Graduação em Biotecnologia Disciplina de Proteômica Caroline Rizzi Doutoranda em Biotecnologia -UFPel
Bibliografia
Aminoácidos Grupos funcionais em bioquímica Propriedades químicas da água Estrutura e classificação dos aminoácidos Aminoácidos incomuns Síntese de aminoácidos Propriedades dos aminoácidos
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 10 18 moléculas diferentes
Principais grupos funcionais em bioquímica
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
Propriedades químicas da água 3,5 moléculas de água 10 picosegundos alta viscosidade, tensão superficial, ponto de ebulição Estabilidade Termodinânica
Propriedades químicas da água átomo eletronegativo Átomo de hidrogênio ligado a um átomo eletronegativo Resultado: solubilização de moléculas capazes de formar pontes de hidrogênio
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
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
Propriedades químicas da água Micelas, agregados...
Interações químicas dos compostos orgânicos Van der Walls Instante de deslocamento de nuvens eletrônicas em molécula apolares: dipolo instantâneo atração Efetiva em pequenas distâncias
Interações químicas dos aminoácidos C. Interações eletrostáticas: grupos carregados. Biomoléculas: Pontes salinas
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
Aminoácidos Apresentam pelo menos um grupo carboxílico e um grupo amino Fórmula geral e configuração: COO - + 3 N - C - R estrutura, tamanho e carga elétrica p neutro: íons dipolares
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
Assimetria do carbono COO - Grupo carboxila Grupo amino + 3 N - C *- * centro quiral R Radical ou cadeia lateral Carbono
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
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
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
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).
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
Classificação dos aas COO - + 3 N- C - R O papel dos aminoácidos nas proteínas: relacionado às propriedades químicas dos radicais
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
Índice idropático Escala utilizada para determinar a hidrofobicidade das cadeias laterais Centro hidrofóbico
Kyte J, Doolittle RF. J Mol Biol 1982;157:132.
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)
Glicina - Não possui centro quiral - Não acarreta impedimentos espaciais: curvaturas ou cadeias compactas de proteínas fibrosas
Alanina Alanina, valina, leucina, e isoleucina: - agregados no interior da proteína - estabilizam a estrutura proteíca por I
Valina Grupamentos laterais maiores: - maior hidrofobicidade - encaixe em estruturas compactas
Leucina
Isoleucina Isoleucina e treonina contém um segundo centro assimétrico
Metionina Contém grupamento não polar tioéter
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
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)
Fenilalanina - Sem substituintes - Elétrons igualmente distribuídos: muito apolar - Interações hidrofóbicas
Tirosina Menor hidrofobicidade devido à hidroxila: - sítio ativo de enzimas - pontes de hidrogênio - fosforilação: regulação
Triptofano Anel indólico ligado ao anel fenila - grupamento N - pontes de hidrogênio
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)
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
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
Serina Grupo hidroxila: - formação de pontes de hidrogênio e pontes salinas - superfície de proteínas - serino proteases (Ser, Asp, is) - ligações glicosídicas - sensível à fosforilação
Treonina - Dois centros quirais - O sensível à fosforilação
Cisteína pka do S 8.4: - não dissociada no p fisiológico - oxidação espontânea -Ligação de flavinas, grupo heme
Cistina Ponte dissulfeto - presente no sangue e tecidos - pouco hidrofílica - ligação de cadeias peptídicas diferentes ou diferentes regiões de uma mesma proteínas
Glutamina Glutamina e asparagina: - carboxiamida - marcadamente polares
Asparagina
Aminoácidos básicos Possuem grupos R mais hidrofílicos positivamente carregados em p 7,0 Lisina (Lys) K Arginina (Arg) R istidina (is)
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
Lisina Totalmente ionizado em p neutro Catálise enzimática Une determinadas coenzimas à estrutura das proteínas (biotina, piridoxal fosfato, etc )
Arginina Fortemente básica: extremamente polar
istidina Centro ativo de muitas enzimas Tamponamento biológico: pka próximo da neutralidade
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
Glutamato
Aspartato
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
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)
- GABA (Ác.g-aminobutírico) - OOC-C2 -C 2 -C 2 - N 3 + 3-metil-histidina (actina) Desmosina: formada por quatro lisinas, presente na elastina
Modificações pós traducionais N-glicosilação: Proteção de proteólise ou ataque imune O-glicosilação: Ligação de oligosacarídeos
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
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
Modificações pós traducionais ADP-ribolisação: altera atividade enzimática Outras: ligação de ubiquitina, amidação do resíduo C-terminal
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