Graduação em Biotecnologia

Disciplina de Proteômica

Caroline Rizzi

Doutoranda em Biotecnologia -UFPel

Bibliografia

Aminoácidos

• Grupos funcionais em bioquímica

• Propriedades químicas da água

• Estrutura e classificação dos

aminoácidos

• Aminoácidos incomuns

• Síntese de aminoácidos

• Propriedades dos aminoácidos

20 L-aasTodas as

proteínassíntese

20! = 2,4 x 10 18 moléculas diferentes

A B C

BC A

ACB

C AB

A BC

AB C

Principais grupos funcionais em bioquímica

Propriedades químicas da água

Alta constante

dielétrica

Reflete o número de dipolos em um solvente

Favorece a dissolução das substâncias polares

Solubilização através de ligações de

hidrogênio

Dipolo permanente

Propriedades químicas da água

3,5 moléculas de água

10 picosegundos

alta viscosidade,

tensão superficial,

ponto de ebulição

Estabilidade Termodinânica

Propriedades químicas da água

Átomo de hidrogênio ligado a um átomo eletronegativo

átomo eletronegativo

Resultado: solubilização de moléculas capazes de formar pontes de hidrogênio

--H

H

O

d +

d +

d -

H

O

d +

Hd +

d -

H

Od +

H

d +

d -H

O H

H

O

H

H

H

HO

H HH

O

HH O

HH

OH

H

HO

H

O

HO

H

Camada de solvatação de

um composto aniônico

Camada de solvatação de

um composto catiônico

++

H

H H

H

H

HH

H O

O

O

Od +

d + d +

d +

d +

d +d +

d +

d -

d - d -

d -

H

H

O

H

HO

H

HO

H

H

OO

H

H

O

H HO

HH

O

HO

HH

OH

OH

H

H

HO

HHO

H

H

H

H

O

H HO

Propriedades químicas da água

Resultado: solubilização de moléculas carregadas

Propriedades químicas da água

Moléculas não polares

Auto-associação no ambiente aquoso.

Não é dirigida por atração mútua, mas por

necessidades de estabilidade termodinânica

Minimização energética das interações

desfavoráveis entre grupos não polares e

a água

Interações Hidrofóbicas

Equilíbrio dos elétrons entre

carbonos e hidrogênios

Propriedades químicas da água

Micelas, agregados....

Interações químicas dos compostos

orgânicos

Van der Walls

• Instante de deslocamento de

nuvens eletrônicas em

molécula apolares: dipoloinstantâneo→ atração

• Efetiva em pequenas

distâncias

Interações químicas dos aminoácidos

C. Interações eletrostáticas:grupos carregados.Biomoléculas: Pontes salinas

• Funções:

– Neurotransmissores e hormônios

– Transporte de metabólitos e íons

– Catálise enzimática

– Gliconeogênese....

Aminoácidos

Moldam as propriedades das proteínas:

– Diferentes cadeias laterais

– Capacidade de preencher o interior da proteína

– Formação da estrutura secundária

– Ionização e reatividade química

– Interação com íons

– Formação de pontes de hidrogênio

• Apresentam pelo menos um grupo carboxílico e um

grupo amino

• Fórmula geral e configuração:

+H3N - C - H

COO -

R

Aminoácidos

pH neutro:

íons dipolares

estrutura, tamanho e carga elétrica

Identificação dos Carbonos

Carbonos da cadeia lateral:

Identificados na seqüência

do alfabeto grego do carbono ligado

ao radical ou a partir do

carbono com substituintes de maior

n° atômico

Assimetria do carbono

- C -

Carbono

COO- Grupo carboxila

+H3NGrupo amino

RRadical ou cadeia lateral

H* centro quiral

*

O Carbono é assimétrico,

ou seja, tem 4 ligantes diferentes

Estereoisômeros

não são interconversíveis sem

quebra de ligações covalentes

Enatiômeros

Moléculas não sobreponíveis = imagens

especulares

Física e quimicamente praticamente

indistingüíveis, mas são

estereoespecíficas

Isômeros D e L

Atividade óptica

Isomeria

Estrutura dos

Aminoácidos Comparada

Estrutura do

Gliceraldeído

Convenção de Fisher (1891):

configuração absoluta para centros quirais

OH C H

CHO

CH2OH

H C OH

CHO

CH2OHL-Gliceraldeído D-Gliceraldeído

* *

Todos os aminoácidos proteícos são do tipo L-α aminoácidos

D aas: mureína e antibióticos peptídicos

Fórmulas de perspectiva: grupo mais oxidado no topo, o radical no

mesmo nível do grupo oxidado e NH3+ à esquerda (L) ou direita (D)

Polarímetro.

