Propriedades e Estruturas

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Aula 4: Bioquímica I 
Propriedades e estrutura molecular de aminoácidos, peptídeos e proteínas 
 
Aminoácidos são as unidades básicas formadoras de peptídeos e proteínas. 
Peptídeos são cadeias de (resíduos) aminoácidos (até 99 resíduos de 
aminoácidos) 
Proteínas são cadeias peptídicas (100+ resíduos de aminoácidos) 
Obviamente pode sempre variar. 
 
Proteínas apresentam uma variabilidade muito grande em uma célula, pois 
desempenham diversas funções diferentes dentro da mesma. 
Na célula a quantidade de proteína é igual a quantidade de RNA (vide a 
transcrição) 
 
Macromoléculas na célula: Há 4 principais tipos de macromoléculas, cada uma 
formada por subunidades: 
 
Fonte de açúcar: Carboidratos. 
 
● Podem ajudar a compor tecidos, por exemplo. 
● Transporte de gases o sangue – as hemácias são anucleadas: liberação de 
espaço celular. 
● Aminoácido específico (não essencial): Triptofano-sintetase – ajuda na 
produção do triptofano 
● Anticorpos 
● Rodpsina: Capta luz, fótons, relacionada com a visão 
● Ferritina: Ajuda no armazenamento do ferro 
● Miosina: contração muscular 
● Insulina: Glicemia; Ajuda na absorção de açúcares, ligada ao 
metabolismo. 
● Luciferase: proteína responsável por uma reação química que emite 
luminosidade (ex.: insetos, peixes, etc.) 
● Paquidermes: espécies com pele muito grossa, dificilmente lesada: 
acumulo de determinadas proteínas na pele desses animais 
Cada uma dessas proteínas tem uma forma diferente, justamente devido a 
constituição de aminoácidos diversificada que conforma diversas funções. 
 
 
 
O carbono α acima é quiral, assimétrico, ou seja, apresenta isômero quiral 
Quando o radical R (cadeia lateral) for um átomo de hidrogênio, ele não será 
assimétrico – aminoácido GLICINA. 
Há 20 aminoácidos que compõe as proteínas conhecidas no planeta, 19 deles com 
carbono quiral. 
A diferença físico-química de um aminoácido para outro é o grupo radical/cadeia 
lateral -R 
 
A cadeia lateral, portanto, define o tipo de aminoácido. 
A lisina tem carga líquida positiva +1, há um próton a mais (não é uma 
generalização). 
Os átomos de carbono são nomeados como letras gregas em ordem crescente. 
Algarismos também podem ser utilizados – Grupo carboxila será 1 e o carbono 
assimétrico será o 2. Nomenclatura não usual. 
 
Geralmente, a maioria dos aminoácidos que compõe as proteínas é de 
configuração L. 
Como classificar? 
Grupo amina do lado esquerdo = aminoácido do tipo L 
Grupo amina do lado direito = aminoácido do tipo D 
 
O gliceraldeído (grupos químicos intercambiáveis) é utilizado para comparar e 
classificar as moléculas de aminoácidos para D ou L - em aminoácidos do tipo L, 
a hidroxila está do lado esquerdo, ao contrário em moléculas do tipo D onde a 
hidroxila estará do lado direito. 
Os aminoácidos, por terem um carbono assimétrico, desviam a luz polarizada 
(levorrotatória/dextrorrotatória)., entretanto a classificação acima não tem relação 
com isso, mas sim em relação a posição dos grupos específicos de cada um. 
 
Os aminoácidos, como observado na tabela acima, são divididos em grupos. Eles 
são identificados através de suas abreviações – artigos, papers, etc. - primeira 
letra sempre maiúscula e as outras duas minúsculas. 
Obs.: Triptofano (W) 
Grupos ionizados – pKa correspondentes vide à carboxila e as aminas. 
 
Os aminoácidos supracitados são APOLARES. São muito importantes no 
processo de enovelamento, na forma das proteínas (conformacional) 
i 
O triptofano é o maior aminoácido de todos, justamente devido ao tamanho de 
sua cadeia lateral. 
A fenilamina é apolar, ao contrário de tirosina que é polar devido à hidroxila 
ionizável (OH), portanto, pode formar ligações de hidrogênio por conta desse 
fato. 
Os aminoácidos aromáticos possuem uma boa absorção de luz na faixa de 280 
nm. 
 
