25/08/2016 UNIDADE I AMINOÁCIDOS E PEPTÍDEOS. Proteínas são as macromoléculas mais abundantes nas células vivas.

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1 PROFA. DRA. MARIA ISAURA PEREIRA DE OLIVEIRA UNIDADE I AMINOÁCIDOS E PEPTÍDEOS - Estrutura dos aminoácidos - Classificação dos aminoácidos - Propriedades ácidos/básicas dos aminoácidos - Alguns peptídeos de interesse fisiológicos e bioquímicos. Proteínas são as macromoléculas mais abundantes nas células vivas. AMINOÁCIDOS: São os componentes estruturais das proteínas. 1

2 Os 20 aminoácidos-padrão são conhecidos como - aminoácidos grupo amino (NH 2 ) e um grupo carboxílico (COOH). Eles diferem nas estruturas de suas cadeias laterais (grupos R). Podem ser classificados seguindo dois princípios: 1) Pelas propriedades funcionais dos radicais (cadeias laterais), classificação mais geral; Grupos R apolares Grupos R não-carregados Classificação dos aminoácidos Grupos R polares carregados 2) Pela necessidade de cada organismo, classificação específica ao hábito nutricional conforme a espécie: Aminoácidos não-essenciais Aminoácidos essenciais Classificação quanto ao Radical Aminoácidos apolares: apresentam radicais de hidrocarbonetos apolares ou hidrocarbonetos modificados, exceto a glicina. São radicais hidrofóbicos. Aminoácidos polares não carregados (neutros): apresentam radicais que tendem a formar pontes de hidrogênio. Aminoácidos polares carregados Aminoácidos ácidos: apresentam radicais com grupo carboxílicos. Aminoácidos básicos: apresentam radicais com grupo amino. Classificação quanto ao radical 1) Grupo R não-polares e alifáticos Estrutura mais simples Tioéter Estrutura cíclica 2

3 2) Aminoácidos com grupos R aromáticos Absorbância da luz UV pelos aminoácidos aromáticos. São hidrofóbicos N-anel indol OH-ponte de hidrogênio Este fato é responsável pela forte e característica absorbância da luz pelas proteína no comprimento de onda 280 nm importante na caracterização de proteínas. 3) Aminoácidos com grupo R nãocarregado e polar Grupos que formam ponte de hidrogênio com a água. Caso especial da cisteína OH SH AMIDA 3

4 4) Aminoácidos com grupo R polar carregado Positivamente (Básicos) 4) Aminoácidos com grupo R polar carregado - Negativamente (Ácidos) Carga líquida positiva em ph 7 Guanino Imidazol Aminoácidos não-primários Propriedades ácido-base dos aminoácidos É importante na análise e compreensão de sequência de proteínas e para o estudo das propriedades químicas e biológicas destes compostos. Segundo Brönsted-Lowry um ácido é toda espécie química capaz de ceder prótons (H + ), e uma base toda espécie capaz de aceitar prótons. O grupo carboxílico (-COOH) na molécula confere ao aminoácido uma característica ácida e o grupo amino (-NH 2 ) uma característica básica. Por isso os aminoácidos apresentam um caráter anfótero, ou seja reagem tanto com ácido como base formando sais orgânicos. 4

5 Propriedades ácido-base dos aminoácidos Quando em solução aquosa, um aminoácido existe sob a forma de um íon dipolar (zwiterion, do alemão íon híbrido ); Aminoácidos monoamínico-monocarboxílicos Ionização Um zwiterion pode atuar como ácido ou como base (os aminoácidos são anfotéricos); Ao aminoácidos nos sistemas biológicos se comportam como sistemas tampões. Ligação peptídica As proteínas são moléculas formadas por até milhares de aminoácidos unidos por ligações peptídicas (ligações covalente que ocorre entre a carboxila de uma aminoácido de o grupo animo do outro) com perda de uma molécula de água. Oligopeptídeos De 2 a 10 aminoácidos reunidos é denominado oligopeptídeo; de 11 a 100, polipeptídeo. Um peptídeo composto de mais de 100 aminoácidos é uma proteína. Pentapeptídeo serilgliciltirosilalanileucina, Ala-Leu) (Ser-Gly-Tyr- 5

