Bioquímica Geral C

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Série 1 PROPRIEDADES ÁCIDO-BASE DOS AMINOÁCIDOS

1.1 - Responda às seguintes questões com “verdadeiro” ou “falso”. Se “falso”, explique porquê:

a) Só a pH muito baixo ou muito alto é que a forma não ionizada de um dado aminoácido predomina;

b) A leucina é mais polar do que a alanina;

c) A um valor de pH superior ao valor de pKa de um grupo ionizável mais de metade desses grupos estão ionizados;

d) O ponto isoeléctrico do tripeptídeo Lis-Lis-Lis é maior do que qualquer dos valores de pKa dos resíduos individuais (Lisina). Esboce a curva de titulação com NaOH para este tripeptídeo;

e) Há rotação livre em torno de uma ligação peptídica.

1.2 - O grupo γ-carboxilo do ácido glutâmico tem um pKa = 4,3.

a) Que fracção destes grupos estão desprotonados (i.e. na forma –COO–) em solução diluída de ácido glutâmico a pH = 5,0?

b) E a pH = 3,8?

c) Calcule as cargas formais do ácido glutâmico para valores de pH das alíneas anteriores.

1.3 - O aminoácido HISTIDINA apresenta três grupos ionizáveis:

Esquematize uma curva de titulação (pH / equiv. de base adicionada) indicando as espécies presentes. Justifique.

1.4 - Considere as seguintes misturas de aminoácidos:

a) Uma mistura de aminoácidos, Ala, Ser, Fen, Arg, Asp e His, é sujeita a electroforese em papel a pH = 3,9. Indique a direcção de migração de cada aminoácido;

b) Suponha que tem uma mistura de Ala, Val, Glu e Lis a pH = 6,0. Calcule a carga formal de cada aminoácido. Desenhe a forma da tira de papel revelada pela ninidrina após ter realizado a electroforese. Indique o ânodo (+), cátodo (-) e a origem e a posição de cada um dos aminoácidos.

N

NH+CH2C

NH3+

COO-

H

H

pKa1 = 1,8 (α-carboxilo)

pKa2 = 9,2 (α-amino)

pKa3 = 6,0 (imidazol)

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1.5 - Usando os valores de pKa indicados na Tabela em anexo identificar os aminoácidos cujas curvas de titulação são mostradas nas Figuras.

0

2

4

6

8

10

12

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3Moles de NaOH

pH

0

2

4

6

8

10

12

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3Moles de NaOH

pH

1.6 - A partir do colagénio isolado da cauda do canguru obteve-se uma prolina substituída (aminoprolina) ainda não caracterizada.

A partir das curvas de titulação determinaram-se os pKa dos grupos ionizáveis:

a) Indique todas as formas ionizadas deste aminoácido;

b) Calcule o ponto isoeléctrico deste aminoácido;

c) Calcule a carga deste aminoácido a pH 2,5 e diga qual a direcção de migração deste aminoácido quando sujeito a electroforese a este pH.

1.7 - Considere o seguinte peptídeo:

Glu-Leu-Arg-Met-Glu-Trp-Arg-Ala-Trp-Glu

a) Suponha que vai titular na forma Ln- indique todos os equilíbrios desde a forma totalmente desprotonada até à forma totalmente protonada referindo quais os grupos envolvidos em cada passo e os respectivos valores de pKa;

b) Desenhe a curva de titulação. Justifique.

c) Calcule o pH do ponto isoeléctrico.

HC

CH2C

H2CN

CO2-

H

H3N

H2

pKa(α-carboxilo) = 1,9 pKa(α-amino) = 9,8 pKa(γ-amino) = 10,0

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1.8 - Na titulação de 0,01 moles de um peptídeo na sua forma completamente protonada foram gastos 0,07 moles de NaOH. Na figura 1 apresenta-se a curva de titulação realizada.

A composição de aminoácidos revelou somente a presença de três tipos de aminoácidos (Glu, His, Arg).

a) Através da curva de titulação observada determine a composição de aminoácidos deste peptídeo. Justifique.

b) Escreva os equilíbrios postos em jogo ao longo da titulação e respectivos valores de pKa.

c) Calcule a carga total do peptídeo a pH 4,0 e a pH 6,0.

d) Determine o pH do ponto isoeléctrico deste peptídeo.

EXERCÍCIOS SUPLEMENTARES

1.9 - O grupo ε-amino da lisina tem pKa = 10,5.

a) Que fracção deste grupo está protonada (i.e. na forma –NH3⊕) em solução diluída

de lisina a pH = 9,5?

b) E a pH = 11,0?

1.10 - Cada grupo ionizável de um aminoácido tem dois estados possíveis de ionização, carregado e não carregado (ex: –COO– e –COOH).

a) Represente os estados possíveis de ionização do resíduo SERINA;

b) Indique qual a forma predominante aos valores de pH iguais a 1,0; 3,0; 7,0 e 10,0.

CH2C

NH3+

COO-

H OHpKa1 = 2,2 (α-carboxilo)

pKa2 = 9,2 (α-amino)

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1.11 - Os aminoácidos podem ser usados como tampões. Uma solução tampão é uma solução que não varia apreciavelmente de pH quando se lhe adiciona ácido ou base. A zona na qual uma dada solução é um tampão efectivo é designada por “zona tampão” e é geralmente definida por pKa ± 1.

a) Indique a “zona tampão” da glicina, histidina, aspártico e lisina; (Resposta: Zona tampão = pka ± 1)

b) Escolha um aminoácido para tamponizar a pH = 4, 6; 9,0 e 12,0;

c) Uma proteína contendo 110 aminoácidos será melhor ou pior tampão que a solução de concentração equivalente dos aminoácidos constituintes? Explique. (Ajuda para a resposta: nas proteínas os grupos amino e carboxilo estão envolvidos nas ligações peptídicas)

1.12 - Usando os valores de pKa tabelados, identifique os aminoácidos A, B, C e D, a partir das curvas de titulação.

Aminoácido pKa1 pKa2 pKa3

Asp

His

Cis

Thr

1,9

1,8

2,2

2,6

3,6

6,0

9,0

10,4

9,6

9,2

10,5

-

CURVAS DE TITULAÇÃO

Escolha o pH a que seja possível separar uma mistura destes quatro aminoácidos por electroforese. Para esse pH indique as espécies presentes de cada aminoácido e o valor da carga. Indique também a direcção de migração.

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Apêndice

OS AMINOÁCIDOS COMUNS: ESTRUTURAS E VALORES DE PKA.

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