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Universidade Federal de PelotasInstituto de Química e Geociências

Departamento de Bioquímica04

BÁSICA EM IMAGENS- um guia para a sala de aula

Aminoácidos, peptídeos e proteínas

© Copyright 2008 – Chaves & Mello-Farias – ISBN 978-85-7192-387-4

• Generalidades

1. Introdução

• AAs x Proteínas

BÁSICA EM IMAGENS – um guia para a sala de aula © Copyright 2008 – Chaves & Mello-Farias – ISBN 978-85-7192-387-4

Hierarquia estrutural na organização molecular das células

Nível 4:Célula e

organelas

Nível 3:Complexos

Supramoleculares

Nível 2:Macromoléculas

Nível 1:Unidades

Monoméricas

Proteínas

Celulose

GlicídiosParede Celular

Cromossomos

Membrana Plasmática Aminoácidos

DNANucleotídeos

Lipídios

© Copyright 2008 – Chaves & Mello-Farias – ISBN 978-85-7192-387-4BÁSICA EM IMAGENS – um guia para a sala de aula

Grupo amino

Cadeia lateral

Grupo carboxila

C α

Atividade química dos AA

• Livres: NH2 e COOH

• Proteínas: grupos reativos da cadeia lateral

Atividade química dos AA

• Livres: NH2 e COOH

• Proteínas: grupos reativos da cadeia lateral

2. Aminoácidos

• Conceito

• Fórmula geral


aminoácidos

Glicina (Gly – G ) Alanina (Ala – A ) Ácido aspártico (Asp –D )

Lisina (Lys – K) Metionina (Met – M) Tirosina (Tyr – Y)

Cisteína (Cys – C) Serina (Ser – S) Prolina* (Pro – P)

* R forma um anel com o NH2, deixando livre apenas um NH

• ID, exemplos e nomenclatura

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• Sólidos• Cristalizáveis• Incolores• Hidrossolúveis• ↑ PF (↑ 200° C)

• Monômeros das proteínas e peptídeos• Precursores hormonais (tiroxina, serotonina, auxinas)• Intermediários do metabolismo• Precursores de nucleotídeos e porfirinas

• Características

aminoácidos

• Funções

metionina

prolina

tirosina

protoporfirina IX© Copyright 2008 – Chaves & Mello-Farias – ISBN 978-85-7192-387-4BÁSICA EM IMAGENS – um guia para a sala de aula

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Protoporphyrin_IX.svg

2.1. Isomeria

L-gliceraldeído D-gliceraldeído

L-alanina D-alanina

Série L → organismos superioresSérie L → organismos superiores

aminoácidos

• Atividade ótica

• Séries D e L


2.2. Classificação

a) Quanto à ocorrência

• Protéicos, primários, padrão

• Derivados dos protéicos (raros)

• Não protéicos

c) Quanto à carga elétrica

• Neutros: 1 COOH e 1 NH2• Ácidos: 2 COOH e 1 NH2• Básicos: 1 COOH e 2 NH2

• Essenciais: necessidade de ingestão;varia de sp. para sp;humanos - 8 essenciais

• Não- essenciais: produzidos pelo org.

d) Quanto à síntese

• Polares neutros (sem carga)carga + (básicos)carga – (ácidos)

• Apolares alifáticosaromáticos

b) Quanto às propriedades do grupo R

aminoácidos


Aminoácido Abreviatura de três letras Abreviatura de uma letra

Alanina Ala A

Arginina Arg R

Asparagina Asn N

Ácido aspártico Asp D

Ácido glutâmico Glu E

Cisteína Cys C

Glicina Gly G

Glutamina Gln Q

Histidina His H

Isoleucina Ile I

Leucina Leu L

Lisina Lys K

Metionina Met M

Fenilalanina Phe F

Prolina Pro P

Serina Ser S

Tirosina Tyr Y

Treonina Thr T

Triptofano Trp W

Valina Val V

aminoácidosa) quanto à ocorrência - AAs protéicos


aminoácidos

a) quanto à ocorrência - AAs protéicos


AAs derivados dos protéicos (raros)cisteína

cistinacisteína

cisteínacisteína

cistina

oxidação redução

ponte S-S

a) quanto à ocorrência – derivados dos protéicos (raros)

aminoácidos

© Copyright 2008 – Chaves & Mello-Farias – ISBN 978-85-7192-387-4BÁSICA EM IMAGENS – um guia para a sala de aula

4- Hidroxiprolina

γ - Carboxiglutamato

5-Hidroxilisina

6-N-Metilisina Desmosina

Selenocisteína

Parede celularColágeno

Colágeno

Miosina

Protrombina

Elastina

Glutationa POoutras proteínas

a) quanto à ocorrência – derivados dos protéicos (raros)

aminoácidos


Fonte bioquímica / funçãoácido pantotênico (vitamina) e em petídios naturais importantes

