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Professora: Roberta Schmatz Construídas a partir de um conjunto de 20 aa , ligados
em seqüências lineares características.
Polímeros de aminoácidos unidos por ligações covalentes
Proteínas
INTRODUÇÃO
- As proteínas são as macromoléculas biológicas mais
importantes que ocorrem em todas as células e em todas as partes das células;
- Milhares de espécies diferentes;
Pequenos peptídios à polímeros enormes;
Diversidade de funções biológicas;
São os instrumentos moleculares por meio dos quais a
informação genética é expressa ; TODAS constituídas pelo mesmo conjunto de 20
aminoácidos;
CARACTERÍSTICAS:
INTRODUÇÃO
As células podem produzir proteínas com propriedades e
atividades diferentes unindo os mesmos 20 aminoácidos em muitas combinações e sequências diferentes.
20 AMINOÁCIDOS
INTRODUÇÃO
Diferentes combinações e sequências formando diferentes proteínas
Enzimas Hormônios Transportadores Anticorpos
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Os resíduos de aminoácidos unem-se por um tipo de ligação covalente específica LIGAÇÃO PEPTÍDICA
PROTEÍNAS
20 aminoácidos:
1º-Asparagina 1806
20º -Treonina 1938
Nomes comuns e alguns derivados da fonte o qual foram
isolados
Asparagina aspargo
Glutamato glúten do trigo
Tirosina Tyros (queijo)
Glicina Glykos (sabor doce)
AMINOÁCIDOS
GRUPO CARBOXILA
GRUPO AMINA
Diferem nas suas cadeias laterais os Grupos R varia
em tamanho, carga elétrica e estrutura.
Influenciam na solubilidade do aminoácido em água
AMINOÁCIDOS
20 alfa- aminoácidos
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Convenções para identificar os carbonos dos aminoácidos
•β, γ, δ, ε: usados para designar carbonos adicionais em um
grupo R.
•1, 2, 3, 4,5: numerados a partir de uma extremidade, dando
preferência ao carbono substituinte (de maior número atômico)
AMINOÁCIDOS
Abreviações de 3 letras
e símbolos de uma letra
que são usados como
sinais caligráficos para
indicar a composição e
a sequência dos
aminoácidos nas
proteínas.
CLASSIFICAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS
ENTRE OS 20 AMINOÁCIDOS CONHECIDOS
09 - ESSENCIAS – Obtenção através dos alimentos
11- NÃO ESSENCIAIS – As células produzem
Cα ligado a 4 grupos diferentes – exceto GLICINA – formando
CENTRO QUIRAL
AMINOÁCIDOS
Arranjo tetraédrico dos orbitais de ligação em volta do átomo Cα – Os 4
grupos diferentes podem ocupar dois arranjos espaciais únicos: Os aminoácidos tem dois possíveis estereoisômeros: formas D e L
Como são imagens especulares não superpostas um do outro são
chamados de ENANTIÔMEROS
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Nomenclatura para especificar a configuração absoluta dos quatro
substituintes do Cα: Sistema D,L – baseada na configuração do
açúcar de 3 C GLICERALDEÍDO – Convenção de Fischer.
AMINOÁCIDOS
-L-aminoácidos são aqueles com o grupo alfa-amino na esquerda, e D-aminoácidos possuem o grupo alfa-amino na direita.
Resíduos de aminoácidos nas proteínas são L
estereoisômeros.
Os resíduos D – aminoácidos têm sido encontrados
apenas em alguns poucos, geralmente pequenos
peptídeos
As células são capazes de sintetizar especificamente L
isômeros. Os sítios ativos das enzimas são assimétricos
e catalisam reações estereoespecíficas..
AMINOÁCIDOS
Classificação dos aminoácidos Conforme grupo R
AMINOÁCIDOS
Polaridade e tendência de interagir com a água em pH
biológico (pH 7,0) depende do grupamento R.
Grupos alifáticos
apolares
Aa apolares e
hidrofóbicos
Aa se agrupam dentro
das proteínas estabilizando
a estrutura por meio de
interações hidrofóbicas
Grupos Aromáticos Cadeias laterais não-
polares e hidrofóbicas .
Todos podem participar de
interações hidrofóbicas
Grupos Polares não
carregados
Mais solúveis em água( +
hidrofílicos), pois seus grupos funcionais fazem pontes de
hidrogênio com a água.
Grupo
amida
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Grupos carregados
positivamente (básicos)
São os mais hidrofílicos,
como também possuem carga positiva em pH 7,0
Grupos carregados
negativamente (ácidos)
Possuem carga negativa e pH
7,0
Aminoácidos incomuns também possuem funções
importantes
As proteínas podem conter resíduos criados pela modificação
de resíduos comuns já incorporados dentro de um polipeptídio.
