Cap 24 - Aminoácidos e Proteínas - Solomons

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capíturo24
Aminoácidos e Proteinas
Anticorpos Catalíticos: Catalisadores Desenhistas
Os químicos estão se aproveitando da adaptabilidade natural do sistema imunológico para criar aquilo que
podemos adequadamente chamar de catalisadores desenhistas. Tais catalisadores são anticorpos-espécies de
proteínas geralmente produzidas pelo sistema imunológico para capturaÍ e remover agentes estranhos, mas
que, neste caso, são eliciados de modo a tomá-los capazes de catalisar reações químicas.
A criação dos primeiros anticorpos catalíticos por Richard A. Lerner (Scripps Research Institute) e Peter G.
Schultz (Universidade da Califórnia, Berkeley) representou uma união engenhosa de princípios relacionados
à química das enzimas e às capacidades naturais do sistema imunológico. Em alguns aspectos os anticorpos
catalíticos são como as enzimas, as proteínas catalisadoras que já mencionamos por muitas vezes e que estu-
daremos mais adiante neste capítulo. Diferente das enzimas, os anticorpos catalíticos podem virtualmente ser
"feitos para possibilitar" as reações específicas por um casamento de química e imunologia. Exemplos inclu-
em anticorpos catalíticos para rearranjos de Claisen, reações de Diels-Alder, hidrólise de ésteres e reações
aldólicas. Mais adiante, em "A Química de... Alguns Anticorpos Catalíticos", estudaremos como os anticor-
pos catalíticos são produzidos. Catalisadores desenhistas estão, de fato, à mão.
24.1 Introdução
24.2 Aminoácidos
24.3 Síntese de ct-Aminoácidos em Laboratório
24.4 Análise de Polipeptídios e Proteínas
24.5 A Seqüência de Aminoácidos nos Polipeptídios e nas
Proteínas
24.6 Estruturas Primárias de Polipeptídios e Proteínas
24.7 Síntese de Polipeptídios e de Proteínas
24.8 Estruturas Secundária, Terciária e Quaternária das
Proteínas
24.9 Introdução às Enzimas
24.10 Lisozima: Modo de Ação de uma Enzima
24.11 Proteases Serina
24.12 Hemoglobina: Uma Proteína Conjugada
398 Aminoácidos e ProteÍnas
24.1 lNrnoDuçÃo
São nês os grupos de polímeros biológicos: polissacarídeos, proteínas e ácidos nucléicos. Estudamos os
polissacarídeos no Cap. 22 e vrnos que eles funcionam, principalmente, como reseryas de energia, como
marcadores bioquímicos das superfícies das células e, nos vegetais, como materiais estruturais. Quando es-
tudarmos os ácidos nucléicos no Cap. 25 veremos que servem para dois objetivgs principais: aÍmazenÍìmen-
to e ffansmissão de informação. Dos ffês grupos de biopolímeros, são as proteínas que possuem as funções
mais diversas. Como enzimas e hormônios, as proteínas catalisam e regulam as reações que ocoÍrem no or-
ganismo; como músculos e tendões, proporcionam ao cor?o os elementos do movimento; como pele e cabe-
lo, oferecem ao corpo revestimento extemo; como moléculas de hemoglobina, ffansferem o importante on-
gênio para os locais mais remotos do organismo; como anúcorpos, nos fomecem os meios de proteção con-
tra doenças; e em combinação com oufras substâncias, nos ossos, proporcionam suporte esfutural.
Com tal diversidade de funções, não seria su4neendente descobrir que as proteínas existam em diversos
tamaúos e formas. Pelos padrões da maioria das molécúas que já estudamos, mesmo as proteínÍÌs pequenas
possuem pesos molecúares múto altos. A lisozima uma enzima, é uma proteína relativamente pequena e
ainda assim seu peso molecular é 14.ffi. Os pesos moleculares da maioria das proteínas são muito maiores.
Suas formas abrangem uma faixa que vai das proteínas globulares, tais como lisozima e hemoglobina, até as
hélices da a-queratina (cabelos, uúas e lã) e as lâminas (folhas) pregueadas da fibroína da seda.
Apesar desta diversidade de tamanho, formato e função, todas as proteínas têm características
comuns que nos permitem deduzir suas estruturas e compreender suas propriedades. Mais adiante
neste capítulo veremos como se faz isto.
Proteínas são poliamidas e suas unidades monoméricas compreendem cerca de 20 a-aminoáci-
dos diferentes:
Ligações
amida
R'
HICHI
\ ü. . . / \ t . . . /
C-N C-N
i l t i l l
..o.. H ..o.. H
Parte de uma moldtula de proteína
As células usam c-aminoácidos diferentes para sintetizar proteínas. A seqüência exata dos a-ami-
noácidos ao longo da cadeia protéica é denominada estrutura primária da proteína. Como o nome
sugere, esta estrutura primária é de importância fundamental. Para a proteína exercer certa função espe-
cífica, a estrutura primária deve estar bem determinada. Veremos mais adiante que quando a estrutura
primária está correta, a cadeia de poliamidas se dobra, de modo apropriado, para lhe oferecer a forma
necessária para executar uma tarefa específica. Este dobramento da cadeia das poliamidas leva a níveis
de complexidade maiores, chamados de estruturas secundárias e terciárias da proteína. A estrutura
quaternária surge quando a proteína contém uma agregação de mais de uma cadeia de poliamida.
A hidrólise de proteínas em meio ácido ou alcalino produz uma mistura de diferentes aminoácr-
dos. Embora a hidrólise de proteínas naturais possa levar a até cerca de 22 amrnoâcidos diferentes.
todos eles possuem uma importante característica estrutural em comum: com exceção da glicina (cu-
jas moléculas são aquirais), quase todos os aminoácidos naturais possuem configuração L no carbo-
no a.* Isto é, possuem a mesma configuração relativa que o L-gliceraldeído:
H-
Um
R
I
CH
,/\
N: C-OH
t l l
H ..O..
a-aminoácido
-N
I
I
H
R
I
,'C(.
R''
CH
c-
il
..o..
C.
tl
,.o..
N
I
H
9o,t
H2N>C<H
R
UmL-a-aminoácido
[usualmente um
(S)-o-aminoácidol
CO,H
I
H"N--t-H- l
R
Iro
HO>C<H cH2co2H
=l
cH2oH NH'
L-Gliceraldeído Glicina
[(S)-gliceraldeídol
CHO
I
HO----+-H
I
cH2oH
Projeções de Fischer para um L-a-aminoácido
e para o L-gliceraldeído
minoácidos são obtidos do material das puedes celuìres de bactérias e da hidrólise de certos mtibióúcos.
Aminoácidos e Proteínas 399
24.zAurNoÁctDos
24.2A Estrutura e Nomes
Os 22 a-atnnoácidos que podem ser obtidos das proteínas podem ser subdivididos em três gru-
pos diferentes, com base nas estruturas de suas cadeias laterais, R. Estes aminoácidos estão na Tabe-
la24. l .
De fato, apenas 20 dos 22 a-aminoácidos da Tabela 24.1 são usados pelas células na síntese de
proteínas. Dois aminoácidos são sintetizados após a cadeia da poliamida estar completa. Hidroxipro-
lina (presente principalmente no colágeno) é sintetizada a partir da prolina, e cistina (presente na
maioria das proteínas) é sintetizada a partir da cisteína.
A conversão da cisteína em cistina requer um comentário adicional. O grupo -SH da cisteína a
tomaam tiol. Uma propriedade dos tióis é que eles podem ser convertidos em dìssulfetos por agentes
oxidantes brandos. Esta conversão, por sua vez, pode ser revertida pela ação de agentes redutores
brandos.
fol
2 R-S-H i---) R*S-S-R
Dissulfeto
tHl
,-Ligação 
dissulfeto
2 HO2CCHCHTSH 
+ 
HO2CCHCH2S9SCHTCUCOTH
Veremos mais adiante como as ligações dissulfeto entre unidades de cisteína na cadeia das proteínas
contribuem para a estrutura e paÍa o formato globais da proteína.
24.28 Aminoácidos Essenciais
Os aminoácidos podem ser sintetizados por todos os organismos vivos, vegetais ou animais. Muitos
animais superiores, porém, são deficientes no que se refere à capacidade de sintetizar todos os ami-
noácidos que necessitam para suas proteínas. Assim, estes animais precisam de certos aminoácidos
como parte de suas dietas. Para um humano adulto, são oito os aminoácidos essenciais; estão repre-
sentados pelo índice superior e, na T abela 24.1.
24.2CAminoácidos como íons Dipolares
Os aminoácidos contêm um grupo básico (-NHr) e um grupo ácido (-COOH). No estado sóli-
do, seco, os aminoácidos existem çomo íons dipolares, uma forma em que o grupo carboxila está
pfesente como íon carboxilato, -1Or-, e o grupo amino como'íon amínio, -NH3+. (ons dipolares
são também chamados zwitterions.) Em solução aquosa, existe um equilíbrio entre o íon dipolar e as
formas aniônica e catiônica do aminoácido.
NH,
Cisteína
H,frcHcorn
I
R
NH, NH,
Cistina
;!f; u,ilcuco" ;rf;H,NCHC.,-
+H3O*l-+HìOFl
' Forma catiônica
(predominante em
soluções fortemente
ácidas, com pll 0,
por exemplo)
,R
Ion dipolar
R
Forma aniônica
(predominante em
soluções fortemente
básicas, com pII 14,
por exemplo)
Em solução, a forma predominante do aminoácido depende do pH da solução e da nâtureza do
aminoácido. Em soluções fortemente ácidas, todos os aminoácidos estarão presentes, principalmen-
te como cátions; em soluções fortemcnte básicas, eles estarão presentes como ânions. Num certo pH
intermediário, chamado de ponto isoelétrico (pD, a concentração do íon dipolar será miíxima e as
concentrações dos ânions e cátions serão iguais. Cada aminoácido tem seu próprio ponto isoelétrico,
que está mostrado naTabela24.l.
400 Aminoácidos e Proteínas
Tabela 24. I L-Aminoácidos encontrados nas Proteínas
ïo'"
H,N-Ï-H
R
Hro..
R>C-CO2IJ
NHt
Estrutura de R Nome{ Abreúações
PK"t
a-CO2Il
PK"z
a-NH3+
PK,. do
grupo R
x
F
pI
Aminoácidos Neutros
-H
-CH.
-cH(cH3)'
-cH2cH(cH3)2
-cHcH2cH3
I
ctI3
^
-cH'-1( ))
\Y
-cH2coNH2
-cH2cH2coNH'
HOC-CH-CH2
tl
HN CH,
\ . /
CH,
(estrutura completa)
-cH2oH
_CHOH
CH,
Glicina
Alanina
Valina"
Leucina"
Isoleucina"
Fenilalanina"
Asparagina
Glutamina
Triptofano"
Prolina
Serina
Treonina"
Tirosina
Hidroxiprolina
Cisteína
Cistina
Metionina"
G ou Gli
A ou Ala
V ou Val
L ou Leu
I ou Ile ou Ileu
F ou Fen ou Phe
N ou Asn
Q ou Gln
W ou Tri ou Trp
P ou Pro
S ou Ser
T ou Ter ou Thr
Y ou Tir ou Tyr
Hyp ou Hipro
C ou Cis ou Cys
Cis-Cis ou Cys-Cys
M ouMet
)a
2,4
)4
9,6
9,6
9,6
g7
6,0
6,0
6,0
6,0
6,1
9,4
1,8
2,0
') ')
2,4
ol
8,8
9,r
-CH,
)-/^\( i l I'ú--\r'
H
o
tl
6,32,0 10,6
o,
t0,4 Á<
) )
2,6
6,3
9,r
9,7
) ' )
t ,9
5,0
5,1
5,8
8,3
10,1
1,7
r,6
Z,J
10,8
7,9
9,9
9,2
o
tl
HOC-CH-CH2
tl
HN CH
\, / \
cH, oH
(estrutura completa)
-cH2sH
_cH,_i
I
-cH2-s
-cH2cH2scH3
Aminoácidos e Proteínas 401
Tabela 24. I L-Aminoácidos encontrados nas Proteínas (continuação)
ïo,t
H,N-Ï_H
R
H'o
R>C-COzIJ.
NH,
Estrutura de R Nome' Abreviações
PKor
a-COzH
PKoz
a-NH3t
pK,r do
grupo R pI
R Contém um grupo Acido (CarÌroxila)
-cH2co2H
-cH2cH2co2H
R Contém um Grupo Básico
-cHrcH2cH2cH2NH2
Ácido aspártico
Ácido Glutâmico
Lisina"
D ou Asp
E ou Glu
K ou Lis ou Lys
R ou Arg
H ou His
NH
-CH2CH2CH2NH-C-NH2 Arginina
n-N
i l rl
-CHr-\i{.2 Histidina
I
H
)1
' ) )
' ) )
) )
1.8
9,8
9,7
9,0
9,0
9,2
3,9
47
10,5'
1a <b
6,00
3,0
J,a
9,8
r0,8
7.6
'e : aminoácido essenciaÌ.
òpK" da amina protonada do grupo R.
Consideremos inicialmente um aminoácido com a cadeia lateral que não contém grupos ácidos
nem básicos - um aminoácido tal como a alanina.
Se a alanina estiver presente em uma solução foÍemente ácida (p. ex., em pH 0), estará principal-
mente na forma catiônica mostrada abaixo. O pK.para o grupo carboxila da forma catiõnica é 2,3.
Este valor é consideravelmente menor do que o do pK, do ácido carboxflico coÍrespondente (p. ex.,
o do ácido propiônico) e indica que a forma catiônica da alanina é o ácido mais forte. Mas esperarí-
amos que fosse assim. Afinal, é uma espécie canegada positivamente e, por isto, deve perder um
próton mais facilmente.
CH.CHCO,H CH.CH,CO,H- l
TH,
Forma catiônica da alanina Acido propanóico
pKo,' 2,3 pKo = 4,89
A forma do íon dipolar de um aminoácido é também um ácido em potencial, pois o grupo -NH,*
pode doar um próton. O pK, do íon dipolar da alanina é 9,7 .
cHlcHc02-
*".