OBSERVE NA FIGURA ABAIXO UMA ANIMAÇÃO DO FUNCIONAMENTO DO POLARÍMETRO.

• Luz polarizada desviada de um certo ângulo +a (dextrógira),

• Luz polarizada desviada de um certo ângulo -a (levógira),

Condições

- à mesma temperatura;

- dissolvidas no mesmo solvente;

- com o mesmo comprimento de onda (luz amarela de sódio).

AbreviaturasAminoácido Três letras Uma letra

Alanina Ala A

Arginina Arg R

Asparagina Asn N

Asparato Asp D

Cisteína Cys C

Fenilalanina Phe F

Glutamato Glu E

Glutamina Gln Q

Glicina Gly G

Histidina His H

Isoleucina Ile I

Leucina Leu L

Lisina Lys K

Metionina Met M

Prolina Pro P

Serina Ser S

Treonina Thr T

Triptofano Trp W

Tirosina Tyr Y

Valina Val V

Nomenclatura e abreviaturas dos aminoácidos

Três letras:

2 primeiras letras +3 letra ou

som característico

Nomes triviais:

local de isolamento

Nome químico:

Ácido 2-aminopropiônico

Código compacto:

Primeira letra ou

som característico

O papel dos aminoácidos nas proteínas: relacionado às

propriedades químicas dos radicais

+H3N- C - H

COO-

R

Classificação dos aas

Classificação dos aas

• Compreensão das propriedades dos aas:

– Entendimento da bioquímica do composto

– Agrupamento dos aas em 5 classes principais

– Polaridade: tendência de interagir com a água em pH

biológico

• Classificação dos aas: pela polaridade das

cadeias laterais em pH fisiológico

Índice Hidropático

Escala utilizada para determinar a

hidrofobicidade das cadeias laterais

Centro

hidrofóbico

Kyte J, Doolittle RF. J Mol Biol 1982;157:132.

Aminoácidos alifáticos apolares ou neutros

• Grupos R: são hidrofóbicos (IH e VdW)

• Estabilização protéica: interior

• Pouca reatividade química (sem heteroátomos em R)

– Glicina (Gly) G

– Alanina ( Ala) A

– Valina (Val) V

– Leucina (Leu) L

– Isoleucina (Ile) I

– Prolina (Pro) P

– Metionina (Met) M

– Cisteína (estado não dissociado)

Ramificados, altamente hidrofóbicos

Glicina

- Não possui centro quiral

- Não acarreta impedimentos espaciais:

curvaturas ou cadeias compactas de

proteínas fibrosas

Alanina

Alanina, valina, leucina, e isoleucina: - agregados no interior da proteína

- estabilizam a estrutura proteíca por IH

Valina

Grupamentos laterais maiores:

- maior hidrofobicidade

- encaixe em estruturas compactas

Leucina

Isoleucina

Isoleucina e treonina

contém um segundo

centro assimétrico

Metionina

Contém grupamento não polar

tioéter

Prolina

Causa curvatura na cadeia peptídica

(ex: colágeno) e reduz a flexibilidade

estrutural

Dificulta a formação de estruturas

secundárias

Amida secundária

Cadeia lateral ligada ao nitrogênio

e ao carbono: Iminoácido

Anel constituinte na cadeia peptídica

• Anel com ressonância: substituintes determinam apolaridade

• Manutenção das características hidrofóbicas, mas O,N→PH no interior da molécula

• Interações hidrofóbicas

– Fenilalanina (Phe) F

– Tirosina (Tyr) Y

– Triptofano (Trp) W

– Histidina (forma protonada)

Aminoácidos aromáticos

Fenilalanina

- Sem substituintes

- Elétrons igualmente distribuídos:

muito apolar

- Interações hidrofóbicas

Tirosina

Menor hidrofobicidade devido à

hidroxila:

- sítio ativo de enzimas

- pontes de hidrogênio

- fosforilação: regulação

Triptofano

Anel indólico ligado ao anel fenila

- grupamento NH

- pontes de hidrogênio

Absortividade máxima na

faixa do visível:

Triptofano: 280 nm

Tirosina: 276 nm

Avaliação da

concentração da proteína

em solução

por εVarredura de absorção de Trp e

Tyr (10-3 M; pH 6.0)

Elétrons π deslocados

Coeficiente de extinção molar

ε= absortividade molar

Capacidade que um mol de uma substância tem de absorver luz a um determinado comprimento de onda

M−1cm−1

A= ε.c.l

Triptofano: 3400 M-1 cm-1

Tirosina: 1400 M-1 cm-1

• Possuem radicais mais polares (hidrofílicos) →grupos funcionais que formam PH com a água

• Interior ou exterior das proteínas.

