Aminoácidos. Bioquímica Prof. Dr. Marcelo Soares

Transcrição

1 Aminoácidos

2 Aminoácidos Nutrição Século XIX: produtos contendo Nitrogênio eram essenciais para a sobrevivência dos animais G. J. Mulder (1839): termo Proteínas Gr Proteios (Primário) Teoria: Proteínas (e outras substâncias) provenientes de plantas seriam inteiramente incorporadas aos tecidos Concepção errônea, descartada pela elucidação do processo digestivo Proteínas ingeridas são reduzidas a compostos primários menores, contendo aminoácidos.

3 Aminoácidos O conteúdo de aminoácidos de uma proteína determina a adequação nutricional: - Algumas proteínas vegetais são pobres em LISINA e animais submetidos à uma dieta sem este aminoácido não sobrevivem Aminoácidos, por conterem Nitrogênio, são essenciais à Vida e são as unidades estruturais das proteínas

4 Estrutura dos Aminoácidos Todos as proteínas são compostas por combinações baseadas nos 20 tipos de Aminoácidos-padrão Nem todos as proteínas contém todos os tipos de aminoácidos, mas a maior parte delas contém a maioria dos tipos (senão todos)

5 Estrutura dos Aminoácidos Os aminoácidos comuns são denominados de α-aminoácidos, porque possuem um grupo amino primário ( NH 2 ) e um grupo carboxílico ( COOH) ligados ao mesmo átomo de Carbono (carbono α) R NH 2 C α H COOH ** A única exceção é a PROLINA, que possui um grupo amino secundário ( NH ), mas para manter a uniformidade, ela também é referida como um α-aminoácido

6 Estrutura dos Aminoácidos Os 20 aminoácidos-padrão diferem nas estruturas de suas cadeias laterais (Grupos R) Grupo Amino Grupo Ácido Carboxílico R Carbono α Grupo R

7 Estrutura dos Aminoácidos O aminoácido mais simples é a GLICINA. Nela, observamos que no lugar do R temos apenas um hidrogênio GLICINA GLUTAMINA Grupos R

8 Estrutura dos Aminoácidos Alanina (Ala / A) Leucina (Leu / L) Asparagina (Asn / N) Cisteina (Cys / C) Ácido aspártico (Asp / D) Ácido glutâmico (Glu / E) Glicina (Gly / G)

9 Revisãozinha Amiga : Química Básica - Ácidos Os ácidos são definidos como compostos que podem reversivelmente perder prótons para a solução. O pk a (Equilíbrio de Dissociação) representa o ph abaixo do qual o ácido não pode mais perder prótons. Ácidos fortes como o HCl podem liberar prótons mesmo em valores de ph muito baixos (i.e. têm pk a baixo) Ácidos fracos só conseguem liberar prótons quando o valor do ph é relativamente alto (ou seja, quando a concentração de prótons livres é mais baixa). Bioquímica I Prof. Dr. Marcelo Soares

10 Revisãozinha Amiga : Química Básica - Ácidos A maioria dos ácidos biológicos são ácidos mais fracos que o HCl. A principal classe de ácidos biológicos é a dos Ácidos Carboxílicos Ácidos Carboxílicos se dissociam mais facilmente do que a água, devido a presença de dois átomos eletronegativos de oxigênio. A convenção é identificar o ph no qual o ácido está semidissociado ou seja, metade protonado e metade desprotonado Este valor de ph é definido como o pk a do ácido em questão Bioquímica I Prof. Dr. Marcelo Soares

11 Revisãozinha Amiga : Química Básica - Ácidos Exemplo: CH 3 COO (ácido acético) CH 3 COO - (íon acetato) + H + pk a = 4,8 - Isso siginifica que em ph = 4,8, metade das moléculas estão ionizadas (acetato) e metade não está (ácido acético). - Quanto mais forte o ácido, menor é o seu pk a. Bioquímica I Prof. Dr. Marcelo Soares

12 Revisãozinha Amiga : Química Básica - Bases Ao contrário dos ácidos, as bases são capazes de absorver prótons da solução e, por isso, têm carga (+1) na forma protonada e são neutras na forma desprotonada. A base fraca mais comum em um organismo biológico é o grupo amino (R-NH 2 ). A despeito das diferenças entre ácidos e bases, o pk a também pode ser usado para quantificar a força relativa das bases. Bioquímica I Prof. Dr. Marcelo Soares

