Graduação em Biotecnologia Disciplina de Proteômica. Caroline Rizzi Doutoranda em Biotecnologia -UFPel

Transcrição

1 Graduação em Biotecnologia Disciplina de Proteômica Caroline Rizzi Doutoranda em Biotecnologia -UFPel

2 Bibliografia

3 Aminoácidos Grupos funcionais em bioquímica Propriedades químicas da água Estrutura e classificação dos aminoácidos Aminoácidos incomuns Síntese de aminoácidos Propriedades dos aminoácidos

4 20 L-aas síntese Todas as proteínas A B C A C B B B C C A C A B C A B A 20! = 2,4 x moléculas diferentes

5 Principais grupos funcionais em bioquímica

6 Propriedades químicas da água Alta constante dielétrica Dipolo permanente Reflete o número de dipolos em um solvente Favorece a dissolução das substâncias polares Solubilização através de ligações de hidrogênio

7 Propriedades químicas da água 3,5 moléculas de água 10 picosegundos alta viscosidade, tensão superficial, ponto de ebulição Estabilidade Termodinânica

8 Propriedades químicas da água átomo eletronegativo Átomo de hidrogênio ligado a um átomo eletronegativo Resultado: solubilização de moléculas capazes de formar pontes de hidrogênio

9 Propriedades químicas da água O d - O d + O d + d + O - O d + d + O O d - O O O d - d + O Camada de solvatação de um composto aniônico Resultado: solubilização de moléculas carregadas O O d + O O d + O O O d + d + O O O d - d + O + d - d - d - d + O O O O Camada de solvatação de um composto catiônico O O O O d + d + O

10 Propriedades químicas da água Auto-associação no ambiente aquoso. Não é dirigida por atração mútua, mas por necessidades de estabilidade termodinânica Interações idrofóbicas Moléculas não polares Equilíbrio dos elétrons entre carbonos e hidrogênios Minimização energética das interações desfavoráveis entre grupos não polares e a água

11 Propriedades químicas da água Micelas, agregados...

12 Interações químicas dos compostos orgânicos Van der Walls Instante de deslocamento de nuvens eletrônicas em molécula apolares: dipolo instantâneo atração Efetiva em pequenas distâncias

13 Interações químicas dos aminoácidos C. Interações eletrostáticas: grupos carregados. Biomoléculas: Pontes salinas

14 Aminoácidos Funções: Neurotransmissores e hormônios Moldam as propriedades das proteínas: Transporte de metabólitos e íons Catálise Diferentes enzimática cadeias laterais Gliconeogênese... Capacidade de preencher o interior da proteína Formação da estrutura secundária Ionização e reatividade química Interação com íons Formação de pontes de hidrogênio

15 Aminoácidos Apresentam pelo menos um grupo carboxílico e um grupo amino Fórmula geral e configuração: COO N - C - R estrutura, tamanho e carga elétrica p neutro: íons dipolares

16 Identificação dos Carbonos Carbonos da cadeia lateral: Identificados na seqüência do alfabeto grego do carbono ligado ao radical ou a partir do carbono com substituintes de maior n atômico

17 Assimetria do carbono COO - Grupo carboxila Grupo amino + 3 N - C *- * centro quiral R Radical ou cadeia lateral Carbono

18 O Carbono é assimétrico, ou seja, tem 4 ligantes diferentes Estereoisômeros não são interconversíveis sem quebra de ligações covalentes Enatiômeros Moléculas não sobreponíveis = imagens especulares Física e quimicamente praticamente indistingüíveis, mas são estereoespecíficas Isômeros D e L Atividade óptica

19 Isomeria Estrutura dos Aminoácidos Comparada Estrutura do Gliceraldeído Convenção de Fisher (1891): configuração absoluta para centros quirais O C CO CO * * C O C 2 O L-Gliceraldeído C 2 O D-Gliceraldeído

20 Fórmulas de perspectiva: grupo mais oxidado no topo, o radical no mesmo nível do grupo oxidado e N 3 + à esquerda (L) ou direita (D) Todos os aminoácidos proteícos são do tipo L-α aminoácidos D aas: mureína e antibióticos peptídicos

21 Polarímetro. OBSERVE NA FIGURA ABAIXO UMA ANIMAÇÃO DO FUNCIONAMENTO DO POLARÍMETRO. Luz polarizada desviada de um certo ângulo +a (dextrógira), Luz polarizada desviada de um certo ângulo -a (levógira), Condições - à mesma temperatura; - dissolvidas no mesmo solvente; - com o mesmo comprimento de onda (luz amarela de sódio).

