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1 Aminoácidos e Peptídeos Profª Eleonora Slide de aula

2 Aminoácidos Estrutura Geral Ácido carboxílico com amina primária (N 2 ) no carbono α. Isomeria Ao carbono α estão ligados 4 grupos substituintes diferentes: grupo carboxila, grupo amino, grupo R (ou cadeia lateral) e um átomo de hidrogênio. carbono α é um carbono assimétrico om exceção da glicina (R=) todos os demais aminoácidos são oticamente ativos. s estereoisômeros são designados por D e L. Na natureza os aminoácidos são encontrados na forma L. lassificação dos aminoácidos Polaridade do grupo R Grupamento funcional do grupo R Essencial + Exceção: 3 N α Prolina: amina secundária (N) R

3 Quanto à polaridade do grupo R Grupo R não polar: aqueles onde R é um hidrocarboneto alifático ou aromático. glicina (Gly ou G) metionina (Met ou M) alanina (Ala ou A) fenilalanina (Phe ou F) valina (Val ou V) prolina (Pro ou P) leucina (Leu ou L) triptofano (Trp ou W) isoleucina (Ile ou I) Grupo R polar não carregado: aqueles onde R apresenta grupamento polar não dissociado em p fisiológico (p = 7,0). serina (Ser ou S) asparagina (Asn ou N) treonina (Thr ou T) glutamina (Gln ou Q) cisteína (ys ou ) tirosina (Tyr ou Y) Grupo R carregado positivamente: aqueles onde R apresenta carga positiva em p fisiológico (p = 7,0). histidina (is ou ) lisina (Lys ou K) arginina (Arg ou R) Grupo R carregado negativamente: aqueles onde R apresenta carga negativa em p fisiológico (p = 7,0). ácido aspártico (Asp ou D) ácido glutâmico (Glu ou E)

4 Quanto à natureza do grupamento R Alifático: Gly, Ala, Val, Leu, Ile Aromático: Phe, Trp, Tyr Sulfonado: ys, Met Básico: Lys, Arg, is idroxilado: Ser, Thr Dicarboxílico: Asp, Glu Amida de ácido dicarboxílico: Asn, Glu Amina secundária: Pro Essenciais São aqueles que não podem ser sintetizados pelo organismo, devendo ser administrados préformados na dieta. ada espécie tem seus aminoácidos essenciais. Espécie humana: Arg, Phe, is, Ile, Leu, Lys, Met, Trp, Val

5 Estrutura dos Aminoácidos Grupo R não polar, alifático ou aromático 3 N N 3 3 N N N Glicina Alanina Valina 3 3 Leucina 3 Isoleucina 3 N S 3 N N N + 2 N 3 Metionina Fenilalanina Prolina Triptofano

6 Aminoácidos com cadeias laterais apolares Estes aminoácidos possuem cadeia lateral que não apresenta a capacidade de receber ou doar elétrons, de participar de ligações iônicas ou de formar pontes de hidrogênio. Entretanto, podem promover interações hidrofóbicas (*). (*) Associação de grupos não polares, tais como cadeias de hidrocarbonetos, em meio aquoso. Em sistemas vivos, estas interações contribuem para a estabilidade das moléculas de proteínas, das membranas e de várias outras estruturas subcelulares. s valores de pk dos grupos αcarboxila (pk 1 2,3) e αamino (pk 2 9,6) são semelhantes para todos os aminoácidos deste grupo. A cadeia lateral da prolina e o seu grupo αamino formam um anel, de forma que, este aminoácido difere dos demais pelo fato de conter um grupo imino ao invés de um grupo amino. A glicina (cadeia lateral = ) é o único aminoácido que não possui carbono assimétrico.