13 Revisãozinha Amiga : Química Básica - Bases Enquanto os valores de pk a dos ácidos são geralmente menores do que 7,0; os valores de pk a das bases são normalmente maiores do que 7,0. Por exemplo, a Etanolamina tem um pk a de 9,5, e portanto está semi-protonada (carga +1/2) quando o ph é 9,5 Uma importante exceção a essa regra é o aminoácido HISTIDINA, que é uma base mas tem um pk a próximo a 6,0. Bioquímica I Prof. Dr. Marcelo Soares

14 Propriedades Gerais Os Grupos Amino e Carboxílico dos aminoácidos têm grande tendência de se ionizar Os valores de pk dos grupos α-carboxílicos situam-se em uma pequena faixa ao redor de 2,2, ao passo que os valores de pk dos grupos α-aminos estão próximos de 9,4 Em ph fisiológico ( 7,4) os grupos aminos são protonados (H 3 N + ) enquanto que os carboxílicos assumem sua forma de base (carboxilato: COO - )

15 Propriedades Gerais R R NH 2 C α COOH ph 7,4 H 3 N + C COO - α H H H + H +

16 Propriedades Gerais Um aminoácido pode portanto funcionar como Ácido e como Base Moléculas que carregam grupos de polaridades opostas, como os aminoácidos, são conhecidas como Zwitterions ou Íons Dipolares. Da mesma maneira que outros compostos iônicos, os aminoácidos maior solubilidade em solventes polares do que em solventes não-polares

17 Ligações Peptídicas Os aminoácidos formam cadeias através do processo de Condensação (Eliminação de uma molécula de H 2 O) A ligação química feita entre o radical Carboxila de um aminoácido e o radical Amina de outro aminoácido é denominada de Ligação Peptídica. Ligação Peptídica

18 Formação de Ligações Peptídicas Fenilalanina Leucina Condensação entre COOH & NH 2

19 Formação de Ligações Peptídicas Ligação Peptídica Água

20 Ligações Peptídicas Polímeros compostos por 2, 3, alguns (3-10) e muitos aminoácidos são denominados respectivamente de: - Dipeptídeo; - Tripeptídeo; - Oligopeptídeo; - Polipeptídeo Depois de incorporados em um peptídeo os aminoácidos passam a ser denominados individualmente como Resíduos de Aminoácidos

21 Ligações Peptídicas Os polipeptídeos são cadeias lineares Cada Resíduo de Aminoácidos situado no corpo da molécula participa de 2 ligações peptídicas (não formam cadeias ramificadas) Os resíduos de aminoácidos das extremidades participam de apenas uma ligação peptídica Os resíduos com um grupo Amino livre (esquerda, por convenção), é denominado Aminoterminal ou N-terminal Os resíduos com um grupo Carboxílico livre (direita), é denominado Carboxiterminal ou C-terminal

22 Classificação e Características A melhor maneira de classificar os 20 aminoácidos-padrão é pela polaridade de suas cadeias laterais (Grupo R) Há 3 tipos principais de aminoácidos: - (1) Aminoácidos com grupos R apolares. Exs: Metionina, Triptofano e Fenilalanina - (2) Aminoácidos com grupos R polares não carregados. Exs: Serina, Treonina e Cisteína - (3) Aminoácidos com grupos R polares carregados. Exs: Lisina, Arginina e Histidina

23 Classificação e Características A inclusão de um aminoácido em um dos grupos não reflete apenas as propriedades deste aminoácido isolado, mas também seu comportamento quando este faz parte de um polipeptídeo As estruturas da maioria dos polipeptídeos dependem das tendências: - das cadeias laterais polares e iônicas de solvatar - das cadeias laterais apolares de realizar associações entre si (e não com a H 2 O Efeito Hidrofóbico)

24 Classificação e Características As propriedades físicas e químicas das cadeias laterais também governam a reatividade química dos polipeptídeos As estruturas dos 20 aminoácidos-padrão variam em: - Acidez; - Polaridade; - Volume; - Aromaticidade; - Flexibilidade conformacional; - Habilidade de formar ligações cruzadas; - Reatividade em relação a outros grupos - Habilidade de formar ligações de Hidrogênio;

