Introdução a Bioquímica: Biomoléculas Aula 1 Introdução ao Curso Representação das Moléculas Aminoácidos Ignez Caracelli BioMat – DF – UNESP/Bauru Julio Zukerman Schpector LaCrEMM – DQ – UFSCar Bauru, 17 de agosto de 2009.

Avaliação 1seminário em grupo (S) 1 prova (P) atividades (A) média (M) M = 0,4 S + 0,6 P + A

Avaliação - Conceitos M = 0,4 S + 0,6 P + A 6  M  7,0  conceito C 7,1  M  8,5  conceito B 8,6  M  10,0  conceito A

E-mails bit.603@gmail.com  envio e entrega de material e exercícios urgente: ignez@fc.unesp.br julio@power.ufscar.br

Sites (disponibilização de material) www.quimica.ufscar.br ou www.ignez.com  disciplinas  BIT603

Ementa proteínas DNA. lipídeos. açúcares. enzimas. o que está acontecendo…

Ementa bioquímica estrutural bioquímica

Ferramentas programas de visualização gráfica bancos de dados conhecimentos de química  conhecimentos de bioquímica  conhecimentos de interações, ligações 

Referência Autores: Ignez Caracelli e Julio Zukerman-Schpector Editora: EdUFSCar ISBN: 85-7600-065-2

Principais Referências Lehninger Voet & Voet Voet, Voet & Pratt

Bancos de Dados http://www.rcsb.org/pdb/ PDB http://www.rcsb.org/pdb/ PDBSum http://www.ebi.ac.uk/thornton-srv/databases/pdbsum/ NDB http://ndbserver.rutgers.edu/NDB/structure-finder/index.html

Estrutura  Sistemas Biológicos  espectroscopia UV-visível  espectroscopia Raman  espectroscopia IV  dicroísmo circular  ressonância paramagnética eletrônica (EPR)  ressonância magnética nuclear (NMR)  difração de raios X métodos experimentais  modelagem por homologia  docking  dinâmica molecular  alinhamento de seqüências métodos teóricos IC

Estrutura  Ferramentas Computacionais  difração de raios X métodos experimentais  modelagem por homologia  docking  dinâmica molecular  alinhamento de seqüências métodos teóricos IC

Estrutura  Ferramentas Computacionais  difração de raios X métodos experimentais sistema de detecção cristal fonte de raios X padrão de difração

Estrutura  Ferramentas Computacionais  modelagem por homologia  docking  dinâmica molecular  alinhamento de seqüências métodos teóricos IC

Desafios do século XX problemas dos sistemas “não-vivos”– condutores, supercondutores, novos materiais, energia, radiações, comunicações,.... envolvidos: física, química, matemática, computação, engenharias, ... IC

+ Desafios do século XXI problemas dos sistemas biológicos envolvidos: física, química, matemática, computação, engenharias, ... + biologia, bioquímica, genética, fisiologia,... IC

Desafios dos séculos XX e XXI Genoma: estuda a molécula de DNA e a informação nela armazenada sob a forma de genes. Transcriptoma: a transcrição do DNA para o RNA, o primeiro passo do fluxo da informação genética, para que seja possivel ter uma idéia da funcionalidade do genoma daquela célula. Proteoma: as proteínas expressas são analisadas e identificadas Metaboloma: visa determinar os metabólitos, os produtos finais dos diversos processos celulares e que podem englobar, além dos nucleotídeos e aminoácidos, os açúcares, lipídios, esteróides e mais uma infinidade de outras moléculas importantes para a manutenção da atividade biológica. IC

Desafios do século XXI 14 .000 genes 20 .000 genes IC

Desafios do século XXI Interactoma: estudo das interações proteína- proteína, proteína - dna, proteína- moléculas pequenas,…. IC