• PH com compostos polares em sítios ativos,cadeia peptídica ou com si próprios

– Serina (Ser) S

– Treonina (Thr) T

– Cisteína (Cys) C

– Asparagina (Asn) N

– Glutamina (Gln) Q

Aminoácidos polares não carregados

Serina

Grupo hidroxila:

- formação de pontes de hidrogênio

e pontes salinas

- superfície de proteínas

- serino proteases (Ser, Asp, His)

- ligações glicosídicas

- sensível à fosforilação

Treonina

- Dois centros quirais

- OH sensível à fosforilação

Cisteína

pKa do SH 8.4:- não dissociada no pH fisiológico

- oxidação espontânea

-Ligação de flavinas, grupo heme

Cistina

- presente no sangue e tecidos

- pouco hidrofílica

- ligação de cadeias peptídicas diferentes ou

diferentes regiões de uma mesma proteínas

Ponte dissulfeto

Glutamina

Glutamina e asparagina:

- carboxiamida

- marcadamente polares

Asparagina

• Possuem grupos R mais hidrofílicos

positivamente carregados em pH 7,0

– Lisina (Lys) K

– Arginina (Arg) R

– Histidina (His) H

Aminoácidos básicos

• Cargas positivas: possibilita a formação de pontes

salinas com grupos carregados negativamente:

– Cadeias laterais de aas

– Grupos fosfatos de coenzimas

• Lisina e arginina: pontes salinas em sítios de ligação em

proteínas, como os fosfatos do ATP

• Formação de pontes de hidrogênio e ligação de ânions

Aminoácidos básicos

Lisina

– Totalmente ionizado em pHneutro

– Catálise enzimática

– Une determinadas coenzimas àestrutura das proteínas (biotina,piridoxal fosfato, etc…)

Arginina

Fortemente básica:extremamente polar

Histidina

– Centro ativo de muitas enzimas

– Tamponamento biológico: pKapróximo da neutralidade

• Fazem parte do centro ativo de glicosidases e serino proteases

• Carga negativa em pH neutro

• Porção externa da proteína (solvatados)

• Interior: formação de pontes salinas

• Podem aceitar protóns: importância funcional

• Fornecem a proteína superfícies aniônicas que servem para fixarcátions (p.e., Ca++)

– Glutamato (Glu) E

– Aspartato (Asp) D

Aminoácidos ácidos

Glutamato

Aspartato

• Modificação específica de um resíduo de aasapós síntese da cadeia polipetídica

• Adição de pequenos grupos químicos a certascadeias lateriais do aa:– Hidroxilação

– Metilação

– Acetilação

– Carboxilação

– Fosforilação

• Adição de grupos maiores (lipídeos e polímerosde carboidratos)

• Reações catalizadas por enzimas: modificaçõespós-traducionais

• Função: regulação, ancoragem, associação

protéica ou degradação

Aminoácidos incomuns

3-hidroxi-prolina

4 hidroxi-prolina

(colágeno)

Ácido γ-carboxi-glutâmico

(protrombina e fatores da

coagulação)

5- Hidroxilisina: parede celular de plantas

6-N-metilisina: miosina

3-metil-histidina (actina)

Desmosina: formada por quatro lisinas,

presente na elastina

- GABA (Ác.g-aminobutírico)

-OOC-CH2-CH2-CH2- NH3+

Modificações pós traducionais

N-glicosilação: Proteção de proteólise ou ataque imune

O-glicosilação: Ligação de oligosacarídeos

Modificações pós traducionais

C16: proteínas de membrana plasmática

C14: proteínas de compartimentos subcelulares

Isoprenóides (geranilgeranil e farnesil): regulação atividade e ancoragem

de proteínas a membranas

Modificações pós traducionais

Fosforilação de OH por quinases: grupamento volumoso e

carregado que altera a atividade proteíca

Acetilação de lisinas: altera a interação das histonas com o DNA

Acetilação do resíduo N-terminal

Modificações pós traducionais

ADP-ribolisação: altera atividade enzimática

Outras: ligação de ubiquitina, amidação do resíduo C-terminal

Selenocisteína

2 aminoácidos protéicos que são determinados geneticamente:

- pirrol-lisina (somente em Archaea)

- selenocisteína (derivada da serina, presente em animais, algumas bactérias;

mas ausente em plantas e Archaea)

ocorre na serina ligada ao tRNA

presente na glutationa peroxidase