Px")=i:t
O ponto isoelétrico (pI) de um aminoácido como a alanina é amédia entre pK,r ePK"z-
2.3 + 9.7
pI : t=t- : 6.0 (ponto isoelétrico da alanina)
O que isto significa sobre o comportamento da alanina, quando o pH da solução fortemente ácida
em que se encontra vai sendo gradualmente aumentado pela adição de base (isto é, de OH-)? No
início (pH 0) (Fig. 24.1), a forma catiônica predomina. Quando a acidez chega a pH2,3 (o pK, da
forma catiôni ca, pK.r),metade da forma catiônica estará convertida em íon dipolar.* Com o próximo
xA equação de Henderson-Hasselbalch mostra que pila um ácido (HA) e sua base conjugada (A-)
p&=pH*"r f f i
Qumdo o ácido estiver metade neutrâlizado, [HA] = [A ] e log tHAytA-l 
: 0; assim' pH = pÇ.
402 Aminoácidos e Proteínas
Fig.24.l Curva de titulação
de CH.CHCOTH.
I
YH,
I4
t2
10
pH
0r
0 0,5 1,0 1,5
Equivalentes de OH-
aumento de pH - de pH2,3 para pH 9,7 - aforma predominante será a do íon dipolar. Em pH 6,0.
o pH é igual ao pI e a concentração do íon dipolar é máxima.
oH- OH
2,0
CH3CHCO2H 
5;f 
CH3CHCO2- 
5;J 
CH3CHCO2
NH.
+-
Forma catiônica Íon
NH,
oH-=-----------}
H,o*
-oH
H.NíCH.).CHCO. T--- H2N(CH2)4çHCO2
'"1 ' H,c I
NH, NH,
lH,
dipolar Forma aniônica
(pK.,= 2r3) QtK",= 9r7)
Quando o pH atinge pH9,7 (o pK, do íon dipolar), metade do íon dipolar está convertido na forma
aniônica. Então, à medida que o pH se aproxima de pH 14, a forma iônica torna-se a forma predomi-
nante na solução.
Se a cadeia lateral do aminoácido possuir um grupo ácido, ou básico, extra, então o equilíbrio é
mais complexo. Considere, por exemplo, a lisina, üm aminoácido que possui um grupo -NH, extra
no caÍbono e. Em soluções fortemente ácidas, a lisina está presente como um dicátion, pois ambos os
grupos amino estão protonados. O primeiro próton a ser perdido, à medida que o pH aumenta, é um
próton do grupo carboxila (pK,: 2,2); o próximo vem do grupo a-amínio (pK, : 9,0) e o último do
grupo e-amínio.
+
H3N(CH2)4CHCO2H
I
NH.
+-
Forma dicatiônica
da lisina
(pK",= 2,2)
O ponto isoelétriço da lisina é a média entre o pK"r(do monocátion) e opKo. (do íon dipolar).
ot : 4S : 9.8 (ponto isoelétrico da lisina)
OH+
- 
HrN(CH2)4CHCO2-
Hro* - |
NH.
+-
Forma
monocatiônica
(pK",= 9ro)
Íon dipolar
(p.Ko. = 10,5)
Forma aniônica
Probfema 24.1 > Que forma do ácido glutâmico você espera que predomine em: (a) soluções fortemente ácidas? (b)
Soluções fortemente básicas? (c) No seu ponto isoelétrico (pl3,2)? (d) O ponto isoelétrico da
glutamina (pI 5,7) é consideravelmente maior do que o do ácido glutâmico. Explique.
t
"'"*i:"/
/
oK^ = 9.7
I
/
PI= 6,0
3H?CHCOt- l
1'/
r:'i:f':
Probfema 24.2>
Aminoácidos e Proteínas 403
NH
O grupo guanidino-Ng-ë-NHrda arginina é um dos grupos orgânicos mais fortemente
básicos. Explique.
24.3 SíNTESE DE o-AMlNoÁclDos EM LnaoRAroRlo
Muitos métodos foram desenvolvidos para a síntese de a-aminoácidos em laboratório. Descreve-
remos aqui três métodos gerais, todos baseados em reações que já vimos antes.
24.3AAmonólise Direta de Ácido ot'Halogenado
R-CH.CO.H l l i I '=* r RCHCO,H 
\Hr(excesso) 
' 
R-CHCO"-
(2)H2u I ' I
x lH'
Este método é, possivelmente, o menos usado, pois os rendimentos costumam ser baixos. Vimos
um exemplo deste método na Seção 18.9.
24.38 A partir da Ftalimida Potássica
Este método é uma modificação da síntese de Gabriel piìÍa as aminas (Seção 20.54). Os rendi-
mentos costumam ser altos e os produtos são facilmente purificados'
o
, 
-)\l ( ) l N- K+ + c lcH2co2c2H5 -+t\lA--1
\\
o
Ftalimida
potássica
o
Cloroacetato de etila
,^-4 ,,, kôr{ru ô - 1/\nco'u
t'Ol- !-cn,co,.,t, *#4 cH,cõ, + l( ) | + c2H5oH
:\ NH, v^co,H
o+
Em uma variação deste procedimento usa-se ftalimida potássica e a-bromomalonato de dietila
para preparaÍ um 
-éster 
imidomalõnico. Ilustramos o método com a síntese da metionina.
(e7%)
P
.4.-{
l( )l ,N- K+ + BrcH(corcrHr), $r'orfiv\
o
o-Bromomalonato de dietila
o
Glicina Ácido
(85%) ftálico
NaOCHTCH, 
,NCH(Co2C2Hs)z ìffiH,scu,
(e6-e8%)
o
Éster
ftalimidomalônico
404 Aminoácidos e Proteínas
Problema 24.3 >
f co2c2H5
rÂr-'\ | "
ì( ) l .N-ccH2cHrscH, iq>v\ 1o,.,",
o
. '-.CO2-
l t ' \ l Co"-
V\.-Nul*r,cu,scH3 J9=-
i l l
o cor- 
o
ll
--\ -COH
CH,SCH,CH,CHCO, + COI 
-íOT- | \7 con
ÌH' A
DL-Metionina
partindo do a-bromomalonato de dietila e da ftalimida potássica, e usando quaisquer outros
reasentes necessários, mostre como você sintetizaria: (a) Dl-leucina, (b) Dl-alanina e
(c) Dl-fenilalanina.
24.tC A Síntese de Strecker
O tratamento de um aldeídocom amônia e cianeto de hidrogênio produz uma a-aminonitrila. Hi-
úólise do grupo nitrila (Seção 18.3) da a-aminonitrila converte-a em um a-aminoácido. Esta síntese
é chamada de síntese de Strecker.
o
tl
RCH+NH3+HCN ___+ RCHC* llff___* RCHCO2-
NH,
c-Aminonitrila
NH,
+
a-Aminoácido
A primeira etapa desta síntese provavelmente envolve a formação inicial de uma imina, a partir do
aldeído e da amônia, seguindo-se da adição de cianeto de hidrogênio'
ffm Mecanismo Para a Reação
Formação de uma a-Aminonitrila Durante a Síntese de Strecker
o- OH
I -H"Ol l - l+ l
RCÌ{ +iNH3 
----} 
RCHNH3 + RCHNH2
È--./
tr-r*-
nín=Nn r+ RCH-NH\a l
CN
Imina
H,O*
T-L---', RCH-NH2
I
CN
c-Aminonitrila
Aminoácidos e Proteínas 405
l Exemplo
Esboce a síntese de Strecker para a Dl-tirosina.
Resposto
,'^
ro-\!/-cH2cHCo2
NÉ{.
+
DL-Tirosina
probf ema 24.4> (a) Esboce a síntese de Strecker para a Dl-fenilalanina. (b) Dl-metionina também 
pode ser preparada
oela síntese de Strecker. O aldeíão inicial pode ser preparado a paftiÍ da acroleína (CHr: CHCHO) 
e
ào metanotiol (CH3SH). Esquematize todas as etapas desta síntese da Dl-metionina.
24.3D Resolução de DL'Aminoácidos
Com exceção da glicina, que não possui um estereocentro, todos os aminoácidos obtidos 
pelos
métodos que descrevemos sãó produádos nas formas racêmicas. Para obter o L-aminoácido natural
devemos,ìbviamente, resolvei a forma racêmica. Isto pode ser feito de vários modos, incluindo 
os
mótodos descritos na Seção 20.3.
Um método particulaimente interessante para resolver aminoácidos baseia-se no emprego de en-
zimas chama dai deacílase.ç. Estas enzimas cãhlisam a hidrólise de N-acilaminoácidos em organis-
mos vivos. Como o sítio ativo da enzima é quiral, ela hidrolisa apenas os N-acilaminoácidos de con-
figuração L. Quando a enzimaé exposta à mistura racêmica de N-acilaminoácidos, 
apenas o deriva-
aõ Oo 
-L-aminoácido 
é afetado, e os produtos, conseqüentemente, são facilmente separados'
DL-RCHCO, 
(cH1co)2o 
>
I
fH'
(forma racêmica)
co, Çor-
* l l
H3N-J-H + HÌ-NHCOCH3
l l
RR
L-Aminoácido D-N-Acilaminoácido
DL-RCHCOTH 
-r,*..* 
cHlco2H
cHlcoNH
24.3E Sínteses Estereosseletivas de Ami noácidos
A síntese ideal de um aminoácido, é claro, seria a que produzisse apenas o L-aminoácido de 
ocor-
rência natural. Hoje em dia este ideal pode ser atingido com o uso_de catalisadores quirais de 
hidroge-
nação, derivados ãe metais de transição. Uma grande variedade de catalisadores tem sido usada' 
Um
deies, desenvolvido por B. Bosnich (du Uniu"tiidade de Toronto), baseia-se num complexo 
de ródio
"oÁ 
(n)-t,Z-Uis(difenilfosfino)propano, um composto conhecido como "(R)-profos". Quando um.com-
pi;;;j" ródio ào norbornadiáno ixnn) é trataão com (R)-profos, este substitui uma das moléculas
do norbornadieno que estão ao redor do átomo de ródio e produz um complexo quiral de 
r6dio'
H,Cz
t{a-an,
(c6H5)2É r1cuH,;,
(R)-Profos
tRh(NBD)rlClOo + (R)-protbs----) [Rh((Ã)-profo$(NBD)]ClO4 
+ NBD
Complexo quiral de ródio
Separados facilmente
406 Arninoácidos e PÍoteínas
O tratamento deste complexo de ródio com hidrogênio, em um solvente como o etanol, produz uma
solução contendo o catalisador quiral de hidrogenação, ativo, que provavelmente tem a composição
[Rh((R)-profosXHr(BtOH)r] 
+.
Quando o ácido 2-acetllaminopropenóico é adicionado a esta solução, realizando a hidroge-
nação, o produto da reação é o derivado N-acetilado da L-alanina, com 9OVo de excesso
enantiomérico. Posterior hidrólise do grupo N-acetil gera a L-alanina. Como o catalisador de
hidrogenação é quiral, ele transfere seus átomos de hidrogênio de modo estereosseletivo. Este
tipo de reação é normalmente chamado de síntese assimétrica ou síntese enantiosseletiva (Se-
ção 5.88).
H
cH,:c-co,H %"'t í- .o,"
NHCOCn, NHCOCH3
Ácido N-Acetil-L-atanina
2-acetiìaminopropenóico
__:"
r t ) OH . H:O. calor(2) H,O+ , 
t ,ata_C+ _
/
NH.
+-
L-Alanina
O mesmo procedimento foi usado para sintetizarem-se vários outros L-aminoácidos a partir de
ácidos 2-acetilaminopropenóicos com substituintes na posição 3. O uso do catalisador (R)-profos na
hidrogenaçãodoisômero (Z)produzoL-aminoácidocomumexcessoenantioméricode87-93Vo.
H CO.H
\/
C:C
R NHCOCH3
H
(1)lRh((R)-profosXHzXsolvente)z]+, Hr, *atr&" 
-aar^-
(2)OH.H2O.calor:depoisHsO' 
/
NH.
+'
L-AminoácidoÃcido Q\-
2-acetilaminopropenóico.
3-substitúdo
z4.4ANeuse DE PoLrpEpríDtos E PRorEíNAs
As enzimas podem causar a polimerização dos a-aminoácidos, através da eliminação de água:
oo
*l l . l l
n *-f" c-o- + H3N-cH-c-o-
RR'
It-",ot
ü
oo
*l l l l
H3N-CH-C-NH-CH-C-O-
RR'
Um dipeptídio
A ligação -CO-NH- (amida) que se forma entre os aminoácidos é conhecida como ligação
peptídica ou laço peptídico. Os aminoácidos unidos desta maneira (diferentes de quando estão li-
vres) são chamados de resíduos de aminoácidos. Os polímeros que contêm 2, 3, alguns poucos (en-
tre 3 e 10) ou muitos resíduos de aminoácidos são chamados dipeptídios, tripeptídios, oligopeptí-
dios e polipeptídios, respectivamente. Proteínas são moléculas que contêm uma ou mais cadeias de
polipeptídios.
, Polipeptídios são polímeros lineares. Uma das extremidades da cadeia do polipeptídio termina
com um resíduo de aminoácido que tem um grupo -NH,* livre; a outra termina com um resíduo de
aminoácido que tem um grupo -{Or- livre. Estes dois grupos são chamados de resíduo N-termi-
nal e resíduo C-terminal, respectivamente.
t
Aminoácidos e Proteínas 407
i / t \ ?H,ú-cu-ëtNu-1-ëtNH-1u-c-o-
R\R'I ,R'
Resíduo N-terminal Resíduo C-terminal
Por convenção, representamos as estruturas dos peptídios e das proteínas çom o resíduo do aminoá-
cido N-terminal à esquerda e o resíduo C-terminal à direita.
HrC CHr H.C CHr
Glicilvalina Valilglicina
(Gti.yal) ffal.Gli)
O tripeptídio glicilvalilfenilalanina pode ser representado do seguinte modo:
o
t l
+ l l
IT3NCH2C-NH
CHo
l /^
cH-< ( )FSO,-
tv
CHo
J"-@.o,
C
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H3NCH2C-NHCHCO-
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CH
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H3NCHC-NHCH2CO-
I
CH
oo
l l l l
TIC_NHCHCO-
HrC
Glicilvalilfenilalanina
(Gli.Val.Fen)
Quando se refluxa uma proteína ou um polipeptídio com ácido clorídrico 6M, por 24h, normal-
mente ocorre hidrólise de todas as ligações amida, produzindo uma mistura de aminoácidos. Uma
das primeiras tarefas a cumprir na determinação da estrutura de um polipeptídio ou de uma proteína
é a separação e a identificação dos aminoácidos individuais presentes na mistura. Como até 22 ami-
noácidos diferentes podem estar presentes, esta tarefa torna-se formidável se nos restringirmos aos
métodos convencionais.
