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2 aminoacidos

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2 aminoacidos

  1. 1. Profª Eleonora – Slide de aula AminoAminoáácidos e Peptcidos e Peptíídeosdeos
  2. 2. Profª Eleonora – Slide de aula Aminoácidos Estrutura Geral Ácido carboxílico com amina primária (-NH2) 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. O carbono α é um carbono assimétrico Com exceção da glicina (R=H) todos os demais aminoácidos são oticamente ativos. Os estereoisômeros são designados por D e L. Na natureza os aminoácidos são encontrados na forma L. Classificação dos aminoácidos Polaridade do grupo R Grupamento funcional do grupo R Essencial α R COO - H3 + N C H Exceção: Prolina: amina secundária (-NH-)
  3. 3. Profª Eleonora – Slide de aula 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 pH fisiológico (pH = 7,0). serina (Ser ou S) asparagina (Asn ou N) treonina (Thr ou T) glutamina (Gln ou Q) cisteína (Cys ou C) tirosina (Tyr ou Y) Grupo R carregado positivamente: aqueles onde R apresenta carga positiva em pH fisiológico (pH = 7,0). histidina (His ou H) lisina (Lys ou K) arginina (Arg ou R) Grupo R carregado negativamente: aqueles onde R apresenta carga negativa em pH fisiológico (pH = 7,0). ácido aspártico (Asp ou D) ácido glutâmico (Glu ou E)
  4. 4. Profª Eleonora – Slide de aula Quanto à natureza do grupamento R Alifático: Gly, Ala, Val, Leu, Ile Aromático: Phe, Trp, Tyr Sulfonado: Cys, Met Básico: Lys, Arg, His Hidroxilado: 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 pré-formados na dieta. Cada espécie tem seus aminoácidos essenciais. Espécie humana: Arg, Phe, His, Ile, Leu, Lys, Met, Trp, Val
  5. 5. Profª Eleonora – Slide de aula Estrutura dos Aminoácidos Grupo R não polar, alifático ou aromático H C - COO H3 N + H GlicinaGlicina C - COO H3 N + H CH3 AlaninaAlanina - C COO H3 N + H CH CH3 CH3 CH2 LeucinaLeucina IsoleucinaIsoleucina C - COO H3 N + H CH3C H2 H C CH3 ValinaValina 3 - C COO H3 N + H CH CH CH33 ProlinaProlina CH2CH2 H C - COO CH2N + H2 C - COO H3 N + H CH2 FenilalaninaFenilalanina CH2 CH2 CH3 S C - COO H3 N + H MetioninaMetionina - C COO H3 N + H NH C CH2 CH TriptofanoTriptofano
  6. 6. Profª Eleonora – Slide de aula 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. Os valores de pK dos grupos α-carboxila (pK1 ≅ 2,3) e α-amino (pK2 ≅ 9,6) são semelhantes para todos os aminoácidos deste grupo. A cadeia lateral da prolina e o seu grupo α-amino 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 = H) é o único aminoácido que não possui carbono assimétrico.
  7. 7. Profª Eleonora – Slide de aula Grupo R polar, não carregado C - COO H3N + H CH2 OH SerinaSerina C - COO H3 N + H H CH 3 C OH TreoninaTreonina SH CH2 C - COO H3 N + H CisteínaCisteína C - COO H3 N + H CH2 C H2 N O AsparaginaAsparagina C - COO H3 N + H CH2 C H2 N O CH2 GlutaminaGlutamina C -COO H3 N + H CH2 OH TirosinaTirosina
  8. 8. Profª Eleonora – Slide de aula Aminoácidos com cadeias laterais polares (desprovidos de carga elétrica) Estes aminoácidos apresentam carga líquida igual à zero em pH neutro, embora as cadeias laterais de cisteína e tirosina possam perder um próton em pH alcalino. Os 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 O ou N) e um átomo de hidrogênio ligado covalentemente a um segundo átomo eletronegativo. O 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 (-SH). 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 (-S-S-) é uma ligação covalente formada pelos grupos sulfidrila (-SH) de dois resíduos de cisteína para produzir um resíduo de cistina.