Polipeptídios em paredes celulares de algumas bactérias

Cérebro e outros tecs. anim.; neurotransmissor

Vários tecidos; intermediário no metabolismo de AA

Polipeptídios em paredes celul. de algs. bactérias

Vários tecidos; intermediário na síntese de arginina

Vários tecidos; intermediário na síntese de AA

Glândula tireóide ; é hormônio tireoidiano(I = iodo)

L- ornitina

β- Alanina

FórmulaNome

D- Alanina

γ- ácido aminobutírico

D- ácido glutâmico

L- Homoserina

Sarcosina

L- Tiroxina

a) quanto à ocorrência – não protéicos

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Citrulina

Ornitina

Metabolismo de AA (ciclo da uréia)

a) quanto à ocorrência – não protéicos






• Não protéicos









aminoácidos


Apolares alifáticos

Apolares aromáticos


Apolares aromáticos

b) Quanto às propriedades do grupo R - Apolaresaminoácidos

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Polares sem carga (neutros)

Polares com carga (ácidos) Polares com carga (básicos)

b) Quanto às propriedades do grupo R - Polares

aminoácidos


• Classificação - Lehninger


Aromáticos

Polares sem carga

Carregados positivamente

Carregados negativamente

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• Não protéicos









aminoácidos


aminoácidos

d) Quanto à síntese - Essenciais e não-essenciais

ww

w.a

jinom

oto.

com

.br

•••

•

•

•

•

•

•

• Essenciais (humanos)• Essenciais (humanos)


aminoácidos

d) Quanto à síntese - Essenciais e não-essenciais


2.3. Comportamento em meio aquoso

Meio aquosoMeio aquoso AAs ionizadosAAs ionizados agem como ácidos ou basesagem como ácidos ou bases

Forma não iônicaíon dipolar ou anfótero

zwitterion

meio ácidomeio ácido meio alcalinomeio alcalino

forma protonada

forma desprotonada

A carga elétrica dos AAs varia em função do pH do meioA carga elétrica dos AAs varia em função do pH do meio

pH1 14

H+H+ H+H+

aminoácidos

Comportamento Anfótero

Moléculas ionizadas


• Comportamento em meio aquoso

forma protonada forma

desprotonada

meio ácidomeio ácido meio alcalinomeio alcalinopH1 14

aminoácidos


2.4. Curvas de titulação

representação gráfica do comportamento anfótero

dos AAs

representação gráfica do comportamento anfótero

dos AAs

este comportamento depende exclusivamente do pH do meio em que o AA se encontra

este comportamento depende exclusivamente do pH do meio em que o AA se encontra

AAs em solução aquosaAAs em solução aquosa ionizadosionizados

basesbases

ácidosácidos

curvas de titulaçãocurvas de titulação

evidenciam a atuação dos AAs como tampõesevidenciam a atuação

dos AAs como tampões

aminoácidos

• Introdução


Titulação (neutralização): é a adição ou remoção gradual de prótons (H+)

com base: parte-se de pH ácido até chegar a básico

com ácido: parte-se de pH básico até chegar a ácido

Frasco cônico

Bureta

ácido e indicador

base

• Curvas de titulação – conceitos importantesaminoácidos

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Ácido forte: dissociação irreversível HA → A- + H+

Ácido fraco: dissociação reversível HA A- + H+

Ácido forte: dissociação irreversível HA → A- + H+

Ácido fraco: dissociação reversível HA A- + H+

Base forte: dissociação irreversível BOH → B+ + OH-

Base fraco: dissociação reversível BOH B+ + OH-

Base forte: dissociação irreversível BOH → B+ + OH-

Base fraco: dissociação reversível BOH B+ + OH-

Ácidos e bases (Brönsted) ácido: substância próton-doadora

base: substância próton-receptora

Ácidos e bases (Brönsted) ácido: substância próton-doadora

base: substância próton-receptora

CH3COOH CH3COO- + H+

(Ácido Acético) (Acetato)

aminoácidos

• Curvas de titulação – conceitos importantes


Sistema Tampão: um bom tampão é constituído de um ácido fraco e sua base

conjugada ou sal interno.

Sistema Tampão: um bom tampão é constituído de um ácido fraco e sua base

conjugada ou sal interno.

Tampão: toda substância que mantém inalterado seu pH apesar da adição

moderada de ácidos ou bases.