Felizmente, foram desenvolvidas técnicas baseadas no princípio da eluição cromatográfica,
que simplificam imensamente este problema, permitindo, inclusive, que sua solução seja auto-
maÍizada. Analisadores automáticos de aminoácidos foram desenvolvidos no Instituto Roçkefel-
ler, em 1950, e desde então tornaram-se disponíveis comercialmente. Baseiam-se no uso de
polímeros insolúveis contendo grupos sulfonato, chamados de resinas trocadoras de cótíons (Fig.
24.2\ .
I /^.
cH<( )FSo,-
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H"N_CHCO"H
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H.N-CHCO.H
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H"N-CHCO.H
Òl
I
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Fig.24.2 Paúe de uma resina trocadora de cátions, com aminoácidos adsorvidos.
408 Aminoácidos e Proteínas
Fig. 24.3 Resultado típico
obtido de um analisador
automático de aminoácidos.
[Adaptado com permissão
de Spackman, D. H.; Stein,
W. H. e Moore, S.Anal.
C he m. 19 58, 3 0, 1190-1206,
direitos autorais @ por
American Chemical
Society.'l
Se uma solução ácida, contendo mistura de aminoácidos, passaÍ através de uma coluna empaco-
tada com resina trocadora de cátions, os aminoácidos serão adsorvidos na resina, devido às forças
atrativas entre os grupos sulfonato, cÉìÍïegados negativamente, e os aminoácidos, carregados positi-
vamente. A força da adsorção vaÍia com a basiçidade de cada aminoácido; os que forem mais básicos
são presos mais fortemente. Se a coluna for então eluída com solução tamponada,em dado pH, os
aminoácidos individuais descerão pela coluna em diferentes velocidades, sendo assim separados. No
fim da coluna, o eluato é misturado com ninidrina, substância que reage com a maioria dos amino-
ácidos e dá derivado çom intensa coloração púrpura (\*. 570 nm). O analisador de aminoácidos é
construído de modo que possa medir, continuamente, a absorvância do eluato (a 570 nm) e registrá-
la em função do volume do efluente.
Um gráfico típico obtido de analisador automático de aminoácidos é mostrado na Fig.24.3. Quando
o procedimento é padronizado, as posições dos picos são caracteísticas de cada aminoácido, e as
áreas definidas pelos picos correspondem às suas quantidades relativas.
Ninidrina é o hidrato de indano-1,2,3-triona. Com exceção da prolina e da hidroxiprolina, todos
os a-aminoácidos encontrados nas proteínas reagem com ninidrina, dando o mesmo ânion de intensa
coloração púrpura (ì,.* 570 nm). Não detalharemos o mecanismo aqui, mas observe que a única parte
do ânion que provém do a-aminoácido é o nitrogênio.
Indano-1r2r3-triona
o
o
Ninidrina
o
1,0
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i " , ' ( -Hro v\( ry
O +- O O
Ânion de cor púrpura
Acido -Sulfona da metionina Treonina
Glicina 4ilffi
Acido -
glutamrco
Acido
aspártico
Serina
Cistina
Al
/ t \ , \
Efluente, mL 60 80 100 I2O 140 160 r80 200
_|-
Metionina lqalpr nrnâ - Llslna -
:Hist i , lna=
NH.-
F-F
Fenilalanina
Ar
Arsl{iïa
I
-Tirosina-1
rf
11.. I I
330 350 370 390 410 430 470 490 90 110 130
Aminoácidos e Proteínas 409
Prolina e hidroxiprolina não reagem com ninidrina do mesmo modo porque os respectivos grupos cr-
amino são aminas secundárias e fazem parte de anel de cinco membros.
24.5 A SeOüÊNcrA DEAt"ílxoactDos Nos PoLIPEPTíDlos E NAs
Pnorrínns
lJmavez determinada a composição de aminoácidos da proteína ou do polipeptídio, devemos em
seguida determinar seu peso molecular. Vários mótodos são disponíveis para isto, incluindo técnicas
químicas, espectrometria de massa, ultracentrifugação, difusão de luz, pressão osmótica e difração
de raios X. Tendo o peso molecular e a composição de aminoácidos, podemos agora calcular afór-
mulamolecular daproÍeína; isto é, podemos saber quantos aminoácidos de cada tipo estão presentes
çomo resíduos de aminoácido em cada molécula de proteína. Infelizmente, porém, este é só o come-
ço da tarefa de determinar a estrutura da proteína. A etapa seguinte é realmente formidável. Temos
que determinar a ordem em que os aminoácidos estão conectados; ou seja, temos que determinar a
estrutura covulente (ou estratura primária) d.o polipeptídío.
Um tripeptídio simples composto por 3 aminoácidos diferentes pode ter 6 seqüências diferentes
de aminoácidos; um tetrapeptídio composto por 4 aminoácidos diferentes pode ter 24 seqüências.
Para uma proteína constituída por 20 aminoácidos diferentes, numa só cadeia de 100 resíduos, exis-
tem 20100 : I,27 X 10130 polipeptídios possíveis, um número muito maior do que o número de áto-
mos que se estima haver no Universo (9 x 10i).
Apesar disto, foram desenvolvidos muitos métodos que permitem a determinação da seqüência
de aminoácidos e, como veremos, estes métodos foram empregados com sucesso fantástico. Limita-
remos nossa discussão a dois métodos, que ilustram como as determinações de seqüência podem ser
feitas: a análise dos resíduos terminais e a hidrólise parcial. Na Seção 25.6 estudaremos um mé-
todo mais simples.
24.5 A Análise dos Resíduos Terminais
Um método muito útil para determinar o resíduo de aminoácido N-terminal, chamado método de
Sanger, baseia-se no uso de 2,4-dinitrofluorbenzeno (DNFB). Quando um polipeptídio é tratado com
DNFB, em solução levemente básica, ocone uma substituição nucleofílica aromática (S"Ar, veja Seção
21.11) envolvendo o grupo amino livre do resíduo N-terminal. Hidrólise subseqüente do polipeptí-
dio dá uma mistura de aminoácidos, onde o aminoácido N-terminal está marcado pelo grupo 2,4-
dinítrofenil. Então, depois de separar este aminoácido da mistura, podemos identificá-lo.
Este método foi introduzido
por Frederick Sanger. da
Universidade de
Cambridge, em 1945.
Sanger usou este
procedimento
extensivamente na
determinação da seqüência
de aminoácidos da insulina
e ganhou o Prêmio Nobel de
Química, pelo seu trabalho,
em 1958.
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o,N-< ( )F-F' \--7
+ H.NCHCO-NH
Al
I
R
Polipeptídio
CHCO*etc
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HCO.-
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2,4-Dinitrofl uorbenzeno
(DNFB)
o.N -1íì\- NHCHCo - NIrcHCo *.t.. 
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Not
Polipeptídio marcado
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o,N-1( 
' /-NHCHco,H
\></ |
\R
NOt
Aminoácido
, N-terminal marcado
-
Separar e identificar
Probfema 24,5 > A propriedade de retirar elétrons do grupo 2,4-dinitrofenila torna a separação do aminoácido
marcado muito fácil. Susira como isto é feito.
+
+ H,NCHCO,-
I
R'
Mistura de
aminoácidos
,T
410 Aminoácidos e Proteínas
É certo que o 2,4-dinitrofluorbenzeno reagirá com qualquer grupo amino livre presente no poli-
peptídio, inclusive o grupo e-amino da lisina. Porém, apenas o aminoácido de resíduo N-terminal
será marcado no grupo a-amino.
O segundo método de análise do resíduo N-terminal é a degradação de Edman (desenvolvido por
Pehr Edman, da Universidade de Lund, Suécia). Este método oferece uma vantagem sobre o método
de Sanger, já que remove o resíduo N-terminal e deixa a cadeia peptídica restante intacta. A degrada-
ção de Edman é baseada na reação de marcação entre o grupo amino N-terminal e o isotiocianato de
fenila, CuHrN:C- S.
R'
C
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L)-r-:c:s + n"Ncnco-NHCHco*",.. !!.%
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R
Polipeptídio marcado
/o
S-C
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ry-cx l{
INR
Intermediário instável
+
+
Feniltioidantoína
IT3NCHCO*
R'
Polipeptídio com um resíduo
de aminoácido a menos
Quando o polipeptídio marcado é tratado com ácido, o resíduo de aminoácido N-terminal separa-se
como intermediário instável, que se rearranja e forma uma feniltioidantoína. Este produto pode ser
identificado por comparação com feniltioidantoínas preparadas a partir de aminoácidos-padrão.
O polipeptídio que pennanece após a primeira degradação de Edman pode ser submetido a outra
degradação, para identificar o próximo aminoácido na seqüência. O processo foi, inclusive, automa-
tizado.Infelizmente, degradações de Edman não podem ser repetidas indefinidamente. A medida que
os resíduos vão sendo sucessivamente removidos, os aminoácidos formados pela hidrólise, durante o
tratamento ácido, se acumulam na mistura reacional e interferem no procedimento. A degradação de
Edman, no entanto, foi automatizada, no que se denomina seqüenciador. Cada aminoácido é detec-
tado automaticamente, à medida que é removido. Esta técnica foi aplicada de modo bem-sucedido
para polipetídios com até 60 resíduos de aminoácidos.
Resíduos C-terminais podem ser identificados pelo uso de enzimas digestivas, çhamadas carbo-
xipeptidases. Estas enzimas catalisam, especificamente, a hidrólise da ligação amida do resíduo de
aminoácido contendo um grupo -CO2H livre, liberando-o como aminoácido livre. Uma carboxt-
peptidase, no entanto, continuará atacando a cadeia do polipeptídio remanescente, arrancando os
resíduos C-terminais. Conseqüentemente, será necessário seguir os aminoácidos liberados em fun-
ção do tempo. O procedimento pode ser aplicado a apenas uma seqiiência limitada de aminoácidor
pois, depois de um ceÍo tempo, a situação fiça muito complicada pÍÌra ser compreendida.
Probfema 24.6 > (a) Escreva uma reação mostrando como 2,4-dinitrofluorbenzeno pode ser usado para identificar o
aminoácido N-terminal de Val.Ala.Gli. (b) Que produtos você esperaria (após hidrólise) quando
Val.Lis.Gli é tratado com 2,4-dinitrofluorbenzeno?
Problema 24.7 > Escreva as reações envolvidas na degradação de Edman seqüencial de Met.Ile.Arg.
\minoácidos e Proteínas 4ll
24.58 Hidrólise Parcial
Análise seqüencialutilizando degradação de Edman ou carboxipeptidase torna-se impraticável com
proteínas ou polipeptídios de tamanho apreciável. Felizmente, porém, pode-se recorrer a outra técnica,
a da hidrólise parcial. Usando ácidos diluídos ou enzimas, tenta-se quebrar a cadeia de polipeptídio
em fragmentos menores, que possam ser identificados mediante a técnica do DNFB ou pela degrada-
ção de Edman. Então, examinam-se as estruturas destes fragmentos menores, procurando por pontos
de sobreposição; e tenta-se estabelecer a seqüência de aminoácidos do polipeptídio original.
Considere um exemplo simples: Temos um pentapeptídio que sabemos que contém valina (dois
resíduos), leucina (um resíduo), histidina (um resíduo) e fenilalanina (um resíduo). Com esta infor-
mação podemos escrever a "fórmula molecular" da proteína do seguinte modo, usando vírgulas para
indicar que a seqüência é desconhecida.
Valr, Leu, His, Fen
Vamos admitir que, mediante DNFB e carboxipeptidase, descobrimos que a valina e a leucina são
os resíduos N-terminal e C-terminal, respectivamente. Até então sabemos que:
Val (Val, His, Fen) Leu
Mas a seqüência dos três aminoácidos não-terminais ainda é desconhecida.
Submetemos, então, o pentapeptídio a hiúólise ácida parcial e obtemos os dipeptídios a seguir.
(Também obtemos aminoácidos individuais e fragmentos maiores, i.e., tripeptídios e tetrapeptídios.)
Val.His * His.Val * Val.Fen * Fen'Leu
Os pontos de sobreposição dos dipeptídios (His, Val e Fen) nos dizem que o pentapeptídio original
deve ser o seguinte:
Val.His.Val.Fen.Leu
Duas enzimas também são empregadas freqüentemente para clivar ceúas ligações peptídicas numa
proteína maior. Atripsina catalisa preferencialmente a hidrólise de ligações peptídicas onde o grupo
carboxila fazparte do resíduo da lisina ou da arginina. A quimotripsina catalisapreferencialmente a
hidrólise de ligações peptídicas nos grupos carboxila da fenilalanina, da tirosina e do triptofano.
Também ataca as ligações peptídicas nos grupos carboxila da leucina, da metionina, da asparagina e
da glutamina. O tratamento de uma proteína grande com tripsina ou com quimotripsina a dividirá em
pedaços menores. Depois, cada pedaço menor pode ser submetido a uma degradação de Edman ou a
um processo de marcação seguido por hidrólise parcial.
Problema 24.8 > A glutationa é um tripeptídio encontrado na maioria das células vivas. Hidrólise parcial catalisada
por ácido da glutationa gera dois dipeptídios, o Cis.Gli e um outro constituído por Glu e Cis.
Quando este segundo dipeptídio é tratado com DNFB, a hidrólise âçida dâ Glu com N marcado.
(a) Com base apenas nesta informação, que estruturas seriam possíveis para a glutationa? (b)
Experiências de síntese mostraram que o segundo dipeptídio possui a seguinte estrutura:
H"úcHCH,cH,coNHCHCo, -
éo,- òr,rt
Qual é a estrutura da glutationa?
Probfema 24.9 > Dê a seqüência de aminoácidos dos seguintes polipeptídios, usando apenas os dados fornecidos
pela hidrólise ácida parcial.
(a) Ser, Hip, Pro, Tre 
F 
Ser.Tre * Tre.Hip -| Pro.Ser
(b) Ala, Arg, Cis, Val, Leu 
# 
Ala'Cis + Cis.Arg Ì Arg.Val*Leu.Ala
24.6 EsrRuruRAs PRrMÁnlas DE Pol.tpEpríDtos e PnoreíNas
A estrutura covalente de uma proteína ou de um polipeptídio é chamada de estrutura primária
Gig.2a.q. Empregando as técnicas que descrevemos nas seções anteriores, os químicos obtiveram
notável sucesso na determinação de estruturas primiírias de polipeptídios e proteínas. Os compostos
descritos nas páginas seguintes são exemplos importantes.
412 Aminoácidos e Proteínas
Fig, 24.4 Representação da
estrutura primária de um
tetrapeptídio.