• 4-hidroxiprolina – derivado da prolina e 5-hidroxilisina –
derivado da lisina: encontrados no colágeno
• 6-N-metil-lisina – constituinte da miosina
γ –carboxiglutamato – proteína de coagulação do sangue
• Desmiosina – derivado de 4 resíduos de lisina. Encontrado na
elastina
• Selenocisteína – introduzido durante a síntese de proteínas
em vez de ser criado por uma modificação pós sintética
AMINOÁCIDOS
Em solução, um aminoácido existe como um íon dipolar, ou
zwitterion;
AMINOÁCIDOS
Os aminoácidos podem atuar como ácidos e bases
Substâncias possuindo essa natureza dupla são anfóteras e
chamadas de anfólitos
Atua como um ácido
(doador de prótons)
Atua como uma base
(receptora de prótons)
Um aa simples, monocarboxílico e
monoamínico é um ácido diprótico, quando
totalmente protonado.
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Titulação ácido-base = remoção ou adição gradual de prótons.
Titulação de aminoácidos diprotonados Diagrama com dois estágios diferentes:
1º - pH baixo predomina espécie completamente protonada;
Ponto médio da titulação – Ponto de inflexão: completa remoção do primeiro próton e
início da remoção do segundo próton – Presença do íon dipolar Sem carga
elétrica líquida = Ponto isoelétrico (PI).
2º - pH alto predomina espécie desprotonada.
OBS:
pH designa a concentração de H+ em uma solução e pKa a tendência de um grupo
oferecer um próton.
Cada grupo ionizável apresenta um ponto de inflexão (pH=pKa).
Duas regiões de poder tamponante – resistem a mudanças de pH quando pequenas
quantidades de ácidos ou base são adicionadas.
Quanto mais distante o pH do seu PI, maior a carga elétrica líquida da população de
moléculas.
AMINOÁCIDOS AMINOÁCIDOS
Curva de titulação para
aminoácidos com grupos
R não-ionizáveis.
Curva de titulação da forma diprótica da glicina
1º - pH baixo predomina espécie
completamente protonada;
Ponto médio da titulação – Ponto de
inflexão: completa remoção do
primeiro próton e início da remoção
do segundo próton – Presença do íon
dipolar Sem carga elétrica líquida
= Ponto isoelétrico (PI).
2º - pH alto predomina espécie
desprotonada.
Aminoácidos com grupos R ionizáveis possuem curvas de titulação mais complexas, com três estágios de ionização possíveis GLUTAMATO
E HISTIDINA.
PIs refletem a natureza dos grupos R ionizantes.
Somente histidina possui grupo R (pKa = 6,0) com poder tamponante próximo ao pH neutro encontrado nos fluídos intra e extracelulares.
AMINOÁCIDOS
PEPTÍDEOS E PROTEÍNAS
Polímeros de aminoácidos Ocorrência biológica
Variam em tamanho de pequeno a grande( de 2
ou 3 até milhares de resíduos de aa).
aminoácido
(monômero)
Proteína (polímero)
COO C — H
R
H3N — +
a
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Dipeptídio é formado por dois aminoácidos unidos de forma
covalente por ligação amida substituída.
PEPTÍDIOS E PROTEÍNAS
LIGAÇÃO PEPTÍDICA
Remoção de elementos da água de um grupo α-carboxila de um
aminoácido e o grupo α- amino de outro.
Dipeptídio
Ligação
peptídica
Equilíbrio reação favorece aminoácido em vez do dipeptídio
Grupo carboxila deve ser quimicamente modificado ou
ativado de forma que o grupo hidroxila possa ser mais
facilmente eliminado.
PEPTÍDIOS E PROTEÍNAS
Classificação:
Oligopeptídio- poucos aa;
Polipeptídio – muitos aa- PM-abaixo de 10000;
Proteínas- milhares de aa- PM acima de 10000.
Uma unidade de um aminoácido em uma proteína é chamado
de resíduo.
PEPTÍDIOS E PROTEÍNAS
Resíduos
Terminais Amino ou
N-terminal
Carboxila ou
C-terminal
PENTAPEPTÍDEO Ligações
peptídicas nas proteínas são
bastante
estáveis- meia vida de 7 anos
sob a maioria
das condições
intracelulares
Peptídios contêm apenas os grupos α-amino e α-carboxila
livres nas extremidades Ionizam-se como os aminoácidos.
Grupos α-amino e α-carboxila não-terminais não se ionizam
Não contribuem para comportamento ácido-base total dos
peptídios.
Grupos R dos resíduos de aminoácidos podem se ionizar.
PEPTÍDIOS E PROTEÍNAS
Peptídios possuem curvas de titulação características e um pH
isoelétrico onde eles não se movem em um campo elétrico.
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Peptídios podem ser distinguidos pelo seu
comportamento de ionização
Comportamento ácido-base pode ser predito pelo
seu grupo α-amino e α-carboxila livres bem como da
natureza e o número dos seus grupos R ionizáveis.
Da mesma forma que os AA livres, os peptídios
possuem curvas de titulação característica e um pH
isoelétrico (pI)
PEPTÍDIOS E PROTEÍNAS
Mesmo os menores peptídios podem ter efeitos biológicos
importantes, como hormônios.
Aspartame-dipeptídio
Polipeptídeos menores ou oligopeptídios
Glucagon →29 aa
Corticotropina → 30 aa
Insulina → 2 cadeias (30 aa e a outra 21 aa)
Quanto longas são as cadeias polipeptídicas nas proteínas?