6 Componentes dos peptídios O - Alguns peptídeos de interesse fisiológicos e bioquímicos. Espinha dorsal - formada pela união dos aminoácidos presença da ligação peptídica Grupamento N-terminal (NH 2 livre) C- terminal (COOH livre) Resíduos de aminoácidos Radicais dos aminoácidos ligados a espinha dorsal Radicais são responsáveis pelas propriedades dos peptídios. Peptídeos: Aspartame: adoçante; 2 resíduos de aa Ocitocina: 9 resíduos de aa; estimula contração uterina Bradicinina: 9 resíduos de aa; inibe inflamação Insulina: 2 cadeias polipeptídicas (30 e 21 aa); Glucagon: 29 aa L-Carnosina (β-alanyl-l-histidine) é um dipeptídeo composto de dois aminoácidos β-alanina e L-histidina. 6

7 Função: A Carnosina é encontrada naturalmente nos músculos, coração, cérebro, fígado, rins, entre outros tecidos e possui potente ação antioxidante. - A Carnosina têm uma potente ação antioxidante poupadora, agindo juntamente com outros antioxidantes biológicos como as vitaminas E e C, além de zinco e selênio, poupando seus suprimentos nos tecidos. Função: - Estabiliza e protege a membrana celular, prevenindo o estresse oxidativo causado pelos radicais livres e o envelhecimento precoce; - É capaz de neutralizar os efeitos do ácido lático no músculo, inclusive em casos de exercícios intensos. O aumento de ácido lático na musculatura esta associado a uma queda no desempenho. Com essa neutralização a carnosina retarda o aparecimento da fadiga. Isso explica porque há, em média, de duas a três vezes mais carnosina nas fibras musculares tipo II (fibras de força) que nas do tipo I (fibras de resistência). 7

8 Os músculos do homem possuem aproximadamente 20% a mais de carnosina que os das mulheres. Níveis menores são encontrados em sedentários e idosos, enquanto atletas de força apresentam o dobro da concentração de pessoas normais. Estudos em animais apontam que há uma diminuição na concentração de carnosina em treinamentos de resistência. Suplementos a base dessas substancias vêm surgindo como um promotor do ganho de força, de músculo e um otimizador da performance. Em 2002 estudiosos demonstraram que, nos homens, a potência muscular ao final de uma corrida de curta distância (30seg) está diretamente relacionada com a concentração muscular de carnosina (quanto mais alta a concentração desse dipeptídeo, maior a força dos indivíduos ao final do percurso). Em vista disso, HARRIS, TALLON, DUNNETT e colaboradores investigaram se a suplementação de beta-alanina seria capaz de aumentar o conteúdo intramuscular de carnosina. Os autores testaram três diferentes doses diárias: 40 mg/kg, 20 mg/kg e 10mg/kg. Foi verificado que a dose maior resulta em um elevado pico de beta-alanina sanguínea, o qual está relacionado com sintomas intensos de parestesia (sintoma neurológico caracterizado por sensação de formigamento ) que se iniciaram cerca de 20 minutos após a ingestão e duraram cerca de 1 hora. 8

9 A dose intermediária, de 20 mg/kg, também levou a sintomas semelhantes, porém muito menos intensos e até certo ponto suportáveis. Paralelamente, o pico sanguíneo de beta-alanina em resposta à dose intermediária também foi moderado. Fica claro que a suplementação de beta-alanina é eficiente em reduzir a fadiga em exercícios de alta intensidade e curta duração que levam a uma queda do ph, porém, são necessários mais investigações para se obter o total entendimento desse novo recurso ergogênico. HARRIS, R. C.; M. J. TALLON; M. DUNNETT; L. BOOBIS; J. COAKLEY; H. J. KIM; J. L. FALLOWFIELD; C. A. HILL; C. SALE; J. A. WISE. The absorption of orally supplied beta-alanine and its effect on muscle carnosine synthesis in human vastus lateralis. Amino Acids, v.30, n.3, p , ESTRUTURA DE PROTEÍNAS PROTEÍNAS Estrutura Primária: - Mais simples e mais importante, pois dele deriva todo o arranjo espacial da molécula. - É somente a sequência dos aminoácidos, sem se preocupar com a orientação espacial. 9

10 Estrutura Secundária - Rotação das ligações entre os carbonos dos aminoácidos de seus grupamentos amina e carboxila. Alfa-hélice: - forma mais comum; - hélice em espiral - as cadeias laterais dos se distribuem para fora da hélice; - ponte H. Estrutura Secundária a) -hélice Estrutura Terciária b) Folha beta ( ) ou folha pregueada - Arranjados em paralelo ou no sentido antiparalelo. - Resulta do enrolamento da hélice ou da folha pregueada. Folha- -hélice upload.wikimedia.org/.../250px-pilin-2pil.png 10