22 Nomenclatura e abreviaturas dos aminoácidos Nomes triviais: local de isolamento Nome químico: Ácido 2-aminopropiônico Três letras: 2 primeiras letras +3 letra ou som característico Código compacto: Primeira letra ou som característico Abreviaturas Aminoácido Três letras Uma letra Alanina Ala A Arginina Arg R Asparagina Asn N Asparato Asp D Cisteína Cys C Fenilalanina Phe F Glutamato Glu E Glutamina Gln Q Glicina Gly G istidina is Isoleucina Ile I Leucina Leu L Lisina Lys K Metionina Met M Prolina Pro P Serina Ser S Treonina Thr T Triptofano Trp W Tirosina Tyr Y Valina Val V

23 Classificação dos aas COO N- C - R O papel dos aminoácidos nas proteínas: relacionado às propriedades químicas dos radicais

24 Classificação dos aas Compreensão das propriedades dos aas: Entendimento da bioquímica do composto Agrupamento dos aas em 5 classes principais Polaridade: tendência de interagir com a água em p biológico Classificação dos aas: pela polaridade das cadeias laterais em p fisiológico

25 Índice idropático Escala utilizada para determinar a hidrofobicidade das cadeias laterais Centro hidrofóbico

26 Kyte J, Doolittle RF. J Mol Biol 1982;157:132.

27 Aminoácidos alifáticos apolares ou neutros Grupos R: são hidrofóbicos (I e VdW) Estabilização protéica: interior Pouca reatividade química (sem heteroátomos em R) Glicina (Gly) G Alanina ( Ala) A Valina (Val) V Leucina (Leu) L Ramificados, altamente hidrofóbicos Isoleucina (Ile) I Prolina (Pro) P Metionina (Met) M Cisteína (estado não dissociado)

28 Glicina - Não possui centro quiral - Não acarreta impedimentos espaciais: curvaturas ou cadeias compactas de proteínas fibrosas

29 Alanina Alanina, valina, leucina, e isoleucina: - agregados no interior da proteína - estabilizam a estrutura proteíca por I

30 Valina Grupamentos laterais maiores: - maior hidrofobicidade - encaixe em estruturas compactas

31 Leucina

32 Isoleucina Isoleucina e treonina contém um segundo centro assimétrico

33 Metionina Contém grupamento não polar tioéter

34 Prolina Amida secundária Cadeia lateral ligada ao nitrogênio e ao carbono: Iminoácido Anel constituinte na cadeia peptídica Causa curvatura na cadeia peptídica (ex: colágeno) e reduz a flexibilidade estrutural Dificulta a formação de estruturas secundárias

35 Aminoácidos aromáticos Anel com ressonância: substituintes determinam a polaridade Manutenção das características hidrofóbicas, mas O,N P no interior da molécula Interações hidrofóbicas Fenilalanina (Phe) F Tirosina (Tyr) Y Triptofano (Trp) W istidina (forma protonada)

36 Fenilalanina - Sem substituintes - Elétrons igualmente distribuídos: muito apolar - Interações hidrofóbicas

37 Tirosina Menor hidrofobicidade devido à hidroxila: - sítio ativo de enzimas - pontes de hidrogênio - fosforilação: regulação

38 Triptofano Anel indólico ligado ao anel fenila - grupamento N - pontes de hidrogênio

39 Absortividade máxima na faixa do visível: Triptofano: 280 nm Tirosina: 276 nm Elétrons π deslocados Avaliação da concentração da proteína em solução por ε Varredura de absorção de Trp e Tyr (10-3 M; p 6.0)

40 Coeficiente de extinção molar ε= absortividade molar Capacidade que um mol de uma substância tem de absorver luz a um determinado comprimento de onda M 1 cm 1 A= ε.c.l Triptofano: 3400 M -1 cm -1 Tirosina: 1400 M -1 cm -1