Vincent du Vigneaud, da
Escola de Medicina de
Cornell, sintetizou a
oxitocina e a vasopressina
em 1953; recebeu o Prêmio
Nobel de Química em 1955.
ffi Hidrogênio
@ Gruoo n
@ ruitrogonio
* Ligação peptídica
@
@
24.6A Oxitocina e Vasopressina
Oxitocina e vasopressina (Fig. 24.5) são dois polipeptídios bastante pequenos, com estru-
turas notavelmente semelhantes (onde a oxitocina tem leucina, a vasopressina tem arginina e
onde a oxitocina tem isoleucina, a vasopressina tem fenilalanina). Apesar da semelhança das
seqüências de aminoácidos, estes dois polipeptídios possuem efeitos fisiológicos muito diferen-
tes. A oxitocina ocorre apenas nas fêmeas das espécies animais e estimula a contração do útero
durante o parto. A vasopressina ocorre em machos e fêmeas e causa a contração dos vasos san-
guíneos periféricos e o aumento da pressão sanguínea. Sua principal função, entretanto, é como
antidiurético; os fisiologistas referem-se freqüentemente à vasopressina como hormônio anti-
diurético.
As estruturas da oxitocina e da vasopressina também ilustram a importância da ligação dissulfeto
entre resíduos de cisteína (Seçáo24.2A) na estrutura primária global de um polipeptídio. Nestas duas
molóculas as ligações dissulfeto levam a uma estrutura cíclica.
Oxigênio
Carbono
Probfema 24.10 > O tratamento da oxitocina com certos agentes redutores (p. ex., sódio em amônia líquida) causa
uma única modificação química, que pode ser revertida por oxidação ao ar. Que mudanças
químicas estão envolvidas?
24.68Insulina
Insulina, um hormônio secretado pelo pâncreas, regula o metabolismo da glicose. A defìciência
de insulina nos humanos é o principal problema do diabetes melito.
A seqüência de aminoácidos da insulina bovina (Fig.24.6) foi determinada por Sanger em 1953.
após 10 anos de trabalho. A insulina bovina tem um total de 51 resíduos de aminoácidos, em duas
cadeias polipeptídicas, chamadas de cadeia A e cadeia B. Estas cadeias estão unidas por duas liga-
ções dissulfeto. A cadeia A contém uma ligação dissulfeto adicional entre os resíduos de cisteína nas
posições 6 e 11.
A insulina humana difere da insulina bovina em apenas três resíduos de aminoácido: A treonina
substitui a alanina uma veznacadeia A (resíduo 8) e uma vez na cadeia B (resíduo 30), e a isoleucina
substitui a valina umavez na cadeia A (resíduo 10). As insulinas da maioria dos outros mamíferos
possuem estruturas semelhantes.
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H2NCCH2NH-C-
NH
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Oxitocina
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Vasopressina
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H"N_CH-C-NHCH-C-NH" ll I ll r'""
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I
OH
Fig. Z4.S As estruturas da oxitocina e da vasopressina. Os resíduos de aminoácidos que diferem entre
eles são mostrados em vermelho.
414 Aminoácidos e Proteínas
Fig, 24.6 A seqüência de
aminoácidos da insulina
bovina.
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. .- í \ \
cadeia A S 
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| ï " ' \
GIi-Ile-Val-Glu-Gln- Cis Ser -\\ ,/ Leu'Cis -Alâ |
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sl
1 ci',
cadeia B Ì 
"l;Fen-Val-Asn-Gln-His-Leu- Cis 
-i-
Cu *]''
I Asn
Glu-Val-Leu-His-Ser I,/
AIa Tir
\ l
Leu- Tir -Leu-Val- Cis -S-S- Cis
l l
Gli Asn
Ala - Lis -Pro- Tre - Tir - Fen - Fen - Gli -Arg-Gltr
A doença genética denominada anemia falciforme resulta do erro de um único aminoá-
cido na cadeia B da hemoglobina. Na hemoglobina normal, a posição 6 tem um resíduo de
ácido glutâmico, enquanto na hemoglobina com célula falciforme a posição 6 é ocupada
pela val ina.
As células vermelhas do sangue (eritrócitos) que contêm hemoglobina com este erro de
resíduo de aminoácido tendem a adquirir forma crescente (de foice) quando a pressão par-
cial do oxigênio é baixa, como no sangue venoso. Torna-se mais difícil para o coração bom-
bear estas células distorcidas através de vasos capilares pequenos. Quando se aglomeram,
as células podem causar o entupimento dos vasos; em outros casos podem até se dividir. Crianças
que herdam esta característica genética de ambos os pais sào afetadas pela forma mais severa da
doença e normalmente não atingem os dois anos de idade. As que herdam esta doença de apenas
um dos paisgeralmente são afetadas por uma forma muito mais branda. A anemia falciforme sur-
giu entre as populações da África central e ocidental onde, ironicamente, poderia ter um efeito
benéfico. Pessoas acometidas pela forma branda da doença são muito menos suscetíveis à malária
do que aquelas com hemoglobina normal. Maliária, doença causada por um organismo infeccioso,
prevalece principalmente nas regiòes central e ocidental da Africa. Mutações como as que levam
à anemia falciforme são muito comuns. Aproximadamente 150 tipos diferentes de hemoglobina
modificada foram detectados no homem; felizmente, a maioria é inofensiva.
24.6C Outros Polipeptídios e ProteÍnas
Análises seqüenciais bem-sucedidas foram alcançadas para centenas de outros polipeptídios e pro-
teínas, incluindo os que se seguem:
L. Ribonuclease bovina. Esta enzima que catalisa a hidrólise do ácido ribonucléico (Cap. 25), pos-
sui uma única cadeia, constituída por 124 resíduos de aminoácidos e quatro ligações dissulfeto no
interior da cadeia.
2. Hemoglobina humana. Há quatro cadeias peptídicas nesta importante proteína careadora de oxr-
gênio. Duas cadeias a idênticas, cada uma com 141 resíduos, e duas cadeias B idênticas, cada
uma com 146 resíduos.
Células vermelhas do
sangue, normal
(esquerda) e em forma
de foice (direita),
visualizadas com um
microscópio de
varredura de elétronso
com ampliação de 18.000
vezes.
Química
Aminoácidos e Proteínas 415
3. Tripsinogênio e quimotripsinogênio bovinos. Estes dois precursores enzimáticos possuem ca-
deias simples constituídas, respectivamente, por 229 e 245 resíduos de aminoácidos.
4. Gamaglobulina. Esta imunoproteína tem um total de L32O resíduos de aminoácidos em quatro
cadeias, duas com 214 resíduos e duas com 446 resíduos.
5. p53, uma proteína anticâncer. A proteína chamada p53 (p de proteína), constituída por 393 resíduos
de aminoácidos, possui viárias funções celulares, mas as mais impoÍantes envolvem o controle das eta-
pas que levam ao crescimento das células. Atua como supressor de turnor, obstando o crescimento
anormal de células normais e, desta maneira, previne o câncer. Descoberta em 1979, imaginou-se ini-
cialmente que a proteína p53 fosse sintetizada por um oncógeno (gene que causa câncer). Pesquisas
mais recentes, porém, mostraram que a forma da p53 que se pensava ter esta ação cancerígena era uma
forma mutante da proteína normal. A forma sem mutação (ott tipo selvagem) da p53 apaÍentemente
coordena um conjunto complexo de respostas a variações do DNA que, de outra maneira, poderiam
levar ao câncer. Quando p53 sofre mutação, a proteína não mais atribú à célula sua função de preven-
ção contra o câncer; apaÍentemente faz o oposto, agindo para estimular o crescimento anormal.
Mais da metade das pessoas diagnosticadas com câncer, a cada ano, possuem uma forma mu-
tante da p53 no tumor. Formas diferentes de câncer foram mostradas como resultantes de muta-
ções diferentes da proteína e a lista de tipos de câncer associados à p53 mutante inclui a maioria
das partes do corpo: cérebro, seios, vesícula, colo do útero, cólon, fígado, pulmão, ovário, pâncre-
as, próstata, pele, estômago etc.
6. Proteínas Ras. São proteínas modifiçadas associadas ao crescimento celular e à resposta das células à
insulina. Pertencem à classe de proteínas denominadas proteínas preniladas, nas quais os grupos lipídi-
cos derivados dabiossíntese de isoprenóide (Tópico Especial D) são apendiculados como úoéteres aos
resíduos C-terminais da cisteína. Certas formas mutantes das proteínas rdr causam modificações
oncogênicas em vários tipos de células eucarióticas. Um efeito da prenilação e de outras modifi-
cações lipídicas das proteínas é prender estas proteínas nas membranas celulares. A prenilação
pode também auxiliar o reconhecimento molecular de proteínas preniladas por outras proteínas.x
24.7 Sírurese DE Pol.rpEpríDtos E DE PRorEíNAs
Vimos no Cap. 18 que a síntese da ligação amida é relativamente simples. Inicialmente devemos
"ativar" o grupo carboxila do ácido, convertendo-o em anidrido ou em cloreto de ácido, e depois
provocar a reação com uma amina:
ooo
l l i l l l
R-C-O-C-R + R'-NH, --+ R-C-NHR' + R-CO,H
Anidrido Amina Amida
O problemaficaumtanto mais complicado, porém, quando o grupo ácido e o grupo amino estãopresentes
na mesma molécula, como é o caso dos aminoácidos. E especialmente complicado quando nosso objetivo
é a síntese de uma poliamida de ocorrência natural, em que a seqüência de aminoácidos diferentes tem
importância capital. Consideremos como exemplo a síntese do dipeptídio simples aÌanilglicina, Ala'Gli.
Podemos inicialmente ativar o grupo carboxila da alanina converlendo-o em cloreto de ácido e depois
deixálo reagir com a glicina. Infelizmente, no entanto, não podemos evitar que o cloreto de alanila reaja
consigomesmo. Nossareação, então, formarianão apenas Ala'Gli, mas tambémAla'Ala. Podeíamoster
ainda Ala.Ala'Ala, Ala.A1a.Gli, e assim por diante. O rendimento do produto desejado seria baixo e terí-
amos também o difícil problema da separação dos dipepídios, tripepídios e pepídios maiores.
ooo
ll ,,, ,o.t" tl I
CHìCHCO ;, ' .+ CH.CHCNHCH2CO2- + CHTCHCNHCHCO,
| 
. - . - - , {CH2CO2- ' l | |
TH, YH. TH, CH.
Ala Gli Ala'Gli Ala.Ala
oooo
l l l l l l l l
+ CH.CHCNHCHCNHCHCO,- + CH?CHCNHCHCNHCH2COT- * outros' r t l l l
IH, CH. CH, TH, CH,
AÌa.Ala 'Ala Ala'Ala 'Gl i
*Veja Gelb, M. H. Modification of Proteins by Phenyl Groups
Greenwich, CT, 1995; Vol.4, Cap. 14,p.373-333.
No Prínciples of Meclìcal Bíology, Bittu, E. E., Bittil, N., Eds.; JAI Press:
416 Aminoácidos e Proteínas
24.7 A Grupos Protetores
A solução deste problema ó "proteger" o grupo amino do primeiro aminoácido antes de ativá-lo e
então deixá-lo reagir com o segundo. Por proteção do grupo amino entendemos que devemos conveÍê-
lo em outro grupo de baixa nucleofilicidade - um grupo que não ird interagir com um derivado acila
reativo. O grupo protetor deve ser escolhido com cuidado, pois após termos sintetizado a ligaçãp amida
entre o primeiro e o segundo aminoáçidos, teremos que removê-lo sem perturbar a nova ligação amida.
Muitos reagentes que reúnem estas características foram desenvolvidos. Dois deles, usados fre-
qüentemente, são o cloroformato de benzila e o caÍbonato de di-terc-bú11a.
oo
i l t l
c6HscH2o-c-cl (cH3)3co-c-oc(cH3)3
Cloroformato de benzila Carbonato de di-Íerc-butila
Ambos reagem com grupos amino e formam derivados inativos frente a acilação posterior. Os dois
derivados, poÍanto, são do tipo que permite a remoção do grupo protetor sob condições que não afetam as
ligações pepídicas. O grupo benziloxicarbonila (abreviado como Z) pode ser removido por hidrogenação
catalítica ou pelo tratamento do derivado com lIBr a frio em ácido acético. O grupo /erc-butiloxicarbonila
(abreüado como Boc) pode ser removido pelo tratamento com HCI ou com CFTCOTH em ácido acético.
Grup o b e nziloxic arb o nila
o
tl
cH2oc-NH-R + Cl-
Grupo
benziloxicarbonila ou Z
lH,/Pdv
@."rBr 
* co, + H2N-R 
@."3 
+ co2 + H2N-R
o
H.. Pd ll
R 
C.HsCHr + HOCR
o
/-. ll
QF.",oë-cr 
+ H2N-R F
Cloroformato de benzila
ácido acético
(frio)
Grup o terc -butiloxic arb onila
oo
ll n,"" ll
(CHJ3COCOC(CHJ3 + H2N-R 
ËÌ,(CHJ3COC-NHR 
+ (CH3)3COH
Carbonatodedi-Íerc-butila 
-
Grupo /erc-butiloxicarbonila
ou Boc
I 
HCI ou CFrCo2H
I a.ioo u.ãf.o. zs'c
(cHr)rc:cH, +vco, + HrN -R
A facilidade de remoção de ambos os grupos (Z e Boc) em meio ácido resulta da estabilidade
acentuada dos carbocátions que são formados inicialmente. O grupo benziloxicarbonila geraum cdtion
benzila: o grupo terc-butrloxicarbonila gera, inicialmente, um cáttion terc-butila.
A remoção do grupo benziloxicarbonila com hidrogênio e catalisador é conseqüência de as liga-
ções benzila-oxigênio serem fracas e estarem sujeitas a hidrogenólise a temperaturas baixas.
o
tl
c6H5cH2-ocR
Um éster benzílico
24.78 Ativação do Grupo Carboxila
Talvezo modo mais óbvio de ativar um grupo carboxila seja a sua conversão em cloreto de acila.
Este métodofoi usado nas primeiras sínteses de peptídios, mas os cloretos de acila são, na verdade.
mais reativos do que o necessário. Conseqüentemente, seu uso leva a reações laterais complicadas.
Um método muito melhor consiste na conversão do grupo carboxila do aminoácido "protegido" em
o
tl
um anidrido misto, usando cloroformato de etila, CI-C-OC"H".
