A Bioqumica das Protena polmero Aminocido 1 Aminocido

A Bioquímica das Proteína (polímero) Aminoácido 1 Aminoácido 2 (monômero) aminoácido COO + H 3 N — C — H R 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 um dipeptídeo A ligação peptídica ocorre entre o grupo a-carboxila de um aminoácido e o grupo a-amino de outro aminoácido. Até 100 aminoácidos (10 k. Da) Mais de 100 aminoácidos peptídeo proteína

COO + H 3 N — C — H Aminoácidos proteicos são L- a - aminoácidos R O Carbono a é assimétrico, ou seja, tem 4 ligantes diferentes Essa propriedade define o Ca como um centro quiral e confere propriedades ópticas às moléculas. Existem 2 isômeros ópticos do Ca: formas L e D • são enantiômeros (imagens especulares) um do outro • não são interconversíveis sem quebra de laços covalentes L- e D-isômeros de gliceraldeído (um açucar) e do aminoácido alanina

COO Isomeria óptica + H 3 N — C — H Substâncias ópticamente ativas (possuem C quirais) interagem com a luz polarizada, girando o plano da luz para esquerda (levógiros) ou para a direita (dextrógiros) R D-Aminoácidos ocorrem em peptídeos antibióticos L-a-aminoácido Essa propriedade foi inicialmente descoberta para ácidos orgânicos e açúcares, com vários C quirais. 4. Observador gira a escala até coincidir com a luz emergente, para determinar o desvio + - 1. Um plano de luz é selecionado Levógiro: indicado por ( - ) giro da luz para esquerda Dextrógiro: indicado por ( + ) giro da luz para direita Proteínas naturais possuem somente L-aminoácidos Filtro polarizador Fonte de luz 2. Solução de substância opticamente ativa causa rotação do plano da luz polarizada 3. Plano da luz que emerge da solução foi desviado para a esquerda ou para a direita pela substância em solução Um polarímetro

Aminoácidos protéicos são determinados geneticamente: código genético Cadeia lateral amino os aminoácidos se diferenciam entre si quanto ao tipo de cadeia lateral, ou grupo radical R, que apresentam. carboxila Existem 20 aminoácidos que ocorrem naturalmente em proteínas de todos os tipos de organismos, e que são determinados por códons específicos (triplets de nucleotídeos) no material genético dos seres vivos.

Aminoácidos básicos Ácido Aspártico (Asp – D) Lisina (Lys – K) Histidina (His – H) Arginina (Arg – R) Os aminoácidos protéicos são classificados de acordo com as propriedades de suas cadeias laterais Alanina (Ala – A) Valina (Val – V) Aminoácidos polares neutros Aminoácidos Isoleucina (Ile – I) Serina (Ser – S) Treonina (Thr – T) Asparagina (Asn – N) Glutamina (Gln – Q) Ácido Glutâmico (Glu – E) Aminoácidos “especiais” Cisteína (Cys – C) Glicina (Gly – G) Prolina (Pro – P) Aminoácidos hidrofóbicos - apolares Leucina (Leu – L) Metionina (Met – M) Fenilalanina (Phe – F) Tirosina (Tyr – Y) Triptofano (Trp – W)

Os aminoácidos “especiais” possuem características intermediárias entre os grupos dos aminoácidos polares e apolares. Além disso: • a cisteína é o único aminoácido cuja cadeia lateral é capaz de fazer ligações covalentes e com isso, pode contribuir para a estrutura da proteína. • a prolina não é um aminoácido típico, e sim um iminoácido, uma vez que seu Ca e seu Na fazem parte de um anel heterocíclico da molécula.

Além dos 20, existem mais 2 aminoácidos protéicos que são determinados geneticamente: - pirrol-lisina (somente em Archaea) - selenocisteína (presente em animais, algumas bactérias; mas ausente em plantas e Archaea) Outros aminoácidos, além dos 20 codificados geneticamente, podem ocorrer em proteínas e peptídeos biologicamente ativos, ou como aminoácidos ou derivados livres. Esses aminoácidos são produzidos enzimáticamente, por modificação pós-tradução de um dos 20 aminoácidos clássicos. Exemplos: Em muitas proteínas: - aminoácidos glicosilados (Ser, Thr, Asn, Gln) - aminoácidos fosforilados (Ser, Tyr) Neurotransmissores: - GABA (Ác. g-aminobutírico) -OOC-CH -CH - NH+ 2 2 2 3 - Glutamato -OOC-CH -CH - COO 2 2 l NH 3+ - Ac. g-carboxi-glutâmico (protrombina e fatores da coagulação) Intermediário do ciclo da uréia - 3 -metil-histidina (actina) - 3 -hidroxi-prolina - 4 hidroxi-prolina (colágeno)

Ocorrência de aminoácidos em proteínas

Comportamento ácido-básico de aminoácidos: ionização Abaixo estão 4 formas de um aminoácido variando o estado de ionização do grupo amino e do grupo carboxila. Qual dessas formas de um aminoácido não pode existir ? Porque ? Meio alcalino carga (-) Pense antes de dar o próximo click ! Meio ácido carga (+) Forma anfotérica (sem carga) presente em p. H fisiológico