  9. 9. Profª Eleonora – Slide de aula Grupo R carregado positivamente C - COO H3 N + H CH2 CH2 CH2 CH2 NH3 + LisinaLisina C - COO H3 N + H C + NH2 NH 2 CH2 CH2 CH2 NH ArgininaArginina C -COO H3 N + H NH+ NHC CH2 C C H HistidinaHistidina C - COO H3 N + H COO - CH2 Ácido AspárticoÁcido Aspártico C - COO H3 N + H CH2 CH2 COO - Ácido GlutâmicoÁcido Glutâmico Grupo R carregado negativamente
  10. 10. Profª Eleonora – Slide de aula Aminoácidos com cadeias laterais básicas As cadeias laterais dos aminoácidos básicos são aceptoras de prótons. Em pH 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 pH 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 Os aminoácidos ácido aspártico e ácido glutâmico são doadores de prótons. Em pH neutro, as cadeias laterais desses aminoácidos se encontram completamente ionizadas, contendo um grupo carboxilato carregado negativamente (-COO-). Esses aminoácidos são, portanto, denominados aspartato e glutamato, para enfatizar o fato de estarem carregados negativamente em pH fisiológico.
  11. 11. Profª Eleonora – Slide de aula Estrutura e classificação dos aminoácidos
  12. 12. Profª Eleonora – Slide de aula (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 HCH3 + N R COOH HCH3 + N COO - R HCH2N COO - R (a) (b)(c) A conversão entre as formas a, b e c em função do pH do meio pode ser evidenciada através da curva de titulação do aminoácido. Carga elétrica dos aminoácidos varia com o pH Grupos ionizáveis forma protonada: -COOH e –NH3 + forma desprotonada: -COO- e –NH2
  13. 13. Profª Eleonora – Slide de aula Curva de titulação de aminoácido Cálculo do ponto isoelétrico pI = pH = pK1 pK2+ 2 2 pI = pH = 2,34 + 9,69 = 6,02 Curva de Titulação da Alanina Equivalentes de NaOH adicionados pH 0,5 1,0 1,5 2,0 pI = 6,02 (forma dipolar isoelétrica) Etapa 1: titulação do grupo -COOH Etapa 2: titulação do grupo -NH3 + pK1 = 2,34 pK2 = 9,69 b c d (a) + NH 3CHRCOOH 3 + NH CHRCOOH 3 + NH CHRCOO- (b) 3 + NH CHRCOO-(c) 3 + NH CHRCOO- NH2CHRCOO- (d) NH2CHRCOO-(e) e 2 4 6 8 10 12 14 a C COOH H3 +N H CH3 Alanina (em meio ácido) No ponto isoelétrico não há migração, em meio elétrico, nem para o eletrodo positivo (ânodo), nem para o eletrodo negativo (cátodo). Ponto isoelétrico é o pH da solução para o qual a carga absoluta do aminoácido é nula.
  14. 14. Profª Eleonora – Slide de aula Valores de pK’ dos grupos ionizáveis de aminoácidos 3,224,259,672,19GluÁcido glutâmico 2,773,659,601,88AspÁcido aspártico Grupo R carregado negativamente 5,659,132,17GlnGlutamina 5,418,802,02AsnAsparagina 5,749,212,28MetMetionina 5,0710,288,181,96CysCisteína 5,8713,609,622,11ThrTreonina 5,6813,609,152,21SerSerina Grupo R polar, não carregado 5,899,392,38TrpTriptofano 5,6610,079,112,20TyrTirosina 5,489,131,83PheFenilalanina Grupo R aromático 6,4810,961,99ProProlina 6,029,682,36IleIsoleucina 5,989,602,36LeuLeucina 5,979,622,32ValValina 6,019,692,34AlaAlanina 5,979,602,34GlyGlicina Grupo R não polar, alifático Grupo R carregado positivamente 10,7612,489,042,17ArgArginina 9,7410,538,952,18LysLisina 7,596,09,171,82HisHistidina pIpK’ 3 (Grupo R) pK’ 2 (-NH3 +) pK’ 1 (-COOH) AbreviaçãoAminoácido
  15. 15. Profª Eleonora – Slide de aula Reações químicas dos aminoácidos Reações comuns da química orgânica relativa aos grupos -COOH e -NH2 Grupamento carboxila • Esterificação por álcoois Utilizada no isolamento de aminoácidos • Formação de amidas Ligação peptídica H C NH2 R COOH + OHR' + H2OCOOR'R NH2 C H 2 + H2O+ NH2R' H C NH R COOH H C NH2 R CONH R'
  16. 16. Profª Eleonora – Slide de aula Grupamento amino • Resistente à hidrólise • Pode ser removido por oxidação. Agentes oxidantes: H2O2, KMnO4, etc. Grupo R Reações decorrentes da reatividade do grupo R. Assim, a cisteína apresenta reações característica do grupamento sulfidrila (SH), 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. 17. Profª Eleonora – Slide de aula 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 α-aminoácidos produzindo CO2 ; NH3; um aldeído com um carbono a menos e a ninidrina reduzida. A ninidrina reduzida ou hidridantina reage com o NH3 e com outra molécula de ninidrina formando um complexo arroxeado (λ = 570 nm) Observação 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 NH3, porém, há a produção de teores quantitativos de CO2. ninidrina O || H C C OH C || C O || C O || O C C _ O N= C C || COOHR H C NH2 aminoácido O CO2 R C+ H C O || C OH OH C || O + O NH3 O C OH OH C || C O || hidridantina ninidrina complexo arroxeado + 3 H2O + H+