A,minoácidos e Proteínas 417
?ooi l ír) (c"H.)"N ll l l
Z-NHCHC-OH ----- Z-NHCH-C-O-C-OC2H.
| 
(r) C|CO2C,Hr 
I
RR
"Anidrido misto"
O anidrido misto pode então ser usado para acilar outro aminoácido e formar uma ligação peptídica.
o O u.fr-cncor- O
l Í l r I , i l
Z-NHCHC-O-COC2H. Z-NHCHC-NHCHCO2H + CO2 + C2H5OH
t ' " r l
R
Pode-se empregaÍ também dicicloexilcarbodiimida (Seção 18.8E) para ativar o grupo carboxila de
um aminoácido. Na Seçáo 24.7D veremos como este reagente é usado numa síntese automática de
peptídio.
24.7C Síntese de Peptídios
Examinemos agora como poderemos usaÍ estes reagentes na preparação do dipeptídio simples
Ala'Leu. Os princípios envolvidos aqui podem ser estendidos, como é evidente, para a síntese de
cadeias peptídicas muito mais longas.
o
II
cH3cHCO2- + C6H5CH2OC-C|
I
NH,
Aìa Cloroformato de benzila
CH,CH-CO.H
I
NH
I
C:O
I
c6HscH2o
Z-Na
+
NH'
I
(cH)2CHCH2CHC02-
Leu
CHr
I
OH+
25"C
(1) (C,H.) ,N
(2) CtCOrC2Hr
oo
l l t l
cHlcH-c-ococ2H5
I
NTI
I
c:o
I
cóH5cH2o
Anidrido
misto de Z.Ala
NH
I
o
tl
CH3CH-ë-NHCHCO2H 
H2lPd 
>
------ì*
co2 + c2HsoH
C:O CH
| . / \
c6H.cH2ò HrC CH,
Z-Ala . Leu
o
cH3cHCNHCHCo2- . Õ!cH3 + co2r t \Y
ÌH, ÇH'
I
CH
, / \
H.C CH.
Ala . Leu
418 Aminoácidos e Proteinas
Problema 24.1 | > Mostre todas as etapas da síntese de Gli'Val'Ala, usando o grupo terc-bttiToxicarbonila (Boc)
como grupo protetor.
Problema 24j2> A síntese de um polipeptídio contendo lisina requer a proteção de dois grupos amino. (a) Mostre
como você o faria na síntese de Lis.Ile, usando o grupo benziloxicarbonila como grupo protetor.
(b) O grupo benziloxicarbonila também pode ser usado para proteger o grupo guanidino,
NH
I I
-NHC-NHr, da arginina. Mostre a síntese da Arg'Ala.
Problema 24.13 > Os grupos carboxila terminais do ácido glutâmico e do ácido aspiírtico são protegidos, freqüente-
mente, pela sua conversão em ésteres benzflicos. Que método brando pode ser usado para a
remoção deste grupo protetor?
24.7D Síntese Automatizada de Peptídios
Embora os métodos que descrevemos até agora sejam usados para sintetizarmútos polipeptídios, inclu-
indo alguns tão grandes quanto a insúina, eles consomem muito tempo. E necessário isolar e purificar o
produto em quase todas as etapas. Um avanço real noúvel na síntese de pepídios surgiu com o desenvolvi-
mento de um procedimento para a sÍntese automatizada de pepídios, de autoria de R. B. Merrifield (da Uni-
versidade de Rocldeller). Merrifield recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1984 por este trabalho.
O método dd Menifield baseia-se no uso de uma resina de poliestireno, semelhante à que vimos
na Fig. 24.2, mas que contém grupos -CH2C| no lugar de grupos ácido sulfônico. Esta resina é usa-
da na forma de pequenos grãos e é insolúvel na maioria dos solventes.
A primeira etapa na síntese automatizada de peptídios (FiS. 2a.7) consiste na reação que liga o
primeiro resíduo de aminoácido protegido aos grãos da resina. Terminada esta etapa, o grupo prote-
oo
l l l l
Grãosde FCHTCI + HOCCHNHCOC(CHB)3resina \,-/ 
t
I our"
Y
oo
l l ì l
) CHpCCHNHCOC(CH3)3
' r - l
R
I CFÌCO2H em CH,C',+
o
cH20ccHNH2
I
R
19()
l l
lHoccHNHcoc(cH3)3
I R' ,"
I 
dicicloexilcarbodiimida
Y
ooo
l l l l
F cHrocc HNHCCHNHCOC(CH3)3
---/ | |
RR'
I CFìCO2H em CH2C|2
ü
Repetições das etapas 4-7
I ner em cF.CorHv
Etapa 7
Etapa 2
Etapa 3
Etapa 4
Etapa 5
Etapa 6
Etapa 7
Etapa Final
Liqa o resíduo de
am-i n oác ido C-terminal
(protegido) à resina
Purifica, por lavagem,
a fesrna com o
resíduo ligado
Remove o
grupo protetor
Purificação por lavagem
Adiciona o oróximo resídur'
de aminoácido (protegido )
Purificação por lavagem
Remove o
grupo protetor
Desconecta o polipeptídio
completo
Fig.24.7 Método de
Merrifield para síntese
automatizada de proteínas.
t*'
ooo
r r l l l l
}-CttrBr + HOCCHNHCCHNHCCHNH- etc.- -J- t l l
RR'R'
Aminoácidos e Proteínas 419
tor é removido e o próximo aminoácido (também protegido) é condensado com o primeiro, usando-
se dicicloexilcarbodiimida (Seção 18.8E) para ativar seu grupo carboxila. Depois, a remoção do gru-
po protetor do segundo resíduo prepara a resina-dipeptídio para a próxima etapa.
A grande vantagem deste procedimento é que a purificação da resina, com seus polipeptídios co-
nectados, pode ser realizadaapós cadaetapa, pela simples lavagem com o solvente adequado. Como
as impurezas não estão conectadas à resina insolúvel, elas são simplesmente arrastadas pelo solven-
te. No procedimento automatizado, çada ciclo da "máquina de fabricar proteína' requer apenas 4 h
para ligar um novo resíduo de aminoácido. A síntese de proteínas no organismo, catalisada por enzi-
mas e dirigida pelo DNA e pelo RNA, leva apenas 1 min para juntar 150 aminoácidos numa seqüên-
cia específica (veja Seção 25.5).
A técnica de Menifield foi aplicada com sucesso na síntese da ribonuclease, uma proteína com
124 resíduos de aminoácidos. A síntese envolveu 369 reações químicas e 11.931etapas automatiza-
das - todas realizadas sem o isolamento dos intermediários. A ribonuclease sintética não apenas
tinha as mesmas características físicas da enzima natural, mas possuía também atividade biológica
idêntica. O rendimento total foi de 177o, o que significa que o rendimento médio de cada etapa indi-
vidual foi maior qte99Vo.
Problema 24.,4> A resina usada no processo de Merrifield é preparada tratando-se poliestireno, -f-CftrCUf,
t l f
\ CoHr/,
com CHTOCHTCI e um ácido de Lewis como catalisador. (a) Qual a reação envolvida? (b) Após a
purificação, o polipeptídio ou a proteína completos podem ser desconectados da resina pelo
tratamento com HBr em ácido trifluoracético, em condições suficientemente brandas que não
afetam as ligações amida. Que característica estrutural da resina torna isso possível?
Probf ema 24.15 > Esboce as etapas da síntese de Lis'Fen'Ala usando o processo de Menifield.
24.8 EsrnuruRAs SEcUNDÁRn,TERcIÁRIA E QUATERNARIA DAs
PnoreíNns
Vimos como as ligações amida e dissulfeto constituem a estrutura covalente ot estrutura primd-
ria das proteínas. Igualmente importante para a compreensão do modo de funcionamento das prote-
ínas é o conhecimento do arranjo tridimensional das cadeias peptídicas. Este arranjo envolve as es-
truturas secundária e terciiíria das proteínas.
24.8A Estrutura Secundária
Define-se como estrutura secundária de uma proteína a conformação local de seu esqueleto
polipeptídico. Tais conformações locais se descrevem em termos de padrões regulares de dobra-
mento, conhecidos como hélices, lâminas pregueadas e espiras. As principais técnicas experimen-
tais usadas na elucidação das estruturas secundárias das proteínas são raios X e RMN (incluindo
RMN 2D).
Quando os raios X atravessam uma substância cristalina, produzem padrões de difração diferen-
tes. Análise destes paúões indica uma repetição regular de certas unidades estruturais específicas,
com distâncias fixas entre elas, chamadas módulos de repetição. Análise de raios X revelou que a
cadeia polipeptídica de uma proteína natural pode interagir consigo mesma de dois modos princi-
pais: pela formação de lâmina B-pregueada e de a-hélice.
Para compreender como ocorrem estas interações, observemos inicialmente o que a análise de raios
X revelou sobre a geometria da própria ligação peptídica. As ligações peptídicas tendem a assumir
uma geometria onde seis átomos da ligação amida estão coplanares (Fig.24.8). A ligação çarbono-
nitrogênio da amida é excepcionalmente curta, indicando que são importantes as contribuições de
ressonância mostradas a sequir.
\.. /o
N-C <---> N:C
,/ \
\+
Conseqüentemente, a ligação carbono-nitrogênio possui carâÍer acentuadode ligação dupla(-4OVo)
e as rotações dos grupos ao redor desta ligação são drasticamente dificultadas.
Rotações dos grupos ligados ao nitrogênio amídico e ao carbono carbonflico são relativamente
livres, porém estas rotações permitem que as cadeias peptídicas adquiram conformações diferentes.
,/o
420 Aminoácidos e Proteínas
Fig. 24.8 A geometria e os
comprimentos das ligações
(em angstrõms, Ã) da
ligação peptídica. Os seis
átomos envolvidos tendem
a estar coplanares e
assumem um arranjo
'transóide". [De Voet, D.;
Yoet, J. G. Biochemistry, 2,"
ed.; \ililey: New York,
1995; p. 142. Impresso com
autorização.l
Cadeia principal
Grupo trans-peptídico
O arranjo transóide dos grupos ao redor da ligação amida, relativamente ígida, faz com que os
grupos R se alternem de um lado a outro da cadeia peptídica completamente esticada:
Os cálculos mostram que a cadeia peptídica teria um módulo (i.e., distância entre unidades alterna-
das) de 7,2 Ã.
Cadeias polipeptídicas completamente esticadas poderiam formar uma estrutura laminar, com ami-
noácidos alternados, de cada cadeia, formando duas ligações hidrogênio com um aminoácido na ca-
deia adjacente:
HR
"zì
-N\_. , - . - r - t - . . - . , -N\.-c\ , , -(- 
^ -c- -c- 
N
s\ | l l s \ |
;-R H H I ;_R H tI
*" ï ï ïH 
ó 
' Ì* ' ï Ï ïH 
òz.. l l l | "z l l l
Cí- 'NCC
:../-\"/ \c / ' ' \r/ 
-\N,/,,- \
ll I ,,*.'\_ ll I
a H HR g tr
Estrutura laminar hipotética
(não se forma devido ao impedimento estérico)
Esta estrutura não ocorre nas proteínas naturais, devido à aglomeração que existiria entre os grupos
R. Se existiss e, tena o mesmo módulo da cadeia peptídica esticada, ou seja, 7,2 Ã.
Uma pequena rotação das ligações, entretanto, pode transformar uma estrutura laminar na estru-
tura chamada lâmina B.pregueada ou configuração B Gig. 24.9). A estrutura de lâmina pregueada
fornece espaço suficiente aos grupos R, pequenos e médios, para evitar repulsões de van der \Vaals.
É a estrutura predominante da fibroína da seda (487o de resíduo de glicina e 38Vo de resíduos de se-
rina e de resíduo de alanina). A estrutura de lâmina pregueada possui módulo de repetição um pouco
menor, 7,0 Ã, do que a de folha laminar.
De importância muito maior para as proteínas de ocorrência natural é a estrutura secundi4ria cha-
mada a-hélice (Fig. 24.10). Esta estrutura é uma hélice dextrogira, com 3,6 resíduos de aminoácido
por volta. Cada grupo amida na cadeiafazuma ligação hidrogênio com outro grupo amida, à distân-
:
o
tl
:
ô
tl
Aminoácrdos e ProteÍna:
Fig.24.i A lâmina B-
pregueadâ ou configuração
p de uma proteína. [Figura
com direitos autorais @ por
Irving Geis. De D. Voet, J.
G. Biochemistry, 2," ed.;
Wiley: New York, 1995; p.
L50, Impresso com
autorização.l
cia de três resíduos de aminoácido, em qualquer das duas direções, e os grupos R estão todos dirigi-
dos para longe do eixo da hélice. O módulo da a-hélice é 5,4 A.
A estrutura a-helicoidal é encontrada em muitas proteínas; é a estrutura predominante das cadeias
polipeptídicas de proteínas fibrosas, tais como miosina, a proteína dos músculos, e da a-queratina, a
proteína dos cabelos, da lã não-tensionada e das unhas.
As hélices e as lâminas pregueadas respondem por apenas metade da estrutura das proteínas glo-
bulares médias. Os segmentos de polipeptídios restantes possuem o que se denomina serpentina, ou
conformação espiralada. Estas estruturas não-repetitivas não são aleatórias, mas são mais difíceis
de se descrever. Proteínas globulares têm também estiramentos, chamados voltas reversas ou cur-
vas-B, onde a cadeia polipeptídica muda de direção bruscamente. Estas mudanças acoplam diferen-
tes segmentos das lâminas B e quase sempre ocorrem na superfície das proteínas.
422 Aminoácidos e Proteínas
Fig. 24.1 0 Representação
da estrutura a-helicoidal de
um polipeptídio. As ligações
hidrogênio estão
representadas por linhas
tracejadas. [Figura com
direitos autorais @ por
Irving Geis. De D. Voet, J.
G. Biochemistry, 2," ed..;
Wiley: New York, 1995; p.
146. Impresso com
autorização.l
AFig.24.Il mostra a estrutura da enzima humana anidrase carbônica, obtida com base em dados
cristalogriáficos de raios X. Segmentos de a-hélice e lâminas B interagem entre voltas reversas e es-
truturas não-repetitivas.
A localização das cadeias laterais de aminoácidos das proteínas globulares é, normalmente, o que
se pode esperar de suas respectivas polaridades.
1. Resíduos com cadeias laterais apolares, hidrofóbicas, como valina, leucina, isoleucina, metio-
nina e fenilalanina são quase sempre encontrados no interior da proteína, sem contato com o sol-
vente aquoso. (Estas interações hidrofóbicas são as principais responsáveis pela estrutura terciá-
ria das proteínas, que discutiremos na Seção 24.88.)