11 Estrutura Terciária Estrutura Terciária refere ao arranjo espacial da cadeia polipeptídica (dobramento ou formação de laços), com ou sem estrutura secundária. Na estabilização da estrutura terciária e na determinação da conformação de uma proteína entram forças de natureza diversas: Ligações dissulfeto (covalente) entre dois resíduos de Cis; Estrutura Terciária Ligações salinas ou interações eletrostáticas mais fortes das ligações polares, porém mais fracas que as covalentes; Ligações ou pontes de H; Interações dipolares; Interações hidrofóbicas ou Van der Waals são as mais baixas de todas as forças estruturais e a distância de interação é a maior. Além das forças de atração, existem as forças de repulsão, importantes no balanço à estabilização. Estrutura Terciária - Estabilizada por pontes de hidrogênio e pontes de dissulfetos. Estrutura Terciária - Têm sequências de aminoácidos diferentes, refletindo estruturas e funções diferentes, - Forças fracas, podem ser facilmente quebradas desnaturação. 11

12 Estrutura Terciária Estrutura quaternária A quimotripsina é uma enzima digestiva, que cliva ligações peptíticas. - Possuem duas ou mais cadeias polipeptídicas. - A estrutura tridimensional destas é a estrutura quaternária. - Ex: hemoglobina - sua estrutura é formada por quatro cadeias polipeptídicas. Estrutura quaternária A maioria das proteínas globulares são formadas por mais de uma unidade estrutural; cada unidade estrutural pode conter um ou mais polipeptídeos, cada um apresentando seu próprio grau de estruturação (primário, secundário, terciário). Estas subunidades estruturais se ligam entre si através de ligações não covalentes. A este grau de estruturação das proteínas dá-se o nome de estrutura quaternária CLASSIFICAÇÃO QUANTO A FORMA GLOBULARES: De estrutura espacial mais complexa, são mais ou menos esféricas. São geralmente solúveis nos solventes aquosos e os seus pesos moleculares situam-se entre e vários milhões. Nesta categoria situam-se as proteínas ativas como os enzimas, transportadores como a hemoglobina, etc. 12

13 CLASSIFICAÇÃO QUANTO A FORMA FUNÇÃO DAS PROTEÍNAS FIBROSAS: as proteínas fibrosas são insolúveis nos solventes aquosos e possuem pesos moleculares muito elevados. São formadas geralmente por longas moléculas mais ou menos retilíneas e paralelas ao eixo da fibra. Estrutural e Contrátil - participam como matériaprima na construção de estruturas celulares e histológicas. Ex: O colágeno - encontrada nos ossos, tendões, cartilagens e na pele; a queratina é encontrada na pele, unhas e cabelo, possui propriedades impermeabilizantes que dificultam a perda de água pelos animais; a albumina- presente em abundância no plasma sanguíneo; as proteínas miofibrilares actina e miosina (músculo). Função Hormonal Muitos hormônios são, na verdade, proteínas especializadas na função de estimular ou inibir a atividade de determinados órgãos, sendo portando reguladores do metabolismo. Ex: O hormônio pancreático insulina que, lançado no sangue, contribui para a manutenção da taxa de glicemia. Transporte Muitas proteínas são transportadoras de nutrientes e metabólitos entre fluidos e tecidos; de uma forma geral, transportam ativamente substâncias. A hemoglobina é uma proteína que transporta oxigênio dos alvéolos para os tecidos e gás carbônico dos tecidos para os pulmões. 13

14 Função de Defesa - Em nosso sistema imunológico, existem células especializadas na identificação de proteínas presentes nos organismos invasores, que serão consideradas "estranhas". Função de Defesa Estas proteínas invasoras denominam-se antígenos e promovem a produção de proteínas de defesa, nos plasmócitos, denominadas anticorpos que combinam-se quimicamente aos antígenos com o objetivo de neutralizá-los (há especificidade entre antígeno e anticorpo, ou seja, um anticorpo só neutralizará o antígeno que estimulou a sua formação). Função Nutritiva Qualquer proteína exerce esta função, enquanto não for tóxica. Todos os alimentos ricos em proteína, como as carnes em geral, são fontes naturais de aminoácidos indispensáveis aos seres vivos para a produção de outras proteínas. Função Reguladora - Esta função é desempenhada por um grupo especial de proteínas denominadas vitaminas. As células dos vegetais clorofilados e certos microorganismos, como bactérias, têm a capacidade de produzirem vitaminas. Nos animais se dá através do processo de nutrição. Cada vitamina tem um papel biológico próprio, por isso não pode ser substituída por outra. 14