  18. 18. Profª Eleonora – Slide de aula • Reação com 1-flúor-2,4-dinitrobenzeno (FDNB) Em solução levemente alcalina, o FDNB reage com os α-aminoácidos para produzir derivado do 2,4-dinitrofenil de cor amarela. HF + NO2 NO2 F COOHR NH2 C H NO2 NO2 H C NH R COOH FDNB α- aminoácido 2,4-dinitrofenil-aminoácido
  19. 19. Profª Eleonora – Slide de aula Ligação peptídica (ou ligação amida) O polímero formado pelo encadeamento de aminoácidos é constituído por unidades planares - unidades peptídicas - unidas entre si por uma articulação flexível – o carbono α. Os oligômeros de aminoácidos são denominados peptídeos 2 resíduos de aminoácidos: dipeptídeo 3 resíduos de aminoácidos: tripeptídeo 4 resíduos de aminoácidos: tetrapeptídeo, etc. Os 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.O αC C || CN H α ligação peptídica H2 O α COOH H N C R2 O || C R1 CNH2 H H α HH COOH H H N C R2 +OH O || C R1 CNH2 αα Cadeia 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. 20. Profª Eleonora – Slide de aula a) Os 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. Peptídeo
  21. 21. Profª Eleonora – Slide de aula 4 resíduos de aminoácidos: tetrapeptídeo Ligação peptídica (ou ligação amida)
  22. 22. Profª Eleonora – Slide de aula Nomenclatura de peptídeos As cadeias peptídicas são nomeadas da extremidade amino terminal (ou N-terminal) para a extremidade carboxila terminal (ou C-terminal). O 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. • Não há possibilidade de ionização do grupamento que faz parte da ligação peptídica • Os grupos amina e carboxila terminais e os grupos ionizáveis das cadeias laterais (grupos R) são os responsáveis pelas propriedades ácido- básicas dos peptídeos. C-terminalN-terminal CH2 |||||| COO - H N O || C OOO H NCC N HH NC CH2 CH2 COO - CH2 CH2 CH2 NH3 C C C CC HHH HH H CH2 OH H-C OH CH3 + NH3 + (Glutamil lisil glicil seril treonina) GLU GLI-SER-THR-L S-Y
  23. 23. Profª Eleonora – Slide de aula Hidrólise das ligações peptídicas 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. Hidrólise total: por fervura com ácido ou base forte ocorre a hidrólise de todas as ligações peptídicas. Hidrólise seletiva: por certas enzimas proteolíticas. A hidrólise ocorre nas ligações peptídicas de aminoácidos específicos.
  24. 24. Profª Eleonora – Slide de aula 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 Método químico seletivo • Brometo de cianogênio - hidrolisa apenas ligações peptídicas cujo grupo carboxila pertence a um resíduo de metionina.
  25. 25. Profª Eleonora – Slide de aula Determinação da seqüência de aminoácidos nos fragmentos de peptídeos Método de degradação de Edman, conduzido em meio levemente alcalino, marca e remova o resíduo N-terminal de peptídeos, deixando intactas as outras ligações peptídicas. Após a remoção e identificação, por cromatografia, do resíduo N-terminal, o novo resíduo N-terminal exposto pode ser marcado e removido pela repetição da mesma reação. Reação com fenilisotiocianato (Reagente de Edman)
  26. 26. Profª Eleonora – Slide de aula Arranjo tridimensional das cadeias polipeptídicas C = C H COOHHOOC H Ácido maléico (cis)Ácido fumárico (trans) HOOC C = C H H COOH Centro quiral: ao redor do qual os grupos substituídos estão arranjados em uma seqüência determinada (configuração L ou D) COOH | C | H - - NH2 CH3 D - alaninaL - alanina COOH | CH3 C | - HH2N - Para passar de uma configuração para a outra é necessário que ocorra um rompimento de ligação. Configuração 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 cis-trans.
  27. 27. Profª Eleonora – Slide de aula Conformação 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 carbono-carbono. Exemplo: etano Forma eclipsadaForma escalonada C H HH H H H C C H H H H H H C HH H C C H H H H HH

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