2. Cadeias laterais de resíduos polares com cargas * ou -, como arginina, lisina, ócido aspártí-
co e ócido glutâmico estão, geralmente, na superfície da proteína, em contato com o solvente
aquoso.
Aminoácidos e Proteínas 423
t g.24.1 | Estrutura da
.nzima anidrâse carbônica
:rumana, baseada em dados
-i,rtalográficos de raios X.
r. cadeias laterais dos três
-:iiduos de histidina
: 'r,rdenam-se com um
;romo de zinco. Nesta
.r'tnagem não está claro o
: ito interessante de o C-
:t rminal estar dentro de
rrìa espira da cadeia
:,,lipeptídica, o que torna a
:nidrase carbônica um
.tenpJo raÍo de ama
:roteína nativa na qual a
. rdeia polipeptídica forma
*n nó. [Imagem preparada
ir esúruÍura de crktal de
:aios X por Eriksson, A. E.;
J ,nes, T. A.; Li l jas,4.,
.rquivo do Banco de Dados
:e Proteína lCA2.pdb.l
3. Cadeias laterais polares sem carga, como as da serina, treonina, asparagina, glutamina, tirosi-
na e tripíofano sãã encontradas mais freqüentemente na superfície, mas algumas delas também
no inteiioida proteína. Quando no interior, estão todas unidas, por ligações hidrogênio, aoutros
resíduos semelhantes. Aparentemente a ligação hidrogênio ajuda a neutralizar a polaridade des-
ses grupos.
CeÍas cadeias peptídicas assumem forma de enovelamento aleatório, uma estrutura flexível, mu-
tável e estatisticamente randômica. Polilisina sintética, por exemplo, existe na forma de enovelamento
randômico, e nofinalmente não forma a-hélice. Em pH 7 os grupos e-amino dos resíduos de lisina es-
tão com carga positiva e, por isso, as forças de repulsão entre eles são tão grandes que ultrapassam qual-
quer estabiúiçao que seãa adquirida pela formação de ligações hidrogênio da a-hélice. Em pH 12, no
eìhnto, os grupos s-amino estão sem carga e a polilisina forma a a-hélice espontaneamente.
A presença-de resíduos de prolina ou de hidroxiprolina nas cadeias polipeptídicas produz outro
efeito notável: como os átomos de nitrogênio desses aminoácidos fazem parte de anéis de cinco
membros, os grupos que estão ligados pela ligação nitrogênio-carbono d não podem girar o suficien-
te para permitìr á formação da estrutura a-helicoidal. Sempre que a prolina ou a hidroxiprolina fize-
t"- purì" da cadeia peptídica, há um enroscamento ou dobra interrompendo a a-hélice.
24.88 Estrutura Terciária
A estrutura terciária da proteína ó a forma tridimensional que surge do enovelamento de suas
cadeias polipeptídicas, o enovelamento superposto às espiras das a-hélices. Este enovelamento não
ocorre aleatoriamente: nas condições ambientais apropriadas, ocoÍïe de modo particular - um modo
característico de uma proteína específica e é de grande importância pararcalizar sua função.
Várias forças estão envolvidas na estabilização de estruturas terciárias, inclusive as ligações dis-
sulfeto da estrutura primária. Uma característica da maioria das proteínas é que o enovelamento acon-
tece de modo a expor o número máximo de grupos polares (hidrofílicos) ao ambiente aquoso, e aco-
modar o número máximo de grupos apolares (hidrofóbicos) em seu interior.
As proteínas globulares solúveis tendem a se enovelar muito mais do que as proteínas fibrosas. As
proteínas fibrosãs, porém, também possuem estrutura Íerciâria; os filamentos a-helicoidaisda c-
queratina, por exemplo, enrolam-se numa "super-hé1ice". A super-hélice dá uma volta completa a
cada 35 volìas da a-hèüce. A estrutura terciíria,no entanto, não terrnina assim. As super-hélices podem
se enrolar mutuamente, gerando uma estrutura semelhante a uma corda de sete fios.
A mioglobin a (Fig. 24.12) e a hemoglobina (Seção 24.12) foram as primeiras proteínas a_serem
submetidãs a análise,de raios X completamente bem-sucedida (em 195'7 e 1959). Este trabalho foi
realjzadopor J. C. Kendrew e Max Perutz, da Universidade de Cambridge, Inglaterra. (Eles recebe-
ram o Prêmio Nobel de Química em 1962.) Desde então, muitas outras ptoteínas, como lisozima,
ribonuclease e cr-quimotripsina revelaram-se na análise estrutural completa. De fato, hoje é possível
acessar dados de èstruturaì de raios X de milhares de proteínas, armazenados em bancos de dados
públicos por pesquisadores.
424 Aminoácidos e Proteínas
Flg.24.12 Estrutura
tridimensional da
mioglobina. (Imagem
preparada da estrutura de
cristal de raios X por
Phillips, S. E. V., arquivo
do Banco de Dados de
Proteína lMBD.pdb.)
Anidrase carbônica
Anidrase carbônica é uma
enzima que catâlisa a
seguinte reação: HrO +
COrf H2CO3.
Discutimos sua função
Íisiológica reguladora do
pH sanguíneo na vinheta de
abertura do Cap.3.
24.8C Estrutura Quaternária
Muitas proteínas existem na forma de agregados não-covalentes estáveis e ordenados de mais de
uma cadeia polipeptídica. A estrutura global de uma proteína contendo subunidades múltiplas é de-
nominada estrutura quaternária. A estrutura quaternária da hemoglobina, por exemplo, envolve
quatro subunidades (veja Seção 24.12).
24.9 lNrnoouçÃo Às Ettzlmns
Todas as reações que ocoÍïem nas células vivas são mediadas por catalisadores biológicos notá-
veis, chamados enzimas. As enzimas possuem a capacidade de provocar aumento considerável na
velocidade das reações; na maioria dos casos, as velocidades das reações catalisadas por enzimas são
mais rápidas do que as reações não-catalisadas, por fatores de 106-1012. Para os organismos vivos,
aumentos de velocidade desta magnitude são importantes porque permitem que as reações ocoÍïam
em velocidades razoáveis, mesmo nas condições brandas que existem nas células vivas (i.e., pH apro-
ximadamente neutro e temperatura da ordem de 35'C).
As enzimas tarnbém eúbem noúvel especificidade diante de seus reagentes (chamados de substra-
tos) e produtos. Esta especiÍicidade é muito maior do que se verifica na maioria dos catalisadores quími-
cos. Na síntese enzimáúicadeproteínas, por exemplo (mediante reações que ocorrem nos ribossomas, Seção
25.5D), polipepídios constituídos de mais de 1 .000 resíduos de aminoácidos são sintetizados, praticÍrmente
sem erro. Foi a descoberta de Emil Fischer, em 1894, sobre a capacidade de as enzimas distinguirem entre
asligaçõesglicosídicasaeB(Seção22.12)queolevouaformularahipótesedachaveefechadura
para a especificidade das enzimas. De açordo com esta hipótese, a especificidade de uma enzima (a
fechadura) e de seu substrato (a chave) provêm de suas formas geometricamente complementares.
A enzima e o substrato combinam-se e formam um complexo enzima-substrato. A formação deste
complexo freqüentemente induz uma mudança conformacional na enzima, que a leva a se ligar ao
substrato de modo mais efetivo. A isto denomina-se ajustamento induzido. A união com o substra-
to também pode causar tensão de algumas ligações, tornando-as mais frágeis. O produto da reação
normalmente tem uma forma diferente do substrato. Esta forma modificada ou, em alguns casos, a
intervenção de outra molécula, causa a dissociação do complexo. A enzima, então, pode aceitar ou-
tra molécula do substrato e todo o processo se repete.
Enzima * substrato =----*_ :.o-p!l:"{!. < + enzima * produroe n zl ma-su DSIralo
Quase todas as enzimas são proteínas. O substrato se liga à proteína e a reação ocorre no chamado
sítio ativo. As forças não-covalentes que unem o substrato ao sítio ativo são as mesmas que expli-
cam as próprias conformações das proteínas: forças de van der Waals, forças eletrostáticas, ligações
Certas moléculas de RNA.
chamadas de ribozimas,
também podem agir como
enzimas. O Prêmio Nobel
de Química de 1989 foi
dado para Sidney Altman
(Universidade de Yale) e
para Thomas R. Cech
(Universidade do Colorado,
Boulder) por esta
descoberta.
Nos familiarizamos com
muitas coenzimas nos
capítulos anteriores porque
elas são as'1náquinas da
química orgânicatt para
algumas enzimas. Veja, por
exemplo, "Dois Aspectos da
Coenzima NADH" (vinheta
de aberturá do Cap. l2),u^
Química de... Fosfato de
Piridoxal" (Seção 16.8) e "A
Química de... Tiamina"
(Seção 18.11).
Diagrama de Íita da
lisozima.
o
tl
a
R/-\o-R'
Éster
\minoácidos e Proteínas 425
hidrogênio e interações hidrofóbicas. Os aminoácidos localizados nos sítios ativos estão organizados
de modo a interagir especificamente com o substrato.
As reações catalisadas por enzimas são completamente estereoespecíficas, e esta especificidade
provém do modo como as enzimas se ligam aos seus substratos. Uma o-glicosidade apenas se ligará
à forma a de um glicosídio, não à B. As enzimas que metabolizÍìm os açúcares se ligam apenas aos
açúcares D; as enzimas que sintetizam a maioria das proteínas se unem apenas aos L-aminoácidos, e
assim por diante.
Embora sejam absolutamente estereoespecíficas, as enzimas variam freqüentemente, de modo con-
siderável, sua especificidade geométrica. Entende-se por especificidade geométrica a especificida-
de relacionada à identidade dos grupos químicos dos substratos. Algumas enzimas só aceitam um
composto como seu respectivo substrato. Outras, porém, aceitam vários compostos com grupos se-
melhantes. A carboxipeptidase A, por exemplo, hidrolisa o peptídio C-terminal de todos os polipep-
tídios, desde que o penúltimo resíduo não seja arginina, lisina ou prolina e que o antepenúltimo resí-
duo não seja prolina. A quimotripsina, enzima digestiva que catalisa a hidrólise de ligações peptídi
cas, também catalisa a hidrólise de ésteres. Consideraremos este mecanismo na Seção 24.1 1.
oo
l l l l *
- i .- 
+ H.o 
qumotnpsrna 
> 
-ò-- 
+ H1N-R'
R- -1111- P' - R- -O
Peptídio
o
oúmotriDsina ll
+ H2O
R' -OH
t
ì
I
1
I
D
D
I
:
t
Um composto que pode alterar negativamente a atividade de uma enzima é chamado inibidor.
Um composto que compete diretamente com o substrato pelo sítio ativo é conhecido como inibidor
competitivo. Aprendemos na Seção 20.11, por exemplo, que a sulfanilamida é um inibidor compe-
titivo da enzima bacteriana que incorpora o ácido p-aminobenzóico ao ácido fólico.
Algumas enzimas requerem a presença de um co-fator. O co-fator pode ser um íon metálico como,
por exemplo, o átomo de zinco da anidrase carbônica humana (veja a vinheta de abertura do Cap. 3
e a Fig. 24.II). Outras requerem a presença de uma molécula orgânica, como o NAD+ (Seção 14.10),
que é denominada coenzima. Coenzimas se modificam quimicamente no curso das reações enzim6-
ticas. O NAD+ converte-se em NADH. Em algumas enzimas o co-fator está ligado permanentemen-
te à enzima, chamado, neste caso, de grupo prostético.
Muitas vitaminas solúveis em água são precursoras de coenzimas. A niacina (ácido nicotínico),
por exemplo, é um precursor do NAD*. O ácido pantotênico é um precursor da coenzima A.
o cH,
Niacina Acido pantotênico
24.,0 Lrsozrue: MoDo DE AçÃo DE UMA ENzrma
A lisozima é formadapor 129 resíduos de aminoácido @i9.24.13). Três segmentos curtos dacadeia,
entreosresíduos5e15,24e34,e88e96têmestruturaa-hel icoidal ; osresíduosentre4le45e50
e 54 formam lâminas pregueadas e uma volta em U ocorre entre os resíduos 46 e 49. Os segmentos
restantes de polipeptídios da lisozima têm conformação enovelada.
A descoberta da lisozima é uma história interessante:
Um dia, em l922,Alexander Fleming estava acometido de um resfriado. Isto não é incomum em Londres,
mas Fleming era um homem incomum e aproveitou o resfriado de modo característico. Deixou cair algumas
gotas de seu muco nasal sobreuma culfura de bactérias com que estava trabalhando e depois apartou a placa
para observar o que acontecia. Imagine-se a sua excitação quando descobriu, algum tempo depois, que as
bactórias próximas ao muco haviam se dissolvido. Durante algum tempo ele pensou ter alcançado sua cobi-
çada ilescoberta de um antibiótico universal. Num súbito de atividade, estabeleceu rapidamente que a ação
antibacteriana do muco devia-se à presença de uma enzima, a qual chamou de lisozima por causa da capaci-
dade de dissolver (lise) as células bacterianas. Logo a lisozima foi encontrada em muitos tecidos e secreções
)
426 Aminoácidos e Proteínas
Fig. 24. l3 Estrutura
primária da lisozima da
clara do ovo. De Voet, D.
Voet, J. G. Biachemistry,2."
ed.; Wiley: New York,
1995; p.382.1
do corpo humano, nos vegetais e, principalmente, na clara do ovo. Infelizmente, Fleming descobriu que a
lisozima não era eficiente contra a maioria das bactérias patogênicas. Ele teve que esperar 7 anos até que.
numa experiência semelhante, igualmente pitoresca, revelou a existência de um antibiótico verdadeiramente
efetivo: a penicilina.
Esta história foi relatada pelo Professor David C. Phillips, da Universidade de Oxford, que utilizou,
muitos anos mais tarde, a aniálise por raios X para descobrir a estrutura tridimensional da lisozima.*
As investigações de Phillips, sobre difração de raios X da lisozima, são especialmente interessan-
tes porque também revelaram informações importantes sobre o modo de ação desta eïzima sobre o
respectivo substrato. O substrato da lisozima é um polissacaídeo de aminoaçúcares que faz parte da
parede celular da bactéria. Um oligossacarídeo com a mesma estrutura geral do polissacarídeo da
parede celular é mostrado naFig.24.14.
oo
i l t l
& =-cHroH &=-NHCCH, R, = -cHCoH
é",
Fig.24.l4 Hexassacaúdeo que tem a mesma estrutura geral que o polissacaúdeo da pârede celular
onde a lisozima atua. Estão presentes dois aminoaçúcares diferentes: Os anéis A, C e E são derivados
de um monossacarídeo chamado N-acetilglicosamina; os anéis B, D e F são derivados do
monossacarídeo chamado ácido N-acetilmurâmico. Quando a lisozima age sobre estes oligossacarídeos,
ocorre hidrólise, que resulta na quebra da tigação glicosídica entre os anéis D e E.
