Proteínas

• As proteínas são os compostosorgânicos mais abundantes dos organismos vivos (~50% do peso sêco)

•As proteínas desempenham umamultiplicidade de papeis estruturais e funcionais, tais como: enzimas, transporte, armazenamento, reconhecimento, defesa, estrutura, locomoção, produção de luz, etc...

• As proteínas são polímeros lineares dos 20 aminoácidos, cuja sequência resulta datradução do gene correspondente

• Cada proteína apresenta geralmenteuma estrutura tridimensional bem definida, determinada pela sequência dos seusaminoácidos

“As proteínas são o centro da acção em

todos os processos biológicos.”

Voet & Voet “Biochemistry”

Transporte de oxigénio

Produção de luz

Função estrutural

Funções das proteínas

Proteínas

• Elementos constitutivos das proteínas: C (50%), O(23%), N(16%), H(7%), S (0-3%).

• As proteínas são polímeros lineares dos 20 aminoácidos, ligados entre si porligações peptídicas

• As proteínas são sintetizadas nosribossomas

• Os 20 aminoácidos podem sofrermodificações após a síntese ribossomaldas proteínas

• À cadeia de aminoácidos podemencontrar-se ligados, covalentemente ounão, um ou mais grupos prostéticos, quenão são formados por aminoácidos.

• A proteína funcional pode ser constituidapor uma associação de várias cadeiaspolipetídicas

Diversidade de funções das proteínas

Classe funcional Exemplo

Enzimas Lisozima, catalase,tripsina

Proteínas estruturais Colagénio, queratina

Proteínas detransporte

Hemoglobina,lipoproteínas

Proteínas de reserva Albumina, caseína

Proteínas deprotecção

Anticorpos,complemento

Proteínas demotilidade

Actina, miosina,dineína

Hormonas Insulina, hormona docrescimento

Proteínas redox Citocromos,ferredoxina

Toxinas Toxina da difteria,venenos de cobra

Aminoácidos

As proteínas são polímeros lineares de aminoácidos, em que cada aminoácido está ligado ao próxima porum tipo especial de ligação covalente (ligaçãopeptídica).

20 aminoácidos são geralmente encontrados nasproteínas.

O primieiro aminoácido a ser descoberto foi a asparagina (do espargo, asparagus), em 1806. O último a ser descoberto foi a treonina, 1938.

Fórmula geral de um α-aminoácido

Nomenclatura dos carbonos da cadeia lateral

Cadeia lateral

Grupocarbóxilo

Carbono α

Grupoamina

Lisina

Quiralidade dos aminoácidos

O carbon α dos α-aminoácidos é um centroquiral, porque se encontra ligado a 4 gruposdiferentes. Isto significa que a imagem no espelho de um α-aminoácido é distinta do original. Moléculas com esta propriedadedenominam-se enantiómeros:

L-α-aminoácido

Espelho

Formas de representação de enantiómeros

A nomenclature L, D é baseadana estrutura do gliceraldeído

As proteínas são constituídas por L-aminoácidos!

Propriedades dos aminoácidos

Os aminoácidos podem ser classificadosde acordo com o seu grupo lateral R

Classificação dos aminoácidos

• Grupos R não-polares (alifáticos): os aminoácidosalanina, valina, leucina e isoleucina estabilizam a estruturas das proteínas através do efeito hidrofóbico. O aminoácido glicina é o aminoácido mais pequeno. A metionina é um dos dois únicos aminoácidos contendoenxofre. A prolina é, de facto, um iminoácido.

• Grupos R aromáticos: a fenilalanina, tirosina e triptofano têm cadeias laterais aromáticas e sãorelativamente hidrofóbicos. A tirosina e o triptofano sãorelativamente mais polares que a fenilalanina, poispossuem átomos polares. A absorvância característicadas proteínas a 280 nm (ultravioleta) é resultado das cadeias laterais do triptofano e tirosina e, em menorgrau, da fenilalanina.

• Grupos R polares, não carregados: estes grupossão mais solúveis em água (hidrofílicos), devido àpresença de grupos polares capazes de formar ligaçõesde hidrogénio com a água. Incluem a serina, a treonina, a asparagina, glutamina e cisteína. A cadeia lateral dacisteína pode formar pontes de dissulfureto com outracadeia do mesmo aminoácido.