41 Aminoácidos polares não carregados Possuem radicais mais polares (hidrofílicos) grupos funcionais que formam P com a água Interior ou exterior das proteínas. P com compostos polares em sítios ativos, cadeia peptídica ou com si próprios Serina (Ser) S Treonina (Thr) T Cisteína (Cys) C Asparagina (Asn) N Glutamina (Gln) Q

42 Serina Grupo hidroxila: - formação de pontes de hidrogênio e pontes salinas - superfície de proteínas - serino proteases (Ser, Asp, is) - ligações glicosídicas - sensível à fosforilação

43 Treonina - Dois centros quirais - O sensível à fosforilação

44 Cisteína pka do S 8.4: - não dissociada no p fisiológico - oxidação espontânea -Ligação de flavinas, grupo heme

45 Cistina Ponte dissulfeto - presente no sangue e tecidos - pouco hidrofílica - ligação de cadeias peptídicas diferentes ou diferentes regiões de uma mesma proteínas

46 Glutamina Glutamina e asparagina: - carboxiamida - marcadamente polares

47 Asparagina

48 Aminoácidos básicos Possuem grupos R mais hidrofílicos positivamente carregados em p 7,0 Lisina (Lys) K Arginina (Arg) R istidina (is)

49 Aminoácidos básicos Cargas positivas: possibilita a formação de pontes salinas com grupos carregados negativamente: Cadeias laterais de aas Grupos fosfatos de coenzimas Lisina e arginina: pontes salinas em sítios de ligação em proteínas, como os fosfatos do ATP Formação de pontes de hidrogênio e ligação de ânions

50 Lisina Totalmente ionizado em p neutro Catálise enzimática Une determinadas coenzimas à estrutura das proteínas (biotina, piridoxal fosfato, etc )

51 Arginina Fortemente básica: extremamente polar

52 istidina Centro ativo de muitas enzimas Tamponamento biológico: pka próximo da neutralidade

53 Aminoácidos ácidos Fazem parte do centro ativo de glicosidases e serino proteases Carga negativa em p neutro Porção externa da proteína (solvatados) Interior: formação de pontes salinas Podem aceitar protóns: importância funcional Fornecem a proteína superfícies aniônicas que servem para fixar cátions (p.e., Ca ++ ) Glutamato (Glu) E Aspartato (Asp) D

54 Glutamato

55 Aspartato

56 Aminoácidos incomuns Modificação específica de um resíduo de aas após síntese da cadeia polipetídica Adição de pequenos grupos químicos a certas cadeias lateriais do aa: idroxilação Metilação Acetilação Carboxilação Fosforilação Adição de grupos maiores (lipídeos e polímeros de carboidratos) Reações catalizadas por enzimas: modificações pós-traducionais Função: regulação, ancoragem, associação protéica ou degradação

57 5- idroxilisina: parede celular de plantas 6-N-metilisina: miosina 3-hidroxi-prolina 4 hidroxi-prolina (colágeno) Ácido γ-carboxi-glutâmico (protrombina e fatores da coagulação)

58 - GABA (Ác.g-aminobutírico) - OOC-C2 -C 2 -C 2 - N metil-histidina (actina) Desmosina: formada por quatro lisinas, presente na elastina

59 Modificações pós traducionais N-glicosilação: Proteção de proteólise ou ataque imune O-glicosilação: Ligação de oligosacarídeos

60 Modificações pós traducionais C16: proteínas de membrana plasmática C14: proteínas de compartimentos subcelulares Isoprenóides (geranilgeranil e farnesil): regulação atividade e ancoragem de proteínas a membranas

61 Modificações pós traducionais Fosforilação de O por quinases: grupamento volumoso e carregado que altera a atividade proteíca Acetilação de lisinas: altera a interação das histonas com o DNA Acetilação do resíduo N-terminal

62 Modificações pós traducionais ADP-ribolisação: altera atividade enzimática Outras: ligação de ubiquitina, amidação do resíduo C-terminal

63 Selenocisteína 2 aminoácidos protéicos que são determinados geneticamente: - pirrol-lisina (somente em Archaea) - selenocisteína (derivada da serina, presente em animais, algumas bactérias; mas ausente em plantas e Archaea) ocorre na serina ligada ao trna presente na glutationa peroxidase