Moléculas

Moléculas

Moléculas

Moléculas x y z átomo

Estrutura tridimensional = conhecer as coordenadas de todos os átomos IC

Linguagem x Informação letras frases aminoácidos proteínas

Problema Central frases texto proteínas função

Estruturas tridimensionais métodos experimentais métodos teóricos

Estruturas tridimensionais moléculas grandes moléculas pequenas

Estruturas Tridimensionais métodos experimentais: cristal

Estruturas Tridimensionais difração de raios X cristalografia

Estruturas Tridimensionais 1 conformação planejada conformação dobrada planejamento síntese cristalografia moléculas pequenas

Estruturas Tridimensionais HC05 1 conformação planejada conformação dobrada planejamento HC05 síntese cristalografia conformação estendida 1 conformação não-planejada moléculas pequenas

Estruturas Tridimensionais proteínas

Estruturas Tridimensionais quem são as proteínas??? como são suas estruturas 3D?? como desempenham suas funções???

Estruturas Tridimensionais in silico Modelagem Molecular alinhamento de seqüências predição de estruturas de proteínas modelagem por homologia modelagem de ligantes docking

Proteínas

Funções biológicas das proteínas Biocatalizadores (enzimas) Receptores de sinais químicos Transportadores Estruturais (citoesqueleto, colágeno) Defesa (sistema imunológico, restrição bacteriana, etc.) Mobilidade (motores moleculares) Transdução Aderência celular e organização tissular Enovelamento correto de outras proteínas Outras IC

Os aminoácidos e proteínas O químico holandês Gerardus Mulder foi o primeiro a dotar o termo proteína em 1838. Do grego proteus: primário, o mais importante.

Os aminoácidos e proteínas O primeiro aminoácido descoberto foi a asparagina, extraída do aspargo, em 1806. O primeiro identificado em uma proteína foi a leucina por Proust em 1819. O último (20o )a ser descoberto foi a treonina em 1936. (hoje isto nao é mais verdade…)

Os aminoácidos e proteínas Os aminoácidos não possuem um nome sistemático. 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.

Aspectos Básicos da Estrutura Polipeptídica As proteínas são cadeias (polímeros) constituídos por 22 L-aminoácidos-padrão unidos por ligações peptídicas Os aminoácidos reunem-se em combinações praticamente infinitas

Níveis estruturais das proteínas quaternária estrutura terciária estrutura secundária estrutura primária próxima aula ...

Aspectos Básicos da Estrutura Polipeptídica As proteínas são cadeias (polímeros) constituídas por 22 L-aminoácidos D-açúcares

Aminoácidos R Grupo carboxila (dissociado) Grupo amina (protonado) Carbono a Cadeia lateral

Ligações nas Proteínas interações covalentes (fortes) ligação peptídica (aa – aa) ligacao dissulfeto (S —– S; Cys – Cys) interações não-covalentes (fracas) interações eletrostáticas interações de van der Waals ligações de hidrogênio interações hidrofóbicas

1o nível estrutural: Estrutura Polipeptídica – seqüência de aminoácidos (formação da cadeia) Proteínas são polipeptídeos constituídos por: 22 L-aminoácidos D-açúcares IC

Letras  palavras ABCDCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ ABCORS COBRAS ACDEFGHIKLMNPQRSTVWY IC

