência de um grupo

oferecer um próton.

Cada grupo ionizável apresenta um ponto de inflexão (pH=pKa).

Duas regiões de poder tamponante – resistem a mudanças de pH quando pequenas

quantidades de ácidos ou base são adicionadas.

Quanto mais distante o pH do seu PI, maior a carga elétrica líquida da população de

moléculas.

AMINOÁCIDOS AMINOÁCIDOS

Curva de titulação para

aminoácidos com grupos

R não-ionizáveis.

Curva de titulação da forma diprótica da glicina

1º - pH baixo predomina espécie

completamente protonada;

Ponto médio da titulação – Ponto de

inflexão: completa remoção do

primeiro próton e início da remoção

do segundo próton – Presença do íon

dipolar Sem carga elétrica líquida

= Ponto isoelétrico (PI).

2º - pH alto predomina espécie

desprotonada.

Aminoácidos com grupos R ionizáveis possuem curvas de titulação mais complexas, com três estágios de ionização possíveis GLUTAMATO

E HISTIDINA.

PIs refletem a natureza dos grupos R ionizantes.

Somente histidina possui grupo R (pKa = 6,0) com poder tamponante próximo ao pH neutro encontrado nos fluídos intra e extracelulares.

AMINOÁCIDOS

PEPTÍDEOS E PROTEÍNAS

Polímeros de aminoácidos Ocorrência biológica

Variam em tamanho de pequeno a grande( de 2

ou 3 até milhares de resíduos de aa).

aminoácido

(monômero)

Proteína (polímero)

COO C — H

R

H3N — +

a

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Dipeptídio é formado por dois aminoácidos unidos de forma

covalente por ligação amida substituída.

PEPTÍDIOS E PROTEÍNAS

LIGAÇÃO PEPTÍDICA

Remoção de elementos da água de um grupo α-carboxila de um

aminoácido e o grupo α- amino de outro.

Dipeptídio

Ligação

peptídica

Equilíbrio reação favorece aminoácido em vez do dipeptídio

Grupo carboxila deve ser quimicamente modificado ou

ativado de forma que o grupo hidroxila possa ser mais

facilmente eliminado.


Classificação:

Oligopeptídio- poucos aa;

Polipeptídio – muitos aa- PM-abaixo de 10000;

Proteínas- milhares de aa- PM acima de 10000.

Uma unidade de um aminoácido em uma proteína é chamado

de resíduo.


Resíduos

Terminais Amino ou

N-terminal

Carboxila ou

C-terminal

PENTAPEPTÍDEO Ligações

peptídicas nas proteínas são

bastante

estáveis- meia vida de 7 anos

sob a maioria

das condições

intracelulares

Peptídios contêm apenas os grupos α-amino e α-carboxila

livres nas extremidades Ionizam-se como os aminoácidos.

Grupos α-amino e α-carboxila não-terminais não se ionizam

Não contribuem para comportamento ácido-base total dos

peptídios.

Grupos R dos resíduos de aminoácidos podem se ionizar.


Peptídios possuem curvas de titulação características e um pH

isoelétrico onde eles não se movem em um campo elétrico.

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Peptídios podem ser distinguidos pelo seu

comportamento de ionização

Comportamento ácido-base pode ser predito pelo

seu grupo α-amino e α-carboxila livres bem como da

natureza e o número dos seus grupos R ionizáveis.

Da mesma forma que os AA livres, os peptídios

possuem curvas de titulação característica e um pH

isoelétrico (pI)


Mesmo os menores peptídios podem ter efeitos biológicos

importantes, como hormônios.

Aspartame-dipeptídio

Polipeptídeos menores ou oligopeptídios

Glucagon →29 aa

Corticotropina → 30 aa

Insulina → 2 cadeias (30 aa e a outra 21 aa)

Quanto longas são as cadeias polipeptídicas nas proteínas?


Nº aproximado de resíduos de aminoácidos em uma proteína

simples = peso molecular/110.

Peso molecular médio dos 20 aminoácidos = 138

predominam aminoácidos pequenos peso molecular próximo

a 128, menos 18 da perda de água = 110.