DISSOCIAÇÃO DE UM ÁCIDO Observe os valores de p. Ks da tabela abaixo. -Amino Ácido -Aminop. K Ácido 1 -COOH p. KR p. K 21 p. K 2 R + Cadeia (R) Lateral (R) -COOH -NH 3+ -NHLateral 3 Alanina 2. 35 9. 87 2. 35 Arginina 1. 82 8. 99 1. 82 Asparagina 2. 1 8. 84 2. 1 Ácido Aspártico 1. 99 9. 90 1. 99 Cisteina 1. 92 10. 78 1. 92 Ácido Glutâmico 2. 10 9. 47 2. 10 Glutamina 2. 17 9. 13 2. 17 Glicina 2. 35 9. 78 2. 35 Histidina 1. 80 9. 33 1. 80 Isoleucina 2. 32 9. 76 2. 32 Leucina 2. 33 9. 74 2. 33 Lisina 2. 16 9. 18 2. 16 Metionina 2. 13 9. 28 2. 13 Fenilalanina 2. 16 9. 18 2. 16 Prolina 2. 95 10. 65 2. 95 Serina 2. 19 9. 21 2. 19 Treonina 2. 09 9. 10 2. 09 Triptofano 2. 43 9. 44 2. 43 Tirosina 2. 20 9. 11 2. 20 Valina 2. 29 9. 74 2. 29 9. 87 12. 48 8. 99(guanidino) 12. 48 (guanidino) 8. 84 3. 90 9. 90(b-COOH) 3. 90 (b-COOH) 10. 78 8. 33 (sulfidrila) p. K dos a-NH 3+ 4. 07 9. 47(g - COOH) 4. 07 (g - COOH) valor médio ~ 9. 0 9. 13 9. 78 p. K dos a-COOH 6. 04 9. 33(imidazol)6. 04 (imidazol) valor médio ~ 2. 0 9. 76 9. 74 O 3+que significa a 10. 79 9. 18 (e -NH 3+10. 79 ) (e -NH ) 9. 28 diferença de 7 unidades 9. 18 log desses p. Ks ? 10. 65 9. 21 Alguns aminoácidos 9. 10 apresentam grupos 9. 44 10. 13 9. 11 (fenol) 10. 13 (fenol) ionizáveis em suas cadeias laterais 9. 74 Valores p. K dos Valores gruposp. Kionizáveis dos grupos dosionizáveis a-aminoácidos a 250 C

Para o grupo carboxila, a forma ácida sem carga se dissocia no íon carboxilato: R - COOH R - COO + H+ Considerando-se o p. K médio de 2, 0, no equilíbrio dessa reação, teremos: Keq = [ R – COO ] [H +] R - COOH p. K= -log Keq ~ 10 -2 = 1 100 -log (10 -2) = 2. 0 . 1 íon carboxilato (-) para cada 100 carboxilas neutras Para o grupo amino, a forma ácida catiônica se dissocia na forma neutra: R - NH 3+ R - NH 2 + H+ Considerando-se o p. K médio de 9, 0, no equilíbrio dessa reação, teremos: Keq = [ R - NH 2 ] [H +] p. K= -log Keq R - NH 3 ~ 10 -9 = -log (10 -9) = 9. 0 1 1. 000 . 1 grupo amino sem carga para cada 1 bilhão com carga (+)

Aminoácidos, peptídeos e proteínas são bons tampões Um tampão é definido como um composto ou conjunto de compostos que impedem variações da concentração de [H+], ou seja do p. H, do meio. Para ter essa propriedade, os compostos devem ter grupos ionizáveis capazes de doar e de receber prótons H+ A faixa de p. H em que um composto apresenta poder tamponante depende do p. K de seus grupos ionizáveis. A Lei de Henderson-Hasselbach estabelece a correlação entre o p. H do meio e o p. K do tampão. p. H = p. K + log [ H+ ]. [ A- ] = [ HA ] Temos que [ H+ ]. [A-] [ HA ] =1, substituindo na equação: [ HA ] p. H = p. K + log 1 { Quando [ H+ ]. [A-] p. H = p. K zero Traduzindo: • quando o p. H do meio é igual ao p. K do grupo ionizável, este está 50% dissociado • o poder tamponante é máximo no p. K pois há igual proporção das formas doadora e aceptora de prótons: A- + H + 50% HA 50%

Poder tamponante e curva de titulação da glicina A curva mostra a variação do p. H de uma solução do aminoácido glicina quando se adiciona uma base, por exemplo, Na. OH. A glicina vai se dissociando, e libera H+ para o meio. O poder tamponante da glicina pode ser observado em dois pontos da curva, em que o aumento de p. H é mais lento. Observe também que há um ponto da curva onde o p. H varia bruscamente. Nessa região ocorre o ponto isoelétrico (p. I) da glicina, em que 100% das moléculas apresentam carga zero, como visto abaixo. -O H+ dissociados por mólecula O C NH 3+ - C - H adição de Na. OH (volume) H p. K a -COOH = 2. 34 p. K a -NH 3+ = 9. 60 Glicina (forma anfotérica – carga zero)

Cálculo do ponto isoelétrico Para a glicina os valores de p. K são: p. K - NH 3+ = 9. 60 p. I = 2. 34 + 9. 6 = 5. 97 2 p. K - COOH = 2. 34 p. H 2, 34 p. H 0 - 2 p. H 3. 0 - p. H 9. 0 Como exemplo, veremos a ionização da Lisina: p. K -COOH = 2. 18 p. K -NH 3+ = 8. 95 p. K R- NH 3+ = 10. 53 O HO p. H 9. 6 C H C - NH 3 (CH 2)4 NH 3+ + p. I = 8. 85 + 10. 53 = 9. 74 2 (ponto isoelétrico) p. H 10 - 14

Exercício: Usando os valores de p. K tabelados e as fórmulas dos aminoácidos apresentados alguns slides atrás, calcule o ponto isoelétrico e desenhe as formas ionizadas em p. H 1, 7 e 12 de um aminoácido: a) Hidrofóbico b) Hidrofílico neutro c) Ácido d) Básico e) da prolina (grupo especial)