7 Grupo R polar, não carregado 3 N + 3 N + 3 N S Serina Treonina isteína 3 N N N N 2 N 2 Asparagina Glutamina Tirosina

8 Aminoácidos com cadeias laterais polares (desprovidos de carga elétrica) Estes aminoácidos apresentam carga líquida igual à zero em p neutro, embora as cadeias laterais de cisteína e tirosina possam perder um próton em p alcalino. s aminoácidos serina, treonina e tirosina contêm grupos hidroxila que podem participar da formação de pontes de hidrogênio (*). (*) Resultam da atração eletrostática entre um átomo eletronegativo (normalmente ou N) e um átomo de hidrogênio ligado covalentemente a um segundo átomo eletronegativo. átomo de hidrogênio, desta forma, é compartilhado entre dois átomos eletronegativo. As cadeias laterais da asparagina e da glutamina contem, cada uma, um grupo carbonila e um grupo amida que podem participar também de pontes de hidrogênio. A cadeia lateral da cisteína contém um grupamento sulfidrila (S). Nas proteínas os grupos sulfidrilas de duas cisteínas podem se tornar oxidados e formar um dímero cistina que contém uma ligação denominada ponte dissulfeto (*). (*) A ponte dissulfeto (SS) é uma ligação covalente formada pelos grupos sulfidrila (S) de dois resíduos de cisteína para produzir um resíduo de cistina.

9 3 N + 3 N + 3 N + Grupo R carregado positivamente N 3 Lisina N N 2 + N 2 Arginina 2 N N + istidina + 3 N 3 N + Grupo R carregado negativamente 2 Ácido Aspártico 2 2 Ácido Glutâmico

10 Aminoácidos com cadeias laterais básicas As cadeias laterais dos aminoácidos básicos são aceptoras de prótons. Em p fisiológico, as cadeias laterais da lisina e da arginina se encontram completamente ionizadas, com carga positiva. Já a histidina é fracamente básica e o aminoácido livre, em geral, não apresenta carga elétrica em p fisiológico. Entretanto quando a histidina se encontra incorporada em uma proteína, a sua cadeia lateral pode se apresentar com carga positiva ou neutra, dependendo do ambiente iônico fornecido pela cadeia polipeptídica da proteína. Aminoácidos com cadeias laterais ácidas s aminoácidos ácido aspártico e ácido glutâmico são doadores de prótons. Em p neutro, as cadeias laterais desses aminoácidos se encontram completamente ionizadas, contendo um grupo carboxilato carregado negativamente ( ). Esses aminoácidos são, portanto, denominados aspartato e glutamato, para enfatizar o fato de estarem carregados negativamente em p fisiológico.

11 Estrutura e classificação dos aminoácidos Profª Eleonora Slide de aula

12 Grupos ionizáveis arga elétrica dos aminoácidos varia com o p forma protonada: e N 3 + forma desprotonada: e N 2 Profª Eleonora Slide de aula 3 + N 3 + N 2 N R R R (a) (c) (b) (a) em soluções muito ácidas os dois grupos se apresentam protonados (b) em soluções muito alcalinas os dois grupos se apresentam desprotonados (c) em soluções neutras os aminoácidos se apresentam como um íon dipolar A conversão entre as formas a, b e c em função do p do meio pode ser evidenciada através da curva de titulação do aminoácido.

13 urva de Titulação da Alanina urva de titulação de aminoácido p 14 Etapa 1: titulação do grupo Etapa 2: titulação do grupo N 3 + (a) + N 3 R 3+ N pk 2 = 9,69 e (b) + N 3 R + N R 3 Alanina (em meio ácido) 8 d (c) + N 3 R 6 4 pk 1 = 2,34 c pi = 6,02 (forma dipolar isoelétrica) (d) + N 3 R N 2 R álculo do ponto isoelétrico 2 a b (e) N 2 R pi = p = pk 1 + pk 2 2 0,5 1,0 1,5 2,0 Equivalentes de Na adicionados pi = p = 2,34 + 9,69 = 6,02 2 Ponto isoelétrico é o p da solução para o qual a carga absoluta do aminoácido é nula. No ponto isoelétrico não há migração, em meio elétrico, nem para o eletrodo positivo (ânodo), nem para o eletrodo negativo (cátodo).

