Bioquímica Aula00 Intro

1

Ignez CaracelliIgnez Caracelli

BioMat – DF – UNESP/Bauru

Bauru, 13 de agosto de 2007

Aula 1Aula 1Introdução ao Curso: AminoácidosIntrodução ao Curso: Aminoácidos

IntroduçãoIntrodução a a BioquímicaBioquímica: : BiomoléculasBiomoléculas

Julio Julio ZukermanZukerman SchpectorSchpector

LaCrEMMLaCrEMM –– DQ DQ –– UFSCarUFSCar

2

ReferReferêênciancia

AutoresAutores:Ignez Caracelli eJulio Zukerman-Schpector

EditoraEditora: EdUFSCar

ISBN:ISBN: 85-7600-065-2

3

BancosBancos de Dadosde Dados

http://www.rcsb.org/pdb/

http://www.ebi.ac.uk/thornton-srv/databases/pdbsum/

4

Linguagem x InformaçãoLinguagem x Informação

letras frases

aminoácidos aminoácidos proteínas proteínas

5

Problema CentralProblema Central

frases texto

proteínas proteínas funçãofunção

6

Estruturas tridimensionaisEstruturas tridimensionais

métodosmétodos

experimentaisexperimentaismétodosmétodos

teóricos teóricos

7 8

Estruturas tridimensionaisEstruturas tridimensionais

moléculasmoléculas

pequenaspequenas

moléculasmoléculas

grandesgrandes

9

Estruturas TridimensionaisEstruturas Tridimensionais

métodos experimentais:métodos experimentais: cristalcristal

10

Estruturas TridimensionaisEstruturas Tridimensionaisdifração de raios Xdifração de raios X

cristalografiacristalografia

11

1 conformaçãoplanejada

1 conformaçãonão-planejadaconformação

estendida

conformaçãodobrada

HC05HC05HC05HC05

cristalografiacristalografia

planejamentoplanejamento

moléculas pequenasmoléculas pequenas

síntesesíntese


12


proteínasproteínas

13


quem são as proteínas???quem são as proteínas???como são suas estruturas 3D??como são suas estruturas 3D??

como desempenham suas funções???como desempenham suas funções???

14

Estruturas Tridimensionais Estruturas Tridimensionais in in silicosilico

Modelagem MolecularModelagem Molecular

alinhamento de seqüências

predição de estruturas de proteínas

modelagem por homologia

modelagem de ligantes

docking

15

Aspectos Básicos da Estrutura Aspectos Básicos da Estrutura PolipeptídicaPolipeptídica

As proteínas são cadeias (polímeros)

constituídas por

• 20 L-aminoácidos

• D-açúcares

16

Grupo Grupo carboxilacarboxila((dissociadodissociado))

Grupo aminaGrupo amina((protonadoprotonado))

CadeiaCadeialaterallateral

Carbono Carbono αααααααα

COO-

C

R

H3N+ H

R

AminoácidosAminoácidos

17

Ligações nas Proteínas Ligações nas Proteínas

••interações covalentesinterações covalentes (fortes)

– ligação peptídica – ligacao dissulfeto

••interações nãointerações não--covalentescovalentes (fracas)– interações eletrostáticas

– interações de van der Waals

– ligações de hidrogênio

– interações hidrofóbicas

18

Ligação PeptídicaLigação Peptídica

19

EstereoisomeriaEstereoisomeria

LL--aminoácido aminoácido DD--aminoácidoaminoácido

20

Isômeros ÓticosIsômeros Óticos

Uma molécula quiral, é aquela que não é idêntica à sua imagem especular.

Uma molécula quiral e sua imagem especular formam um par de

enantiômeros, ou isômeros especulares.

21

Isômeros ÓticosIsômeros Óticos: : exemploexemplo

Talidomida

• enantiômero R: efeito tetragênico

• enantiômero S: efeito sedativo

S R

22

L-Alanina D-Alanina

C

COO-

+H3N H

CH3

C

COO-

CH3

NH3+H

Aminoácidos: Aminoácidos: estereoisomeriaestereoisomeria

23

Aminoácidos e PolaridadeAminoácidos e Polaridade



COO-

C

R

H3N+ H

R

R:R:naonao--polarpolarpolar polar naonao--carregadocarregadopolar polar carrgadocarrgado 24

átomo ou molécula apolar: o centro das cargas positivas coincide com o centro das

cargas negativas na ausência de campos elétricos.