15 Reserva Sementes de plantas armazenam proteínas para a germinação, ex. albumina do ovo e a caseína do leite. Coagulação sanguínea - vários são os fatores da coagulação que possuem natureza protéica, como por exemplo: fibrinogênio, globulina antihemofílica Função Enzimática - As enzimas são proteínas especiais com função catalítica, ou seja, aceleram ou retardam reações bioquímicas que ocorrem nas células. Assim como os anticorpos, apresentam especificidade em relação à reação ou substância em que atuam. Isso se deve ao fato de cada enzima possuir em sua estrutura um ou mais pontos que se encaixam perfeitamente na substância ou reação que sofrerá sua ação. Enzimas O substrato liga-se à enzima através do sítio ativo, local onde ocorrerá a reação catalisada pela enzima. Enzimas SÍTIO ATIVO Resíduos de aminoácidos capazes de interagir com o substrato e formação do produto. Estes resíduos denominam-se grupos catalítico. 15

16 SÍTIO ATIVO Asp Ser Teoria da chave-fechadura proposta por Emil Fischer O sítio ativo possui uma conformação cujos grupos ligantes R dos aminoácidos estão corretamente posicionados, e sua conformação é complementar a estrutura do substrato. His Representação esquemática da estrutura tridimensional da lipase de Pseudomonas cepacia. Modelo do encaixe induzido, proposto por Koshland O sítio ativo é uma região flexível cuja forma pode ser induzida para alojar compostos estruturalmente semelhantes. União Internacional de Bioquímica e Biologia Molecular (UIBBM) Classificadas em seis grandes grupos, de acordo com o tipo de reação envolvida. 1. Oxidorredutases 2. Transferases 3. Hidrolases 4. Liases 5. Isomerases 6. Ligases 16

17 Classificação das Enzimas - UIBBM 1. Oxidorredutases: São enzimas que catalisam reações de transferência de elétrons, ou seja: reações de oxi-redução. São as Desidrogenases e as Oxidases. Classificação das Enzimas - UIBBM 2. Transferases: Enzimas que catalisam reações de transferência de grupamentos funcionais como grupos amina, fosfato, acil, carboxil, etc. Exs: Quinases e as Transaminases. Classificação das Enzimas - UIBBM 3. Hidrolases: Catalisam reações de hidrólise de ligação covalente. Ex: As peptidades. Classificação das Enzimas - UIBBM 4. Liases: Catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de água, amônia e gás carbônico. Exs: Dehidratases e as Descarboxilases. 17

18 Classificação das Enzimas - UIBBM Classificação das Enzimas - UIBBM 5. Isomerases: Catalisam reações de interconversão entre isômeros ópticos ou geométricos. Ex. As Epimerases. 6. Ligases: Catalisam reações de formação e novas moléculas a partir da ligação entre duas já existentes, sempre à custa de energia (ATP). Ex. Sintetases. União Internacional de Bioquímica e Biologia Molecular (UIBBM) União Internacional de Bioquímica e Biologia Molecular (UIBBM) Cada enzima descrita recebe um número de classificação, conhecido por E.C., que é composto por 4 dígitos: 1. Classe 2. Sub-classe dentro da classe 3. Grupos químicos específicos que participam da reação. 4. A enzima, propriamente dita 18

19 COFATORES ENZIMÁTICOS E COENZIMAS COFATORES ENZIMÁTICOS E COENZIMAS Cofatores Um ou mais íons inorgânicos que podem ser necessários para a função de uma enzima. Não estão ligados permanentemente à molécula da enzima mas, na ausência deles, a enzima é inativa. Coenzimas Compostos orgânicos, quase sempre derivados de vitaminas, A fração protéica de uma enzima, na ausência do seu cofator, é chamada de apoenzima. Enzima + Cofator, chamamos de holoenzima. COFATORES ENZIMÁTICOS E COENZIMAS Especificidade Substrato/Enzima: o Sítio Ativo As enzimas são muito específicas para os seus substratos; Esta especificidade se deve à existência, na superfície da enzima de um local denominado SÍTIO DE LIGAÇÃO DO SUBSTRATO. 19

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