25 Nomenclatura Para auxiliar na análise da seqüência de aminoácidos, principalmente em polipeptídeos, em bioquímica utilizamos 2 maneiras de abreviar o nome dos aminoácidos Abreviatura de 3 letras: maior parte composta pelas 3 primeiras letras do nome do aminoácido: Ala = Alanina Gly = Glicina Pro = Prolina Phe = Fenilalanina Trp = Triptofano Ile = Isoleucina Asn = Asparagina Gln = Glutamina

26 Nomenclatura Abreviatura de 1 letra: mais compacto e utilizado para realizar a comparação de seqüências entre várias proteínas diferentes A = Alanina G = Glicina P = Prolina F = Fenilalanina W = Triptofano K = Lisina N = Asparagina Q = Glutamina

27 Classificação e Características Os resíduos de aminoácidos de um polipeptídeo são denominados substituindo-se o sufixo -ina do nome do aminoácido por il As cadeias polipeptídicas são descritas a partir da extremidade aminoterminal (esquerda) Ao aminoácido da extremidade C-terminal é atribuído seu próprio nome sem qualquer modificação

28 Classificação e Características Exemplo: Ala Tyr Asp Gly ou Alaniltirosilasparagilglicina ou AYNG

29 Estereoquímica Com exceção da Glicina, todos os aminoácidos obtidos de polipeptídeos são opticamente ativos (causam rotação do plano de uma luz polarizada) Moléculas opticamente ativas são assimétricas, que é uma característica de moléculas que apresentam átomos de Carbono tetraédricos e com 4 substituíntes diferentes: Cl H C F Fluoroclorobromometano Br

30 Estereoquímica Os átomos centrais destas moléculas são conhecidos como Centros Assimétricos ou Centros Quirais, tendo como propriedade a Quiralidade Os átomos de C α dos aminoácidos apresentam quiralidade uma vez que são centros assimétricos R NH 2 C α H COOH

31 Estereoquímica Os centros quirais geram Enanciômeros, isto é, moléculas que não são sobreponíveis às suas Imagens Especulares (Ex: mão direita sobre a esquerda) Cl Cl H C F F C H Br Br Plano de Espelho

32 Estereoquímica Os centros quirais geram Enanciômeros, isto é, moléculas que não são sobreponíveis às suas Imagens Especulares (Ex: mão direita sobre a esquerda) Plano de Espelho NH 2 COOH C α R COOH C α H H NH 2 R L- α - Aminoácido D - α - Aminoácido

33 A Vida é baseada em Moléculas Quirais Formas L- são Isômeros Espaciais ou Estereoisômeros das formas D- e vice-versa Os processos biossintéticos quase sempre produzem estereoisômeros puros. A maior parte das moléculas biológicas é quiral e sua síntese produz uma mistura Racêmica (produção de quantidades iguais de cada enanciômero) Entretanto, uma forma enanciomérica só vai reagir ou ligarse a um único enanciômero do outro composto: Um L-aminoácido que reage com outro L-aminoácido específico, nunca vai reagir com a forma D deste aminoácido (e vice-versa)

34 A Vida é baseada em Moléculas Quirais A importância da estereoquímica para os sistemas vivos está diretamente ligada à Indústria Farmacêutica Muitas drogas são sintetizadas como misturas racêmicas, embora apenas um dos enanciômeros seja biologicamente ativo Na maioria dos casos o enanciômero oposto é biologicamente inerte e acompanha o ativo na embalagem: Ocasionalmente o enanciômero de uma droga útil produz efeitos prejudiciais e deve ser eliminado da mistura racêmica

35 A Vida é baseada em Moléculas Quirais O exemplo mais intrigante é o da Talidomida: Enanciômero ativo: sedativo suave Enanciômero inativo : graves defeitos e malformações (Ex.:Acefalia)

36 Proteínas são feitas apenas de L-aminoácidos Explicação na origem da vida Sem qualquer explicação química. Proteínas constituídas por D-aminoácidos são igualmente estáveis fisicamente

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