Molécula Apolar (Molécula Apolar (ouou nãonão--polar)polar)

cargascargaspositivaspositivas

cargascargasnegativasnegativas

+ −−−− ≡≡≡≡

p = 0


25


molécula apolarmolécula apolar na presença de campo elétrico:campo elétrico:⇒ centro das cargas positivascentro das cargas positivas ≠ centro das cargas centro das cargas

negativasnegativas⇒ um dipolo induzido (orientado de – para +)

⇒ p ≠ 0

+ −−−− ≡≡≡≡ cargas

positivas

cargas

negativas

pp

p ≠ 0

EE


26


+ −−−− ≡≡≡≡

+ −−−− ≡≡≡≡

molécula apolaro centro de cargas positivas (núcleo)

coincide com o centro de cargas

negativas (nuvem eletrônica).

dipolo induzidoo centro de cargas positivas (núcleo)

não coincide com o centro de cargas

negativas (nuvem eletrônica).

cargaspositivas

cargas

negativas

p

⇒ p = 0 ⇒ p ≠ 0

E


27

Molécula PolarMolécula Polarmesmo na ausência de campo elétrico:

→→centro de cargas positivascentro de cargas positivas ≠ centro centro

das cargas negativasdas cargas negativas

→ molécula é um dipolo chamado de

dipolo permanentedipolo permanente

28

moléculasmoléculas� carga elétrica ⇒⇒⇒⇒ dipolo ⇒⇒⇒⇒ sistema com muitas cargas

�A forma como as cargas estão distribuídas muda a forma do campo elétrico criado por essas cargas ou distribuição de cargas.

�Na maioria dos sistemas que serão analisados, ou a distribuição de cargas pode ser tratada como se as cargas fossem isoladas (íons em um meio diluído), ou como no caso de uma membrana, consideramos uma distribuição linear, como a formada entre as placas de um capacitor, que cria um campo magnético constante e homogêneo.

29

Os aminoácidosOs aminoácidos

Por que precisamos conhecer este assunto?Por que precisamos conhecer este assunto?

• O que acontece em uma proteína, na ligação de uma enzima ao seu substrato, entre outras coisas, é dominado pela estrutura tridimensional das moléculas e por sua distribuição de cargas;

• o conhecimento dos aminoácidos pode ser fundamental para o entendimento em nível molecular do funcionamento do funcionamento das moléculas e isto possibilita planejar como, por exemplo, inibir uma enzima, planejar o desenho de um novo fármaco, etc.

30

Os aminoácidos e proteínas Os aminoácidos e proteínas

O químico holandês Gerardus Mulder foi o primeiro a dotar o termo proteproteíínana em 1838.

Do grego proteus: primário, o mais importante.

31

Os aminoácidos e proteínas Os aminoácidos e proteínas

O primeiro aminoácido descoberto foi a asparagina, extraída do aspargo, em 1806.

O primeiro identificado em uma proteína foi a leucinapor Proust em 1819.

O último a ser descoberto foi a treonina em 1936. (hojeisto nao e mais verdade…)

32

Os aminoácidos e proteínasOs aminoácidos e proteínas

Os aminoácidos não possuem um nomesistemático.

A glicina tem esse nome devido ao gosto doce(glycos = doce).

A tirosina foi originalmente isolada do queijo(tyros = queijo).

O ácido glutâmico foi encontrado no glúten de trigo.

33

Os aminoácidosOs aminoácidos

Os aminoácidos não possuem um nome

sistemático. A glicina tem esse nome devido aogosto doce (glycos = doce). Tirosina foioriginalmente isolada do queijo (tyros = queijo) e o ácido glutâmico foi encontrado no glúten de trigo

34

Aspectos Básicos da Estrutura Polipeptídica

As proteínas são polímeros constituídos por

• 20 L-aminoácidos-padrão unidospor ligações peptídicas

• Os aminoácidos reunem-se emcombinações praticamente infinitas

35

1° –> 2° –> 3° –> 4° Estrutura

36

37 38

AminoácidosAminoácidosGrupo Grupo carboxilacarboxila

((dissociadodissociado))

Grupo aminaGrupo amina((protonadoprotonado))



COO-

C

R

H3N+ H

R

39


40

H2N C

H

R1

COOH H2N C

H

COOH

R2

H2N C

H

COOH

R3

H2N C

H

R1

CO NH C

H

CO

R2

NH C

H

R3

COOH + 2H2O


41

Ligações Peptídicas Ligações Peptídicas �� proteproteíínana

H2NC

CN

CC

NC

COOH

R1

O

H

Ri

O

H

Rn

HH

H

n-2

C-terminal

N-terminal

42

H2N C

H

R1

COOH H2N C

H

COOH

R2

H2N C

H

COOH

R3

H2N C

H

R1

CO NH C

H

CO

R2

NH C

H

R3

COOH + 2H2O


43

• Ligação dupla parcial

– Plana, curta

• C a trans >> cis


44

EstereoisomeriaEstereoisomeria

LL--aminoácido aminoácido DD--aminoácidoaminoácido

45

Isômeros ÓticosIsômeros Óticos

Uma molécula quiral, é aquela que não é idêntica à sua imagem especular.