PEPTÍDIOS E PROTEÍNAS
Nº aproximado de resíduos de aminoácidos em uma proteína
simples = peso molecular/110.
Peso molecular médio dos 20 aminoácidos = 138
predominam aminoácidos pequenos peso molecular próximo
a 128, menos 18 da perda de água = 110.
Algumas proteínas consistem de uma cadeia polipeptídica única,
outras chamadas SUBUNIDADES MÚLTIPLAS, possuem dois ou
mais cadeias polipeptídicas associados de forma não covalente
Proteína Oligomérica: pelo menos duas subunidades idênticas
Protômeros
Ex: Hemoglobina
-4 subunidades polipeptídicas
-2 cadeias alfa idênticas
-2 cadeias beta idênticas
Tetrâmero de 4
subunidades polipeptídicas ou um
dímero
de protômerosαβ.
PEPTÍDIOS E PROTEÍNAS
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Os polipeptídios possuem
composição de aa
características.
A hidrólise de peptídios produz
uma mistura de α-
aminoácidos livres Cada
proteína produz uma
proporção de diferentes
aminoácidos.
Alguns aa podem ocorrer
apenas 1 vez ou mesmo
nenhuma; outros podem
ocorrer em grandes
quantidades.
PEPTÍDIOS E PROTEÍNAS
Proteínas simples contém apenas resíduos de aminoácidos.
Proteínas conjugadas: além dos aa elas contêm
permanentemente associado outros componentes químicos.
Grupos prostéticos
-Lipoproteínas
-Glicoproteínas
-Metaloproteínas
PEPTÍDIOS E PROTEÍNAS
Há 4 níveis de estrutura protéica:
PEPTÍDIOS E PROTEÍNAS
Primária
• Ligações covalentes (peptídicas) unindo resíduos de aminoácidos em uma cadeia polipeptídica.
• Sua importância está na sequência dos aminoácidos.
Secundária
• Arranjos particularmente estáveis de resíduos de aminoácidos dando origem a padrões estruturais recorrentes.
Terciária
• Aspecto do enovelamento tridimensional de um polipeptídio.
Quaternária
• Arranjo no espaço de uma proteína com duas ou mais subunidades polipeptídicas.
PEPTÍDIOS E PROTEÍNAS
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A estrutura primária de uma proteína determina como ela se
enovela em uma única estrutura tridimensional, e isso por
sua vez determina a função da proteína.
A sequência de aminoácidos não é absolutamente fixa 20
a 30% das proteínas nos humanos são polimórficas,
possuindo sequências de aminoácidos variantes.
Variações com pouco ou nenhum efeito na função
da proteína.
Há regiões cruciais na proteína que são essenciais para a
sua função e cuja sequência é conservada.
A ESTRUTURA COVALENTE DAS PROTEÍNAS
Diferentes sequências de aminoácidos
Diferentes estruturas
tridimensionais
Diferentes funções
Famílias protéicas que compartilham características
funcionais podem ser identificadas nas semelhanças da
sequência de aminoácidos.
Certas sequências de aminoácidos funcionam como sinais
que determinam a localização celular, modificação química e
meia-vida de uma proteína.
A ESTRUTURA COVALENTE DAS PROTEÍNAS
As sequências de aminoácidos divergem crescentemente à
medida que a distância evolucionária entre dois organismos
cresce.
As sequências de proteínas podem ser utilizadas para
rastrear a história biológica.
Os resíduos que são menos importantes para a função
protéica podem variar com o tempo Nem toda substituição
dos aminoácidos ocorre ao acaso.
Proteínas evoluem em velocidades diferentes.
Transferência gênica lateral: transferência rara de um gene
ou um grupo de genes de um organismo para outro.
SEQUÊNCIAS DE PROTEÍNAS E A EVOLUÇÃO
Proteínas homólogas ou homólogos: membros das famílias
de proteínas.
Parálogos: duas proteínas dentro de uma mesma família estão
presentes em uma mesma espécie.
Ortólogos: homólogos de espécies diferentes.
Os homólogos são identificados usando programas de
computadores.
Pesquisa eletrônica deslizamento de uma
sequência sobre a outra até boa concordância.
Quando dois segmentos não alinham-se “espaços”
programas incluem penalidades para cada espaço introduzido
diminui pontuação alinhamento global.
SEQUÊNCIAS DE PROTEÍNAS E A EVOLUÇÃO
Programa seleciona alinhamento com pontuação ótima
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Proteínas podem ser definidas como polímeros compostos de n unidades
monoméricas, os aminoácidos, ligados entre si por ligações peptídicas
A ligação peptídica ocorre entre o grupo
a-carboxila de um aminoácido e o grupo
a-amino de outro aminoácido.
Até 100 aminoácidos (10 kDa) peptídeo
Mais de 100 aminoácidos proteína
aminoácido
COO C — H
R
H3N — +
a
Fórmula geral de um a aminoácido:
os grupos amino e carboxila estão
no carbono a.
R – a cadeia lateral R diferencia os
aminoácidos entre si
(monômero)
Proteína (polímero)
um dipeptídeo
Aminoácido 1 Aminoácido 2
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