*Citação de David C. Phillips, The Three-Dimensional Structure of an Enzyme Molecul€. Dieitos autorais O 1966 por Scientiïic Ameriçan,
Inc. Todos os direitos são resenados.
R1
\minoácidos e Proteínas 427
Usando oligossacarídeos (constituídos apenas por unidades de N-acetilglicosamina) sobre os
quais a lisozima atua muito lentamente, Phillips e colaboradores puderam descobrir como o subs-
trato se ajusta ao sítio ativo da enzima. Este sítio é uma profunda fenda na estrutura da lisozima
(Fig.24.l5a). O oligossacarídeo é mantido nesta fenda através de ligações de hidrogênio e, quan-
do a enzima liga-se ao substrato, ocorrem duas mudanças importantes: a fenda da enzima se fecha
ligeiramente e o anel D do oligossacarídeo se "achata", deformando sua conformação estável de
cadeira. Este achatamento faz com que os átomos 1,2,5 e 6 do anel D fiquem coplanares; também
Molécula
de substrato
\a) gCarbono
6Oxigênio
ffiHidrogênio
@R = -CHzOH
@R'= -NHCOCHa
&R"= -CHCOzH
I
CH:
"wMolécula
de água
Lisozima
(c)
Fig. 24. I 5 (a) Este desenho mostra o esqueleto do complexo lisozima-substrato. O substrato (um
heiassacarídeo, no desenho) entra numa fenda da estrutura da lisozima e é mantido em posição por
ligações hidrogôttio. À medida que a lisozima se liga ao oligossacaúdeo, a fenda em suaestrutura se_fecha
ligeiiamente. (Adaptado com autorização deAtlas of Protein Sequence and Structure, 1969;,Dayhotr,M.
O-.. Ed.; National Biomedical Research Foundation: Washington, DC,1969. O desenho foi feito por
Irving Geis, baseado na Íigura em perspectiva da molécula, publicada no Sci.entíftc American,em
novembro de 196ó. A pintura foi feita a partir de modelo real montado na Royal Insütution, Londres, por
D. C. Phillips e colegas, baseado em resultados de cristalograÍia de raios X.) (b) Possível mecanismo de
ação da lisozima.0 desenho mostra uma porção expandida da paúe (a) e ilustra como pode oconer a
hidrólise da ligação acetal entre os anéis D e E do substrato. O ácido glutâmico (resíduo 35) doa um
próton para o átomo de oxigênio interveniente, o que causa a formação de um carbocátion' que é
õstabilizado pelo íon carboxilato do ácido aspártico (resíduo 52). Uma molécula de água fornece OII- ao
carbocátion õ H+ ao ácido glutâmico. (Adaptado com autorização deThe Three-Dimensional Structure of
an Enzyme Molecule,porDaid C. Phillips, com direitos autorais @ l966,pela Scientiftt Amerinan,lnc.
Todos os direitos reservados.) (c) Diagrama de Íita da lisozima, destacando o ácido aspártico 52
(esquerda) e o ácido glutÍìmico 35 (direita) no modelo bola-e-vareta. @sta imagem e a que está na
maigem no cabeçalho da Seção 24.10 foram criadas a paúir da estrutura de cristal de raios X, por Lim'
K.; Nadarajah, A.; Forsythe, E. L.; Pusey, M. L., arquivo do Banco de Dados de Proteína lAZF.pdb.)
(b)
428 Aminoácidos e Proteínas
Uma protease serina.
Fig.24.l6 A tríade
catalítica nestâ protease
serina (tripsina) está
representada por modelo.
bola-e-vareta para o ácido
aspártico 52, a histidina 102
e a serina 195. O inibidor
fosfonato ligado no sítio
ativo está representado em
forma de tubo. (Esta
imagem e a do cabeçalho da
Seção 24.11 foram criadas a
partir da estrutura de
cristal de raios X, por
Bertrand, J. A.; Oleksyszn,
J.; Kam, C.-M.; Boduszek,
8., arquivo do Banco de
Dados de Proteína
1MAX.pdb.)
distorce o anel D de tal modo, que a ligação glicosídica entre ele e o anel E fica mais sensível à
hidrólise.*
A hidrólise da ligação glicosídica provavelmente segue o mecanismo ilustrado na Fig. 24.15b. O
grupo carboxila do ácido glutâmico (resíduo de número 35) doa um próton para o oxigênio localiza-
do entre os anéis D e E. A protonação leva à clivagem da ligação glicosídica e à formação de carbo-
cátion no Cl do anel D. Este carbocátion é estabilizado pelo grupo carboxilato, com carga negativa.
do ácido aspiírtico (resíduo de número 52), que está nas vizinhanças. A difusão de molécula de água
doa um íon OH- para o carbocátion e um próton para substituir o que foi perdido pelo ácido glutâmi-
co. A estrutura de cristal de raios X da lisozima está representada na Fig.24.15c. O ácido glutâmico
35 e o ácido aspártico 52 estão destacados na forma bola-e-vareta.
Quando o polissacarídeofazparte da parede celular bacteriana a lisozima se liga primeiro, prova-
velmente, à parede celular através de ligações hidrogênio. Depois de a hidrólise ocoÍïer, a lisozima
se afasta, deixando para trás uma bactéria com a membrana celular rompida.
24.1| PnoreasEs SERTNA
Quimotripsina, tripsina e elastina são enzimas digestivas secretadas pelo pâncreas no
intestino delgado para catalisar a hidrólise das ligações peptídicas. Estas enzimas são cha-
madas proteases serina, pois o mecanismo da sua atividade proteolítica (o que elas têm
em comum) envolve um resíduo de serina específico que é essencial para a atividade
enzimáttica. Como outro exemplo da ação enzimática, examinaremos o mecanismo de ação
da quimotripsina.
A quimotripsina é formada a partir de uma molécula precursora chamada
quimotripsinogênio, que possui 245 resíduos de aminoácidos. A clivagem de duas unida-
des dipeptídicas do quimotripsinogênio produz a quimotripsina. A quimotripsina se do-
bra de modo que a histidina na posição 57 , o âçido aspártico na posição lo2 e a serina na
posição 195 se aproximam. Juntos, estes resíduos formam a chamada tríade catalítica do
sítio ativo (Fig. 24.16). Próximo de um sítio ativo há um sítio de ligação hidrofóbica,
uma bolsa em forma de fenda que acomoda, preferencialmente, as cadeias laterais apolares de
Fen, Tir e Tri.
Após a quimotripsina ter se ligado ao respectivo substrato de proteína, o resíduo de serina, na posição
195, está em posição ideal para atacaÍ o carbono acílico da ligação peptídica (Fig.24.17). Esteresí-
duo de serina torna-se mais nucleofílico, transferindo seu próton para o nitrogênio imidazóliço do
resíduo de histidina na posição 57. O íon imidazolônio que se forma é estabilizado pelo efeito de
polarização do íon carboxilato do ácido asprírtico na posição 102. (Estudos por difração de nêutrons,
*R. H. Lemieux e G. Huber, qumdo trabalhavam no Conselho Nacional de Pesquisa do Cmadá, mostrtrm que qumdo uma aldexose é con-
vertida em carbocátion, o anel do crbocátion assume exatamenÍe esta confomação achatada.
Aminoácidos e Proteínas 429
Asp
\102i
Y
CH,
o
-C
tor..H-
His
Y
CHo
I Ser
\ ìY
-N? .zclF.'H7o
Hl ' .o.,tè.O
R'R
A.p
Y?
cH2-c\
Sítio de ligação num
bolsão hidrofóbico
Intermediário
tetraédrico
o-.H-
\Ï
Resíduo
de serina
acilado
Fig.24.17 A túade catalítica da qúmotripsina causa quebra da ligação peptídica pela acilação do
resíduo serina 195 da quimotripsina. Próximo ao sítio ativo há um sítio de ligação hidrofóbico que
acomoda as cadeias laterais apolares da proteína.
His
q7
I
CHo
I
N\
-N.
Asp
Y?
cr{r-c:. Serqp
I
CH"
d
I
R'
430 Aminoácidos e Proteínas
que mostram a posição dos átomos de hidrogênio, confirmam que o íon carboxilato permanece imu-
tável o tempo todo e não aceita um próton do imidazol.) O ataque nucleofflico pela serina forma a
serina acilada, passando por intermediário tetraédrico. A nova extremidade N-terminal da cadeia po-
lipeptídica quebrada se dispersa e é substituída por uma molécula de água.
A regeneração do sítio ativo da quimotripsina está representada na Fig. 24.78. Neste processo a
água atua como o nucleófilo e, numa série de etapas análogas às da Fig.24.11 , hidrolisa a ligaçào
acila-serina. A enzima então está pronta para repetir todo o processo.
His
YAspY?
cH2-c\
o
tl
-C\
o
Asp
\102/
Y
CH,
Resíduo
de serina
acilado
lntermediário
tetraédrico
Sítio ativo
regenerado
Asp
\r021
Y
CHt
Ser
qp
I
CH
*o/' \ l
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I
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\:N.
o
tl
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to.. .H-
'H-
T
o-c:o
RFig. 24. | 8 Regeneração do
sítio ativo da quimotripsina.
Água provoca hidrólise da
ligação acila-serina.
Produto,
ácido carboxílico
CHo
Ser
-'.-,\ \195/o"'H-\ ) _ Y\:ND 
/cH"'s?
\-:sl ê
/o c\+o
Ser
qp
I
,/CHo
\minoácic los e Protcrnr. 131
Há mais evidências para este mecanismo mas, por razões de espaço, teremos que i-snorá-la:. L mrt
delas, no entanto, merece menção. Há compostos, como o diisopropilfosfofluoridato (si-sÌa enl rn-
glês DIPF), que inibem irreversivelmente a protease serina. Mostrou-se que conseguem este eÍeito
reagindo exclusivamente com a Ser 195.
cH(cH.),
t ' -
o
\ l
Ser 195*CH,OH + F-P:O,,/ I
cH(cH.).
I
o
o
I
cH(cHr),
Diisopropilfosfo-
fluoridato (DIPF)
Um hapteno relacionado ao
aducto de Diels-Alder,
formado entre o
cicloexadieno e a
maleimida, aprisionado no
interior de um anticorpo
catalítico Diels-Alderase.
(Esta imagem e a da foto de
abertura do Cap. 24 foram
criadas a partir da
estrutura de cristal de raios
X, por Romesburg, F. E.;
Spiller, B.; Schultz, P. G.;
Stevens, R. C., arquivo do
Banco de Dados de Proteína
1A4K.pdb.) orc
Hapteno
R:_^N-^r-- .^; ,z\
CorHl l I
" , - ' -Nr*
-orC
orC-
Estado de transição
\ l
Ser 1e5|CHr-o-ï :o
I
o
I
cH(cHr)2
DIP-Enzima
Anticorpos são defensores químicos do sistema imunológico. Cada anticorpo é uma prote-
ína produzida especificamente em resposta a alguma espécie química invasora (p. ex., molécu-
las na superfície de um vírus ou grão de pólen). O objetivo dos anticorpos é ligar-se a estes
agentes eitrangeiros e caÌrsar sua remoção do organismo. Normalmente, a ligação de cada an-
ticorpo com seu alvo (o antígeno) é altamente específica.
Um caminho que os anticorpo s catalíticos desenvolveram é induzindo uma resposta imunológi-
ca à espécie química semelhante ao estado de transição para uma reação. De acordo com esta idéia,
se for õriado um anticorpo que se ligue, preferencialmente, com uma molécula estável, que tenha
esÍ1Ìtura semelhante ao estado de transição, outras moléculas capazes de reagirem atrattés deste
estado de transição, o farão, a princípio, mais rápido em conseqüência da ligação com o anticorpo.
(Facilitando a associação entre os reagentes e favorecendo a fotmação da estrutura do estado de
transição, o aÍÌticorpo atua de modo semelhante a uma enzima.) Esta estratégia funciona, de modo
formidável, na produção de anticorpos catalíticos; precisamente, paÍa certas reações de Diels-Alder,
rearanjos de Claisen e hidrólise de ésteres. Os químicos sintetizaram moléculas estáveis semelhan-
tes aos estados de transição destas reações, permitiram a formação de anticorpos contra estas molé-
culas (chamadas haptenos), e então isolaram os anticorpos resultantes. Os anticorpos assim produ-
zidos atuam como catalisadores quando moléculas de substratos reais são fomecidas.
Os exemplos seguintes são haptenos usados como análogos de estados de transição para incitar
anticorpos câtalíticoì para um rearranjo de Claisen, uma hidrólise de carbonato e uma reação de Diels-
Alder. A reação catalisada pelo anticorpo gerado a partir de cada hapteno também é mostrada.
Rearranio de Claisen
o
Ouímica
./
432 Aminoácidos e Proteínas
rrapreno o,*{-}:>t'{,.---,.^ 
1.o'- \-r' c)
or*O
o
tl
C
o--- \ocH,
+HO
o. OH
l l -,-tn,
Y"-"t, -----
o
DienóÍìlo
Hidrólise de carbonuto
l>.<31"J*lo.N
L
Estado de transição
Reação de Diels-Alder
o
ll -CH,C-N:
-cH.,
H
N__r.(CHr)3COOH
tl
o
Hapteno
(
ì
"<:i.,,ocooH
Dieno
o
Produto exo
Este casamento entre enzimologia e imunologia, que resulta em descendência química, é ape-
nas uma entre as áreas de pesquisas interessantes, situadas na interface da química e da biologia.