Espectrofotômetros emitem radiação na faixa de 280 nm e de acordo com a 
quantidade de triptofano (ou outro aromático), há uma absorção X de luz. Quanto 
maios a absorção, maior a quantidade de proteína – quantificação de proteínas. 
 
 
Não possuem carga elétrica liquida. 
A hidroxila confere polaridade à cadeia lateral, como no caso da serina e treonina 
No caso da cisteína, há enxofre – confere carga à proteína: é um grupo ionizável 
– não é amino nem carboxila, é o SH (grupo reativo em alguns tipos de enzima). 
A prolina não é polar devido a sua conformação. 
Asparigina e glutamina são bastante polares. 
Em pH=7 os grupos não são ionizáveis, por isso são polares mas não carregados. 
 (proteínas extracelulares) 
A cistina é composta por dois aminoácidos do tipo cisteína, ligadas 
covalentemente. 
 
Em pH=7 eles são carregados/protonados, isso pode variar de acordo com a 
posição. 
Lisina e arginina são +1 
Histidina tem um grupo ionizável (NH) com pK muito próximo de 7 (6,8), tem 
uma tendência a receber e (ou) doar o próton dos substratos (atua como base ou 
ácido), sendo considerada um aminoácido com carga positiva. Com muita 
facilidade, portanto é encontrado muito comumente em sítios catalíticos de 
enzimas PROVAAAAAAAAAAAAAA! 
 
Em pH=7 os aminoácidos supracitados são negativamente carregados. 
Qual a importância da diferença de cargas entre os aminoácidos? 
Interação eletrostática muito alta – os aminoácidos e proteínas podem interagir 
entre si, se posicionar corretamente dentro dos sítios catalíticos, como também 
está relacionada a função dessas proteínas. 
 
Zwitter(alemão)=dois 
Em pH não biológicos esses aminoácidos estão na forma não iônica, mas em phs 
biológicos eles se comportam zwitterionicamente. 
 
Efeito tampão/titulação de ácidos fracos 
Pontos de tamponamento desse tipo de aminoácido: 
pK1=2,34 e pK2=9,60 
Os aminoácidos que possuem dois grupos ionizáveis com duas faixas de 
tamponamento, como o acima. 
Pi=5,97 - anulação da carga liquida, todo mundo protonado e todo mudo 
desprotonado=cargas de anulam (média aritmética entre os pKa’s). 
Glicina é barata e simples, ou seja, é bastante usada como método de tampão em 
ensaios bioquímicos. 
 
Há 3 grupos ionizáveis, portanto, há 3 pKas e 3 regiões de tamponamento. 
O pI (ponto isoelétrico) está, provavelmente, nesse caso, entre o 1º e o 2º pKa = 
3,22 
 
Ligações peptídicas: elas ocorrem entre um grupo carboxila ligado ao carbono 
alfa de um aminoácido e um grupo amino de outro aminoácido para formar 
através de uma reação de condensação (moléculas de água são liberadas) por 
ligações covalentes 
Através da hidrólise (entrada de uma molécula de água) há quebra de um 
dipeptídeo 
A PROTEÍNA É FORMADA, PORTANTO, POR RESÍDUOS DE 
AMINOÁCIDOS 
Átomos que fazem parte dos aminoácidos iniciais são “perdidas” pela reação de 
condensação. 
 
 
Há 4 ligações peptídicas 
Convenção: O aminoácido que possui um grupo amino livre é chamado de 
resíduo N-terminal (resíduo número 1 da cadeira) e o ultimo resíduo é chamada 
de resíduo C-terminal (grupo carboxila livre) 
As cadeias laterais NÃO PARTICIPAM NUNCA DAS LIGAÇÕES 
PEPTÍDICAS). 
 
*observar as diferenças entre as quantidades/proporção de resíduos de 
aminoácidos nas proteínas acima, o que ocasiona as funções e 
atividades/estruturas distintas para cada uma delas. 
 
*grupos prostéticos 
As proteínas muitas vezes não funcionam sozinhas. 
 
Formada por 4 cadeias polipeptídicas (duas alfas e duas betas) com 4 grupos 
prostéticos (Heme) ligados a um Fe+2, responsável pela ligação com o oxigênio 
que será transportado pelos tecidos. 
 