• Grupos R carregados positivamente: os resíduosmais hidrofílicos são aqueles que se encontramionizados a pH 7. Os aminoácidos lisina e arginina sãobásicos (pKa > 7) e carregados positivamente a pH 7. O aminoácido histidina tem um pKa próxima de 7, podendoperder ou ganhar facilmente um protão a pH fisiológico.

• Grupos R carregados negativamente: osaminoácidos aspartato e glutamato são ácidos (pKa <7) e carregados negativamente a pH 7.0

Mecanismo de formação depontes de dissulfureto

Absorvância dos resíduosaromáticos no ultravioleta

As proteínas podem conter aminoácidosmodificados

Este aminoácidos resultam de modificações dos 20 aminoácidos após a síntese proteíca, e desempenham papeis muito importantes emdiferentes proteínas.

A selenocisteína é um caso especial, porque écodificada geneticamente e inserida durante a sínteseproteíca em alguns microorganismos.

Colagénio

Miosina

Prototrombina

Elastina

Colagénio

Os aminoácidos podem funcionarcomo ácidos e bases

Formanão-iónica

Formazwitteriónica

Zwitterião - molécula neutra mas quecontém cargas positivas e negativas

Curva de titulação da glicina

As curvas de titulação permitemprever a carga dos aminoácidos

A curva de titulação dos aminoácidos está relacionadocom a sua carga total. No ponto de inflexão entre osdois patamares da curva de titulação (pH=5.97), a glicina encontra-se na predominantemente na forma totalmente ionizada, mas a sua carga total é zero. O pH a que a carga total é zero tem o nome de pontoisoeléctrico (pI). Para um aminoácido diprótico, o pIpode ser calculado como:

pI = (pK1+pK2)/2 = (2.34+9.60)/2 = 5.97

A glicina tem carga total positiva a qualquer pontoabaixo do seu pI, e carga total negativa a qualquerponto acima do seu pI.

pI = (pK1+pK2)/2

O ambiente químico dos aminoácidosafecta os valores de pKa

Os aminoácidos têm diferentespropriedades ácido-base

pI = 3.22

pI = 7.59

Péptidos e proteínas

Os péptidos e proteínas são polímeros de aminoácidos. O seu tamanho pode variar desde doisaté milhares de resíduos de aminoácido.

Ligação entre os grupos amina e carbóxilo de doisaminoácidos, com eliminação de uma molécula de água:

Ligação peptídica

Normalmente usa-se o termo oligopéptido parapéptidos com poucos aminoácidos, polipéptido parapolímeros até ~100 resíduos, e proteína parasequências mais longas. No entanto não há umadefinição rigorosa destes termos!

Ligação peptídica

Cadeia principal

Resíduos de aminoácido

A polimerização dos aminoácidos dá-se atravésda formação de ligações peptídicas, poreliminação de uma molécula de água entre osterminais amino e carboxilo de cada par de aminoácidos.

Formação de um dipéptido Ligação peptídica

Estrutura de uma cadeia polipeptídica

Terminal amina(N-terminal)

Terminal carbóxilo(C-terminal)

Pentapéptido serilgliciltirosilalanilleucina:

Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu

Alanilglutamilglicillisina

As cadeias polipeptídicas leêm-se de N para C !

Os péptidos biologicamente activosapresentam uma grande variedade

de dimensões

Exemplo de dipéptido biologicamente activo:

Os polipéptidos tem uma composiçãocaracterística

A mistura de aminoácidos que se obtém apóshidrólise de uma proteína tem uma composiçãobem definida e constante para cada tipo de proteína:

As proteínas podem conter gruposquímicos não-aminoacídicos

Enquanto muitas proteínas, como a lisozima ou a ribonuclease, contêm apenas resíduos de aminoácidosna sua composição (proteínas simples), existem outrasque estão permanentement associados a outros gruposquímicos (grupos prostéticos), normalmente essenciaispara a sua função. A mioglobina, por exemplo, encontra-se associada a um grupo hémico, essencial para o tranposrte de oxigénio. A ligação ao grupo prostético pode ser ou não covalente.A este último tipo de proteínas dá-se o nome de proteínas conjugadas.