14 Aminoácido Abreviação pk 1 () pk 2 (N 3+ ) pk 3 (Grupo R) pi Valores de pk dos grupos ionizáveis de aminoácidos Grupo R não polar, alifático Glicina Alanina Valina Leucina Isoleucina Prolina Gly Ala Val Leu Ile Pro 2,34 2,34 2,32 2,36 2,36 1,99 9,60 9,69 9,62 9,60 9,68 10,96 5,97 6,01 5,97 5,98 6,02 6,48 Grupo R aromático Fenilalanina Tirosina Triptofano Phe Tyr Trp 1,83 2,20 2,38 9,13 9,11 9,39 10,07 5,48 5,66 5,89 Grupo R polar, não carregado Serina Treonina isteína Metionina Ser Thr ys Met 2,21 2,11 1,96 2,28 9,15 9,62 8,18 9,21 13,60 13,60 10,28 5,68 5,87 5,07 5,74 Asparagina Asn 2,02 8,80 5,41 Glutamina Grupo R carregado negativamente Ácido aspártico Gln Asp 2,17 1,88 9,13 9,60 3,65 5,65 2,77 Ácido glutâmico Grupo R carregado positivamente Lisina Arginina istidina Glu Lys Arg is 2,19 2,18 2,17 1,82 9,67 8,95 9,04 9,17 4,25 10,53 12,48 6,0 3,22 9,74 10,76 7,59

15 Reações químicas dos aminoácidos Reações comuns da química orgânica relativa aos grupos e N 2 Grupamento carboxila Esterificação por álcoois R + R' R R' + 2 N 2 N 2 Utilizada no isolamento de aminoácidos Formação de amidas R + R' N 2 R N R' + 2 N 2 N 2 Ligação peptídica

16 Grupamento amino Resistente à hidrólise Pode ser removido por oxidação. Agentes oxidantes: 2 2, KMn 4, etc. Grupo R Reações decorrentes da reatividade do grupo R. Assim, a cisteína apresenta reações característica do grupamento sulfidrila (S), a tirosina as do grupamento fenólico, etc. As reações químicas dos aminoácidos são utilizadas para: Identificação e análise de aminoácidos Identificação e sequenciamento de aminoácidos em proteínas Identificação de resíduos específicos necessários para a atividade biológica de proteínas nativas Modificações químicas de resíduos de aminoácidos capazes de alterar a atividade biológica da proteína Síntese química de peptídeos

17 Reações químicas características de aminoácidos Duas reações são amplamente utilizadas para a detecção, medida e identificação de aminoácidos Reação da ninidrina Resulta na desaminação oxidativa de αaminoácidos produzindo 2 ; N 3 ; um aldeído com um carbono a menos e a ninidrina reduzida. A ninidrina reduzida ou hidridantina reage com o N 3 e com outra molécula de ninidrina formando um complexo arroxeado (λ = 570 nm) ninidrina + R N 2 aminoácido 2 + R N 3 = N _ hidridantina ninidrina bservação Nos aminoácidos com grupo amina secundária, como é o caso da prolina, o produto da reação é diferente e origina uma cor amarela (λ = 440 nm). Neste caso não há a liberação de N 3, porém, há a produção de teores quantitativos de 2. complexo arroxeado

18 Reação com 1flúor2,4dinitrobenzeno (FDNB) Em solução levemente alcalina, o FDNB reage com os αaminoácidos para produzir derivado do 2,4dinitrofenil de cor amarela. N 2 + N 2 F FDNB R N 2 α aminoácido F N 2 N 2 N R 2,4dinitrofenilaminoácido

19 Ligação peptídica (ou ligação amida) Profª Eleonora Slide de aula R 1 R 2 2 R 1 R 2 2 N α + N α 2 N α N α ligação p ep tídica α N α s carbonos α de dois aminoácidos adjacentes e os átomos dos grupamentos que participam da ligação peptídica a unidade peptídica estão todos em um mesmo plano. polímero formado pelo encadeamento de aminoácidos é constituído por unidades planares unidades peptídicas unidas entre si por uma articulação flexível o carbono α. s oligômeros de aminoácidos são denominados peptídeos 2 resíduos de aminoácidos: dipeptídeo 3 resíduos de aminoácidos: tripeptídeo 4 resíduos de aminoácidos: tetrapeptídeo, etc. adeia polipeptídica ou cadeia peptídica é uma seqüência de mais de dois resíduos de aminoácidos. A seqüência dos aminoácidos na cadeia peptídica é denominada de estrutura primária.