Tampão: toda substância que mantém inalterado seu pH apesar da adição

moderada de ácidos ou bases.

aminoácidos


HA A- + H+HA A- + H+

H+

HA A- + H+HA A- + H+HA A- + H+HA A- + H+

OH-


(Ácido Acético) (Acetato)

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A

AHA

HA

Solução tampão: mistura de ácido fraco com base

conjugada


H+

HA A- + H+HA A- + H+HA A- + H+HA A- + H+

aminoácidos

• Sistema Tampão

OH-

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pH (potencial hidrogeniônico) : -log[H+] de uma solução pH (potencial hidrogeniônico) : -log[H+] de uma solução

aminoácidos


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pK: - Constante de equilíbrio de ionização ou dissociação - É uma medida da tendência dos grupos COOH em ceder H+ (prótons)

NH3+

- Corresponde ao pH em que 50% das moléculas encontram-se dissociadas 50% encontram-se não-dissociadas

pK: - Constante de equilíbrio de ionização ou dissociação - É uma medida da tendência dos grupos COOH em ceder H+ (prótons)

NH3+

- Corresponde ao pH em que 50% das moléculas encontram-se dissociadas 50% encontram-se não-dissociadas

pK1: COOH → 50% COO- (dissociado) 50% COOH (não-dissociado)

pK1: COOH → 50% COO- (dissociado) 50% COOH (não-dissociado)

pK2: NH3+ → 50% NH3

+ (não-dissociado) 50% NH2 (dissociado)

pK2: NH3+ → 50% NH3

+ (não-dissociado) 50% NH2 (dissociado)

* AAs neutros (1 COOH e 1 NH2)* AAs neutros (1 COOH e 1 NH2)

meio ácidomeio ácido meio alcalinomeio alcalino

pH1 14

pI: corresponde ao pH em que 100% das moléculas encontram-se com carga neutra COO--CHR-NH3+ isoelétricas/isoiônicas.

pI: corresponde ao pH em que 100% das moléculas encontram-se com carga neutra COO--CHR-NH3+ isoelétricas/isoiônicas.

A

B

C

aminoácidos• Curvas de titulação – conceitos importantes


K → constante de dissociação ácida

Quanto maior K, mais forte será o ácidoQuanto menor o K, mais fraco será o ácido

K → constante de dissociação ácida

Quanto maior K, mais forte será o ácidoQuanto menor o K, mais fraco será o ácido


(Ácido Acético) (Acetato) HA A- + H+HA A- + H+

[CH3COO-] . [H+]

[CH3COOH]K =

[A-] . [H+]

[HA]K =

aminoácidos



Cadeia lateralAminoácido

Valores de pKa dos aminoácidosValores de pKa dos aminoácidos

aminoácidos• pKs dos AAs protéicos

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Equação de Henderson - Hasselbach: relaciona pH e pKEquação de Henderson - Hasselbach: relaciona pH e pK


[A-] . [H+]

[HA]K =

[A-]

[HA]K .[H+]=

[A-]

[HA]K[H+]=

1 1.

[A-][HA]K[H+]

=1 1 +log log log

substituindo por seus símbolos

=pH[A-][HA]

+ logpK Henderson- Hasselbach

aminoácidos


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equivalentes de OH-

Região de tamponamento

aminoácidos

• Curva de titulação do ácido acético

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Equivalentes de OH adicionados

Ponto isoelétrico

pK1= 2,34

pK2= 9,60

pK1= 2,34

pK2= 9,60

A B C

aminoácidos

• Exemplo – Curva de titulação da Glicina


Ao titularmos um aminoácido monoamino e monocarboxílico, temos o seguinte comportamento:

Ponto 1: NH3+ - CH - R- COOH → AA totalmente protonado

Ponto 2: [NH3+ - CH – R - COOH] = [NH3+ - CH – R - COO-] → pK1

Ponto 3: NH3+ - CH – R - COO- → Ponto Isoelétrico - pI

Ponto 4: [NH3+ - CH – R - COO-] = [NH2 – CH - R - COO-] → pK2

Ponto 5: NH2 – CH – R - COO- → AA totalmente desprotonado

Ao titularmos um aminoácido monoamino e monocarboxílico, temos o seguinte comportamento:

Ponto 1: NH3+ - CH - R- COOH → AA totalmente protonado

Ponto 2: [NH3+ - CH – R - COOH] = [NH3+ - CH – R - COO-] → pK1

Ponto 3: NH3+ - CH – R - COO- → Ponto Isoelétrico - pI

Ponto 4: [NH3+ - CH – R - COO-] = [NH2 – CH - R - COO-] → pK2

Ponto 5: NH2 – CH – R - COO- → AA totalmente desprotonado

Fraç

ão d

a gl

icin

a 1

2

3

4

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aminoácidos

• Exemplo – Curva de titulação da Glicina

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Equivalentes de OH- adicionados

Ponto isoelétrico

aminoácidos

• Exemplo – Curva de titulação do Acido Glutâmico

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Ponto isoelétrico

aminoácidos

• Exemplo – Curva de titulação da Lisina

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• Informações importantes fornecidas pelas curvas de titulação

• Representação gráfica do poder tamponante dos AAs em determinado pH

• Quantificação dos pKs

• Regiões de tamponamento

• Predição da carga elétrica do AA em função do pH do meio

aminoácidos


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