O reconhecimento do efeito desativador do DIPF foi resultado da descoberta de que o DIpF.
e compostos relacionados, seriampoderosos venenos neurológicos. lSão os "gases de nervos
de uso militar, embora sejam líquidos que se dispersam em gotículas, e não gases.) O diisopro-
pilfosfofluoridato desativa a acetilcolinesterase (Seção 20.4), reagindo com ela do mesmo modo
que reage com a quimotripsina. Acetilcolinesterase é uma esterase serina e não uma protease
serina.
ffi'"'o*o",,]*
Estado de transição
o
ll _-cH,
-.'\-lC-N.-I I -CH,
\-, 
il-ro-.r,OcooHr l l l
il
24.12 HemocloBtNA: Uma Pnoreírua ConruGADA
Algumas proteínas, denominadas proteínas conjugadas, contêm, çomo parte de sua estrutura,
o- grì1po nãõ-protéico chamado de grupo prostético. Um exemplo é a proteína transpoÍadora de
oxigéni,o, hemoglobina. Cada uma das quatro cadeias polipeptídicas da hemoglobina está unida a um
grupo prostético chamado h eme (Fig.24.19).As quatro cadeias polipeptídicas enovelam-se de modo
ã d* a h"-oglobina um formato aproximadamente esférico (Fig. 24.20). Além disto, cada grupo heme
está numa úda com os grupos vinila hidrofóbicos de sua estrutura porfirínica rodeados por cadeias
laterais hidrofóbicas dos resíduos de aminoácidos. As duas çadeias laterais de propanoato da heme
se acomodam próximas aos grupos amino carregados positivamente dos resíduos de lisina e de argi-
nina.
O ferro do grupo heme está no estado de oxidação 2* (ferroso) e forma uma ligação coordenada
com um nitrog6nio do grupo imidazolila da histidina da cadeia polipeptídica. Isto deixa uma valên-
cia do íon ferroso liwe para se combinar com o oxigênio, do seguinte modo:
\ ?'/^
Fe
,/ . \
;N
N (imidazol)
Uma parte da
hemoglobina oxigenada
O fato de que o íon ferroso do grupo heme combina-se com o oxigênio não é particularmente
notável; muitoì compostos semelhantes fazemo mesmo. O que é notável sobre a hemoglobina é que
quando a heme se combina çom o oxigênio o íon ferroso não se oxida prontamente ao estado férrico.
Éstudos com modelos de compostos heme em água, por exemplo, mostram que sofrem uma rápida
combinação com o oxigênio, mas também sofrem rápida oxidação do ferro, de Fe*2 para F:]'. 9uun-
do estes mesmos compostos estão embutidos no ambiente hidrofóbico de uma resina de poliestireno,
porém, o ferro é facilmenteoxigenado e desoxigenado, sem mudança do seu estado de oxidação. A
ãsrc respeito, é especialmente interessante notar que investigações da hemoglobina por raios X reve-
laram que as cadèias polipeptídicas fornecem a cada grupo heme um ambiente hidrofóbico seme-
lhante.
Fig.24.19 Estrutura da
heme, o grupo prostético da
hemoglobina. A heme tem
estrutura semelhante à da
clorofila (Fig. 22.1) pois
também é derivada do anel
heterocíclico, a porÍirina. O
ferro da heme está no
estado de oxidação ferroso
(2+').
CH:CHz
Fig. 24.2O Hemoglobina.
(Imagem criada da
estrutura de cristal de raios
X, por Tame, J. R.; Wilson'
J. C.; Weber' R. E., arquivo
do Banco de Dados de
Proteína lOUU.pdb.)
CH" CH"
I
CH,
I
COH
o
J
434 Aminoácidos e Proteínas
Estrutura primária
Estrutura secundária, a-hélice, lâmina
B'pregueada, enovelamento aleatório
Estrutura terciária
Estrutura quaternária
Ligações dissulfeto
Ions dipolares, zwitterions
Ponto isoelétrico (pI)
Equação de Henderson-Hasselbalch
Ligação peptídica, laço peptídico
Resíduo de aminoácido
Enzima
Síntese assimétrica (enantiosseletiva)
Polipeptídio
Proteína
Anrílise do resíduo terminal
Hidrólise parcial
Grupos de proteção
Substrato
Hipótese da chave e fechadura ou
ajustamento induzido
Inibidor
Grupo prostético
Coenzima
Sítio ativo
Proteínas conjugadas
Seções 24.1, 24.5 e4.6
Seções 24.1 e?A.8A.
Seções 24.1 e?"4.88
Seções 24.1 e24.8C
Seção Z.2A
Seção24.2C
Seqão24.2C
Seção24.2C
Seção24.4
Seção 24.4
Seções Z.3D e 2.9
Seções 5.98 e24.38
Seção24.4
Seção?A.4
Seção Z.5A
Seção 24.58
Seção 24.7A
Seção 24.9
Seção 24.9
Seção 24.9
Seção 24.9
Seção 24.9
Seção 2.9
Seção?"4.12
P no g L E M A s 24.16 (a) Que aminoácidos daTabela24.l possuemmais deumestereocentro? (b) Escrevaproje-
A o I c I o N A I s * ções deFischerparaos isômeros de cadaumdesses aminoácidos quetenhamaconfiguração
L no carbono a. (c) Que tipo de isômero você deseúou em cada caso?
24.17 (a) Que aminoácido da Tabela 24.1 pode reagir com ácido nitroso (isto é, solução de NaNO,
e HCI) para daÍ ácido lático? (b) Todos os aminoácidos da Tabela 24.1, exceto dois deles,
liberam nitrogênio quando tratados com ácido nitroso; quais são eles? (c) Que produto você
esperaria obter pelo tratamento da tirosina com água de bromo em excesso? (d) Que produto
você esperaria que fosse formado pela reação da fenilalanina com etanol na presença de clo-
reto de hidrogênio? (e) Que produto você esperaria da reação da alanina com cloreto de ben-
zoíla, em meio básico aquoso?
24.18 (a) Com base na seguinte seqüência de reações, Emil Fischer pôde mostrar que a (-)-serina
e a L-(*)-alanina têm a mesma configuração. Represente projeções de Fischer para os inter-
medirírios A-C.
(-)-Serina a#=t A (c4Hl'clNor) 5 B (c4Hecl2No2
c (qH6clNo; ffiffi> L-(*)-alanina
(b) A configuração da L-(-)-cisteína pode ser relacionada à da L-(-!serina através das re-
ações a seguir. Escreva projeções de Fischer para D e E.
B [da paÍe (u)] !5 D (c4HsclNor) I%.
(l) HrO*, H2O, calor
(2) oH-
E (C4HeNO2S
(c) A configuração da L-(-)-asparagina pode ser relacionada à da L-(-)-serina do seguinte
modo. Qual é a estrutura de F?
1 -(-)-Asparuginu ffi* F (c3H7N2or )
""oilïl" t
c [da parte (a)] -J 
NH'
(1) H3Q*, HrO, calor
-cisteína(2) OH-
*Os problemas marcados com asterisco são "problemc de desafio".
Aminoácídos e Proteínas
24.19 (a) O ácido Dl-glutâmico foi sintetizado a partir do acetamidomalonato de dietila. do seguinte
modo. Esboce as reações envolvidas.
o
tl
CH3CNHCH(CO2C2H5)2 +
Acetamidomalonato
de dietila
NaOC.H.
CH":(H-C-N...--:::-- '- - -t c2H5oH
(rendimento 957o)
HCI
concenÍâdo | . . - -
G (C,,H,"N,O.) Ë Acido Dl-glutâmict' reÍluxo por o n
(rendimento 667o)
(b) O composto G também foi usado paÍa prepaÍar o aminoácido Dl-ornitina, através da se-
guinte rota. Descreva as reações envolvidas.
HCI
c (c,2H,8N2or) *+#' H(Ct0Ht6N2o4, uÍrÌâ ô-lactama) *Ïffiït
(rendimento 907o) (rendimento 97%)
Hidrocloreto da Dl-ornitina (C5H13CIN2O2)
(L-ornitina é um aminoácido natural, mas não é encontrado nas proteínas. Em um certo cami-
nho metabólico, a L-ornitina serve como precursora para a L-arginina.)
24,20 Abradicinina é um nonapeptídio liberado pelas globulinas do plasma sanguíneo em resposta
a uma ferroada de vespa. E um potente agente algesiógeno. Sua fórmula moleculaÍ é Áugt,
Gli, Fenr, Pror, Ser. O uso de 2,4-dinitrofluorbenzeno e de carboxipeptidase mostra que os
dois resíduos terminais são da arginina. A hidrólise ácida parcial da bradicinina fornece os
seguintes di e tripeptídios:
Fen'Ser * Pro'Gli'Fen * Pro'Pro * Ser'Pro'Fen * Fen'Arg * Arg'Pro
. Qual é a seqüência de aminoácidos da bradicinina?
24,21 Hidrólise completa de um heptapeptídio mostrou que ele tinha a seguinte fórmula:
24.22
Alar, Glu, Leu, Lis, Fen, Val
Deduza a seqüência de aminoácidos deste heptapeptídio a partiÍ das seguintes informações:
1. Tratamento do heptapeptídio com 2,4-dinitrofluorbenzeno, seguido de hidrólise incom-
pleta forneceu, entre outros produtos: valina miìrcada no grupo a-amino, lisina marcada
no grupo €-amino e um dipeptídio, DNP-Val'Leu (DNP : 2,4-dinitrofenil-).
2. Hidrólise do heptapeptídio com carboxipeptidase deu uma concentração inicial alta de ala-
nina, seguida por uma concentração crescente de ácido glutâmico.
3. Hidrólise eruimáútcaparcial do heptapepídio fomeceu um dipeptídio (A) e um tripepúdio (B).
a. Tratamento de A com 2,4-dinitrofluorbenzeno, seguido de hidrólise, deu leucina mar-
cada com DNP- e lisina marcada apenas no grupo e-amino.
b. Hidrólise completa de B deu fenilalanina, ácido glutâmico e alanina. Quando B reagiu
com carboxipeptidase, a solução mostrou uma alta concentração inicial de ácido glutâ-
mico. O tratamento de B com 2,4-dinitrofluorbenzeno, seguido de hidrólise, deu feni-
lalanina marcada.
Ácido poliglutâmico sintético existe na forma de a-hélice em solução depH2-3. Quando o
pH desta solução é elevado gradualmente, pela adição de base, ocoÍïe uma mudança drástica
na rotação óptica em pH 5. Associa-se esta mudança ao desdobramento da o-hélice e forma-
ção de um novelo randômico. Que característica estrutural do ácido poliglutârnico e que mo-
dificação química você sugere como explicação para estas transformações?
Parte das evidências da rotação restrita em tomo da ligação carbono-nitrogônio, numa ligação
peptídica (veja Seção 24.B{),provém de estudos por tH RMN com amidas simples. Por exem-
plo, na temperatura ambiente e com o instrumento operando a 60 MHz, o espectro lH RMN da
Mfl-dimetilformamida, (CH,)rNCHO, mostra um dubleto a ô 2,80 (3H), um dubleto aõ2,95
(3H) e um multipleto a ô 8,05 (1H). Quando o espectro é determinado em uma força de campo
magnético mais baixa (isto é, com o instrumento operando a 30 MHz), verifica-se que os dubletos
deslocam-se de modo que a distância (em hertz) que separa um do outro diminui. Quando se
aumenta a temperatura da determinação do espectro, os dubletos persistem até que se atinja
1 1 1"C; nesta temperatura os dois sinais coalescem num só sinal. Explique detalhadamente como
estas observações contribuem para a hipótese da existência de uma barreira de potencial relati
vamente grande à rotação em torno da ligação carbono-nitrogênio da DMF.
24.23
436 Aminoácidos e Proteínas
*24.24 Dada a seguinte seqüência de reações, estudadas na SRI Intemacional, durante a síntese de
compostos com possível atividade anticâncer, considere as questões:
(cH.)_-s-s-(H,c)-
^ ' l'\-'{ ì--<"
INHHNI
1) KNCO
HOOCCH(CHJ.S-S(CH2).CHCOOH T.) *, 
*
t l
NH, NH, B )í*"o
^ì(
oA
cHr-cH2-so2cl
t .
ô l"Y'
INHC
HNV
\\o
lmn-
t .
V
H2C-CH2-SO2NR2
o\-{
tt{--)t E
\
o
cH2-so2cl
o\---{
ìNHD
"ì(
o
J*'
l- csJ
l"Ì{;l
L"ï1 l
(a) Escreva um mecanismo para a conversão de um dos dissulfetos A (homocisteína, quan-
do n : 2i cisteína quando n : 1) nos respectivos derivados bis-hidantoínas B.
(b) Escreva um mecanismo onde B, r : 2, é convertido no cloreto de sulfonila C.
(c) O cloreto de sulfonila C é convertido normalmente em sulfonamidas do tipo E; sugira
um mecanismo que expliquepor que o resultado é muito diferente quando se usa o clo-
- reto de sulfonila D. [Assuma que o produto seja o que está mostrado, mesmo que não se
tenha comprovação.l
*24.25 Quando o cloreto de sulfonila C do problema anterior reage com etanol em piridina, forma-
se um produto com fórmula molecular C'2H17N3O5S. Qual é a sua estrutura?
*24,26A companhia japonesa Kaneka relatou o seguinte método de resolução dinâmica para obten-
ção de enantiômero puro de um aminoácido:
CH"
I
H3co\y,,\ 
HrN/rr-6\
l l I + ' l l I
\r\-,1-.CorH (D-rr \2
tl
o
1l
I t
H3CO
+
co2H co2H
(S)-p -Metoxihomofenilalanina, IV
Neste exemplo, a forma (S,S)- do aducto III, cristaliza no meio reacional, com 90Vc de rendi-
mento e 977o de excesso enantiomérico.
(a) O que justifica a formação do produto com excesso enantiomérico tão elevado?
ÌUi q"ã pã"cípio estudado na química fundamental explica a predominância de um dos dois
produtos possíveis?
(c) 
^eue 
tipo ãe reação está duplamente ilustrado na conversão de (üS)-il em (.!-fV?
PnosLEMAs
PARA
TnaEALHO EM
Gnupo
1.. A enzima lisozima e seu respectivo mecanismo estão descritos na Seção 24.10. Usando estas in-
formações (e talvez as informações adicionais de um livro de bioquímica), prepare uma apresen-
tação para sua turma sobre o mècanismo da lisozima. Considere especialmente a função da enzi-
-ã 
d"-f*o."cer a formação de intermediiário carbocátion, estabilizando-o, e de fornecer ou remo-
ver prótons onde for necessário.
2. A quimotripsina é um membro da classe de enzimas protease serina. Seu mecanismo de ação está
aescrito na Seçao 24.1 1. Usando estas informações (e talvez as informações adicionais de um li-
vro de bioquímica), prepare uma apresentação para sua turma sobre o mecanismo da quimotripsi-
na. Considãre especialmente a funçao da"tríade catalítica",comrespeito à catálise ácido-base e à
tendência relativã de vários grupos a agirem como nucleófilos ou como grupos retirante'