Algumas proteínas consistem de uma cadeia polipeptídica única,

outras chamadas SUBUNIDADES MÚLTIPLAS, possuem dois ou

mais cadeias polipeptídicas associados de forma não covalente

Proteína Oligomérica: pelo menos duas subunidades idênticas

Protômeros

Ex: Hemoglobina

-4 subunidades polipeptídicas

-2 cadeias alfa idênticas

-2 cadeias beta idênticas

Tetrâmero de 4

subunidades polipeptídicas ou um

dímero

de protômerosαβ.


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Os polipeptídios possuem

composição de aa

características.

A hidrólise de peptídios produz

uma mistura de α-

aminoácidos livres Cada

proteína produz uma

proporção de diferentes

aminoácidos.

Alguns aa podem ocorrer

apenas 1 vez ou mesmo

nenhuma; outros podem

ocorrer em grandes

quantidades.


Proteínas simples contém apenas resíduos de aminoácidos.

Proteínas conjugadas: além dos aa elas contêm

permanentemente associado outros componentes químicos.

Grupos prostéticos

-Lipoproteínas

-Glicoproteínas

-Metaloproteínas


Há 4 níveis de estrutura protéica:


Primária

• Ligações covalentes (peptídicas) unindo resíduos de aminoácidos em uma cadeia polipeptídica.

• Sua importância está na sequência dos aminoácidos.

Secundária

• Arranjos particularmente estáveis de resíduos de aminoácidos dando origem a padrões estruturais recorrentes.

Terciária

• Aspecto do enovelamento tridimensional de um polipeptídio.

Quaternária

• Arranjo no espaço de uma proteína com duas ou mais subunidades polipeptídicas.


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A estrutura primária de uma proteína determina como ela se

enovela em uma única estrutura tridimensional, e isso por

sua vez determina a função da proteína.

A sequência de aminoácidos não é absolutamente fixa 20

a 30% das proteínas nos humanos são polimórficas,

possuindo sequências de aminoácidos variantes.

Variações com pouco ou nenhum efeito na função

da proteína.

Há regiões cruciais na proteína que são essenciais para a

sua função e cuja sequência é conservada.

A ESTRUTURA COVALENTE DAS PROTEÍNAS

Diferentes sequências de aminoácidos

Diferentes estruturas

tridimensionais

Diferentes funções

Famílias protéicas que compartilham características

funcionais podem ser identificadas nas semelhanças da

sequência de aminoácidos.

Certas sequências de aminoácidos funcionam como sinais

que determinam a localização celular, modificação química e

meia-vida de uma proteína.

A ESTRUTURA COVALENTE DAS PROTEÍNAS

As sequências de aminoácidos divergem crescentemente à

medida que a distância evolucionária entre dois organismos

cresce.

As sequências de proteínas podem ser utilizadas para

rastrear a história biológica.

Os resíduos que são menos importantes para a função

protéica podem variar com o tempo Nem toda substituição

dos aminoácidos ocorre ao acaso.

Proteínas evoluem em velocidades diferentes.

Transferência gênica lateral: transferência rara de um gene

ou um grupo de genes de um organismo para outro.

SEQUÊNCIAS DE PROTEÍNAS E A EVOLUÇÃO

Proteínas homólogas ou homólogos: membros das famílias

de proteínas.

Parálogos: duas proteínas dentro de uma mesma família estão

presentes em uma mesma espécie.

Ortólogos: homólogos de espécies diferentes.

Os homólogos são identificados usando programas de

computadores.

Pesquisa eletrônica deslizamento de uma

sequência sobre a outra até boa concordância.

Quando dois segmentos não alinham-se “espaços”

programas incluem penalidades para cada espaço introduzido

diminui pontuação alinhamento global.

SEQUÊNCIAS DE PROTEÍNAS E A EVOLUÇÃO

Programa seleciona alinhamento com pontuação ótima

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Proteínas podem ser definidas como polímeros compostos de n unidades

monoméricas, os aminoácidos, ligados entre si por ligações peptídicas

A ligação peptídica ocorre entre o grupo

a-carboxila de um aminoácido e o grupo

a-amino de outro aminoácido.

Até 100 aminoácidos (10 kDa) peptídeo

Mais de 100 aminoácidos proteína

aminoácido

COO C — H

R

H3N — +

a

Fórmula geral de um a aminoácido:

os grupos amino e carboxila estão

no carbono a.

R – a cadeia lateral R diferencia os

aminoácidos entre si

(monômero)

Proteína (polímero)

um dipeptídeo

Aminoácido 1 Aminoácido 2

aula aminoácidos

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