20 Peptídeo a) s quatro átomos dos grupamentos envolvidos na ligação peptídica (em vermelho) se dispõem em um plano. A unidade peptídica está representada por um retângulo. b) As unidades peptídicas podem se movimentar umas em relação às outras. É possível uma rotação (indicada pelas setas) em torno das ligações com o carbono α. c) A cadeia polipeptídica consiste em um arranjo flexível de unidades planas, as unidades peptídicas, conectadas por uma articulação, o carbono α. As cadeias laterais dos aminoácidos estão representadas.

21 Ligação peptídica (ou ligação amida) 4 resíduos de aminoácidos: tetrapeptídeo

22 que diferencia um peptídeo de uma proteína? Muitos autores se baseiam na dimensão da estrutura, em termos do número de resíduos de aminoácidos. Por exemplo: n < 80 a 100 aminoácidos cadeia peptídica n > 80 a 100 aminoácidos cadeia protéica Entretanto a distinção entre peptídeo e proteína deve se basear nas respectivas funções biológicas. Nomenclatura de peptídeos As cadeias peptídicas são nomeadas da extremidade amino terminal (ou Nterminal) para a extremidade carboxila terminal (ou terminal). Não há possibilidade de ionização do grupamento que terminal faz parte da ligação peptídica N terminal 3 + N N N N N N GLU LYS GLISERTR (Glutamil lisil glicil seril treonina) s grupos amina e carboxila terminais e os grupos ionizáveis das cadeias laterais (grupos R) são os responsáveis pelas propriedades ácidobásicas dos peptídeos.

23 idrólise das ligações peptídicas idrólise total: por fervura com ácido ou base forte ocorre a hidrólise de todas as ligações peptídicas. idrólise seletiva: por certas enzimas proteolíticas. A hidrólise ocorre nas ligações peptídicas de aminoácidos específicos. Enzimas proteolíticas Tripsina hidrolisa apenas as ligações peptídicas cujo grupo carboxila pertence a um resíduo de lisina ou arginina. Quimotripsina hidrolisa apenas ligações peptídicas cujo grupo carboxila pertence a um resíduo de fenilalanina, triptofano ou tirosina. Pepsina hidrolisa apenas as ligações peptídicas cujo grupo amino pertence a um resíduo de fenilalanina, triptofano, tirosina. Termolisina hidrolisa apenas as ligações peptídicas cujo grupo amino pertence a um resíduo de leucina, isoleucina ou valina.

24 Método químico seletivo Brometo de cianogênio hidrolisa apenas ligações peptídicas cujo grupo carboxila pertence a um resíduo de metionina. Exemplo de peptídeo hidrolisado por diferentes proteases Tyr Lys Glu Met Leu Gly Arg Ala Gly Tripsina (3 fragmentos) Tyr Lys // Glu Met Leu Gly Arg // Ala Gly Quimotripsina (2 fragmentos) Tyr // Lys Glu Met Leu Gly Arg Ala Gly Termolisina (2 fragmentos) Tyr Lys Glu Met // Leu Gly Arg Ala Gly

25 Determinação da seqüência de aminoácidos nos fragmentos de peptídeos Reação com fenilisotiocianato (Reagente de Edman) Método de degradação de Edman, conduzido em meio levemente alcalino, marca e remova o resíduo Nterminal de peptídeos, deixando intactas as outras ligações peptídicas. Após a remoção e identificação, por cromatografia, do resíduo Nterminal, o novo resíduo Nterminal exposto pode ser marcado e removido pela repetição da mesma reação.

26 onfiguração Arranjo tridimensional das cadeias polipeptídicas Profª Eleonora Slide de aula Arranjo espacial de uma molécula orgânica que é conferido pela presença de: Dupla ligação: ao redor das quais não há liberdade de rotação, o que determina as configurações cistrans. = Ácido fumárico (trans) = Ácido maléico (cis) entro quiral: ao redor do qual os grupos substituídos estão arranjados em uma seqüência determinada (configuração L ou D) 2 N N 2 3 L alanina 3 D alanina Para passar de uma configuração para a outra é necessário que ocorra um rompimento de ligação.

27 onformação Arranjo espacial de grupos substituídos em moléculas orgânicas que podem assumir várias posições espaciais, sem o rompimento de ligações devido à liberdade de rotação ao redor de ligações simples carbonocarbono. Exemplo: etano Forma escalonada Forma eclipsada

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