Uma molécula quiral e sua imagem especular formam um par de

enantiômeros, ou isômeros especulares. 46

Isômeros ÓticosIsômeros Óticos: : exemploexemplo

Talidomida

• enantiômero R: efeito tetragênico

• enantiômero S: efeito sedativo

S R

47

L-Alanina D-Alanina

C

COO-

+H3N H

CH3

C

COO-

CH3

NH3+H

Aminoácidos: Aminoácidos: estereoisomeriaestereoisomeria

48

Ângulos dihédricos Phi e Psi

Ângulos dihédricos são

definidos por 4 átomos

– Phi (Φ) é a torção ao redor

N–Cα

Psi (Ψ) é a torção ao redor

Cα –C’

Φ e Ψ especificam a

conformação da cadeia principal

49

Ângulo Ângulo diédricodiédrico φφφφφφφφ

φ é o ângulo de torção

em torno de N−−−− Cα

C’(i-1)

N

C’

Cα

φφφφ

50

Ângulo Ângulo diédricodiédrico ψψψψψψψψ

ψ é o ângulo de torção em torno de Cα–C’

ψψψψ

N

N(i+1)

Cα

C’

51

EstruturaEstrutura covalentecovalente

• ligação peptídica

• ligação dissulfeto

52

As Forças nãoAs Forças não--covalentes nas proteínascovalentes nas proteínas

• interações eletrostáticas entre cargas e dipolos;

• forças de van der Waals;• ligações de hidrogênio e• interações hidrofóbicas.

53

SCH2

R

H

H

HN N

CH2

H

C

O

R

H

H

C,M

E,G,N,Q

HO CH2

HO CH

R

HN

HCH2

HN

HC

O

NH

H C

NH2+

NH

Y

S,T

K

R

N,Q

AceptoresAceptores

DoadoresDoadores

Ligações de hidrogênio em estrutura terciáriaLigações de hidrogênio em estrutura terciária

54

COO-

CH3N+ H

H

COO-

CH3N+ H

CH3

COO-

CH3N+ H

CHH3C CH3

GlicinaGly, G

AlaninaAla, A

ValinaVal, V

(G, A, V, L, I, F, W, M, P)

Aminoácidos com cadeias laterais Aminoácidos com cadeias laterais nãonão--polarespolares

55

COO-

CH3N+ H

CH2

CHH3C CH3

COO-

CH3N+ H

CHH3C CH2

CH3

LeucinaLeu, L

IsoleucinaIle, I


56

COO-

CH3N+ H

CH2

COO-

CH3N+ H

CH2

NH

FenilalaninaPhe, F

TriptofanoTrp, W


57

COO-

CH3N+ H

CH2

CH2

S

CH3

MetioninaMet, M

ProlinaPro, P

NH2+

COO-


58

Aminoácidos com cadeias laterais Aminoácidos com cadeias laterais polarespolares nãonão--carregadoscarregados ((S, T, N, Q, Y, C))

COO-

CH3N+ H

CH2OH

COO-

CH3N+ H

C OHH

CH3

SerinaSer, S

NE

TreoninaThr, T

59

Aminoácidos com cadeias laterais Aminoácidos com cadeias laterais polarespolares nãonão--carregadoscarregados ((S, T, N, Q, Y, C))

COO-

CH3N+ H

CH2

CONH2

COO-

CH3N+ H

CH2

CH2

CONH2

AsparaginaAsn, N

GlutaminaGln, Q

60

Aminoácidos com cadeias laterais Aminoácidos com cadeias laterais polares nãopolares não--carregadoscarregados ((S, T, N, Q, Y, C))

COO-

CH3N+ H

CH2

OH

TirosinaTyr, Y

COO-

CH3N+ H

CH2

SH

CisteínaCys, C

61

COO-

CH3N+ H

CH2

COO-

COO-

CH3N+ H

CH2

CH2

COO-

ÁcidoAspárticoAsp, D

Ácido GlutâmicoGlu, E

Aminoácidos com cadeias laterais Aminoácidos com cadeias laterais polares carregadospolares carregados ((D, E, K, R, H))

62


COO-

CH3N+ H

CH2

CH2

CH2

CH2

NH3+

COO-

CH3N+ H

CH2

CH2

CH2

NH

C+H2N

NH2

LisinaLys, K

ArgininaArg, R

63

COO-

CH3N+ H

CH2

HN

NH+

HistidinaHis, H


63

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