Cofatores: átomos metálicos que participam de atividades biológicas essenciais, 
“gatilho” para o funcionamento da molécula proteica. No caso da molécula 
supracitada é o Zn+2. A reação catalítica ocorre justamente na parte destacada na 
imagem acima, onde está o zinco. 
 
O enovelamento é determinado pelos tipos de aminoácidos (obviamente) e os 
tipos de ligações/interações que compõe as proteínas. Elas se dobram sobre elas 
mesma, principalmente as proteínas globulares. 
 
A ligação peptídicatem uma característica estrutural típica. Há mecanismos de 
ressonância 
 
Grupo amida: carbonila + nitrogênio 
As ligações peptídicas tem caráter coplanar e são rígidas, por isso não é possível 
girar essas moléculas, elas possuem posições bem definidas. 
Se é necessário que a cadeia se dobre, em que ponto ela fará isso? 
As ligações simples DENTRO dos aminoácidos e não as ligações ENTRE os 
aminoácidos (ligações peptídicas). 
Entre o carbono alfa e o carbono do grupo carboxila (carbonila) – ângulo psi. - 
dentro de um aminoácido, e o carbono alfa e o grupo amina – ângulo fi - dentro 
de um aminoácido. 
 
Níveis estruturais de uma proteína 
● Estrutura primária: sequência dos resíduos de Aas 
● Estrutura secundária: arranjo espacial dos resíduos de Aas próximos. 
Formação de sequencias tridimensionais periódicas (alfa-hélice, fita beta 
etc.) 
● Estrutura terciária: arranjo espacial relativo de todos s resíduos de Aas de 
uma proteína. Forma como a proteína se “dobra” sobre si mesma. 
● Estrutura quaternária: Há mais que uma cadeia polipeptídica, é referente 
ao arranjo espacial das subunidades constituintes de uma proteína 
(monômeros) e a natureza dos seus contatos. 
Monômero: 1 cadeia polipeptídica após o enovelamento. 
▪ 2 monômeros=dímero (conjunto de 2 monômeros) 
▪ 3 monômeros=trímero (conjunto de 3 monômeros) 
▪ 4 monômeros=tetrâmero (conjunto de 4 monômeros) 
▪ Etc. 
Podem ser hétero-dímeros ou homo-dímeros, trímero, tetrâmeros, etc. – formada 
por cadeias idênticas ou diferentes, segue a definição 
A hemoglobina é um hétero-tetrâmero, por exemplo. 
 
Estruturas secundarias de uma proteína 
α-hélice: helicoidal 
● Estabilizada pelas ligações de H formadas entre os grupos N-H e C-O da 
cadeia principal; 
● Ligações de H formadas entre resíduos não adjacentes (n+4); 
● Número de resíduos por volta completa da hélice: 3,6; 
● Podem ser orientadas no sentindo horário (comuns) ou anti-horários 
(raras) 
 
Folha-β 
● Estabilizada pelas ligações de H formadas entre os grupos N-H e C-O 
da cadeia principal.; 
● Ligações de H formadas entre resíduos localizados em fitas betas 
distintas.; 
● Distância entre resíduos adjacentes: 3,5 A; 
● Podem ser paralelas ou anti-paralelas; 
Resíduos espacialmente próximos interagindo e sequencialmente distantes. 
 
Reações mais “retas” e frontais são mais fortes. E quando oblíquas, são mais 
fracas. 
*várias fitas juntas=folha 
 
Aminoácidos com cadeias laterais pequenas – α-hélice; 
 - Exceções: Glicina (muito flexível), Prolina (muito rígida). 
 
Aminoácidos hidrofóbicos tem maior tendência de formar α-hélice. 
Outros exemplos de estrutura secundarias: Loops 
● Não apresentam padrão definido de estrutura secundaria 
● Tendem a situar-se na superfície das proteínas 
● Constituídos por resíduos carregados e polares 
 
 
 
Estudo sobre as conformações das estruturas secundárias de acordo com a 
angulação fi e psi 
 
▪ Pontinhos pretos: aminoácidos 
▪ Áreas azuis: possíveis proteínas 
Os aminoácidos tem tendências a estarem em determinadas regiões 
energeticamente favoráveis desse gráfico. 
 
 
Quando uma proteína desnatura, ele perde sua função. 
Produzir essa proteína de forma recombinante é difícil. 
 
 
 
 
 
Proteínas Fibrosas 
● Função estrutural 
● Insolúveis em água 
● Ricas em resíduos de aminoácidos hidrofóbicas