aminoácidos  proteínas K L P A S F D A R E Q W P GLN CYS PRO THR ILE LYS GLU ILE ARG ASP GLN GLY SER CYS GLY SER CYS TRP ALA PHE GLY ALA VAL GLU ALA ILE SER ASP ARG ILE CYS ILE HIS THR ASN ALA HIS VAL SER VAL GLU VAL SER ALA GLU ASP LEU LEU THR CYS CYS GLY SER MET CYS GLY ASP GLY CYS ASN GLY GLY TYR PRO ALA GLU ALA TRP ASN PHE TRP THR ARG LYS GLY LEU VAL SER GLY GLY LEU TYR GLU SER HIS VAL GLY CYS ARG PRO TYR SEQRES 9 A 261 SER ILE PRO PRO CYS GLU HIS HIS VAL ASN GLY SER ARG SEQRES 10 A 261 PRO PRO CYS THR GLY GLU GLY ASP THR PRO LYS CYS SER SEQRES 11 A 261 LYS ILE CYS GLU PRO GLY TYR SER PRO THR TYR LYS GLN SEQRES 12 A 261 ASP LYS HIS TYR GLY TYR ASN SER TYR SER VAL SER ASN SEQRES 13 A 261 SER GLU LYS ASP ILE MET ALA GLU ILE TYR LYS ASN GLY SEQRES 14 A 261 PRO VAL GLU GLY ALA PHE SER VAL TYR SER ASP PHE LEU SEQRES 15 A 261 LEU TYR LYS SER GLY VAL TYR GLN HIS VAL THR GLY GLU SEQRES 16 A 261 MET MET GLY GLY HIS ALA ILE ARG ILE LEU GLY TRP GLY SEQRES 17 A 261 VAL GLU ASN GLY THR PRO TYR TRP LEU VAL ALA ASN SER SEQRES 18 A 261 TRP ASN THR ASP TRP GLY ASP ASN GLY PHE PHE LYS ILE SEQRES 19 A 261 LEU ARG GLY GLN ASP HIS CYS GLY ILE GLU SER GLU VAL SEQRES 20 A 261 VAL ALA GLY ILE PRO ARG THR ASP GLN TYR TRP GLU LYS SEQRES 21 A 261 ILE IC

aminoácidos  proteínas KRLCGTFLGGPKPPQRVMFTEDLKLPASFDAREQWP QCPTIKEIRDQGSCGSCWAFGAVEAISDRICIHTNA HVSVEVSAEDLLTCCGSMCGDGCNGGYPAEAWNFWT RKGLVSGGLYESHVGCRPYSIPPCEHHVNGSRPPCT GEGDTPKCSKICEPGYSPTYKQDKHYGYNSYSVSNS EKDIMAEIYKNGPVEGAFSVYSDFLLYKSGVYQHVT GEMMGGHAIRILGWGVENGTPYWLVANSWNTDWGDN GFFKILRGQDHCGIESEVVAGIPRTDQYWEKI IC

Ligação Peptídica

R Aminoácidos Grupo carboxila (dissociado) Grupo amina (protonado) Carbono a Cadeia lateral IC

Aminoácidos: estereoisomeria IC

Isômeros 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. IC

Isomeria Ótica: Polarímetro polarizador substância a ser analisada desvio da luz lâmpada de sódio (monocromática amarela) luz polarizada IC

Isomeria Ótica: Polarímetro luz polarizada substância analisada não muda a rotação do disco inativa gira o disco para a direita oticamente ativa: dextrógira D girar o disco para a esquerda oticamente ativa: levógira L IC

Isômeros Óticos: exemplo Talidomida 1953 – empresa suíça Ciba 1954 – empresa alemã Chemie Gruenenthal (testes mal conduzidos) prescrito para convulsões epilépticas (inefetivo) IC

Isômeros Óticos: exemplo Talidomida ensaios clínicos como um novo antihistamínico como tratamento da alergia (inefetivo) IC

Isômeros Óticos: exemplo Talidomida ensaios clínicos como um novo antihistamínico como tratamento da alergia (inefetivo) efetivo como sedante IC

Isômeros Óticos: exemplo Talidomida efetivo como sedante o destino definitivo do fármaco foi para tratar náuseas, ansiedade, insônia e vômitos matutinos das grávidas. IC

Isômeros Óticos: exemplo Talidomida Três anos más tarde, em 1957, a talidomida se converteu no medicamento para ajudar as grávidas. Seu uso se estendeu rapidamente e em 1958 foi introduzido em vários países da Europa, África, América e também na Austrália. http://medtempus.com/archives/la-catastrofe-de-la-talidomida/ IC

Isômeros Óticos: exemplo Talidomida 1956 IC

Isômeros Óticos: exemplo Talidomida obstetra australiano, William McBride focomielia uma rara enfermidade congênita em que há desenvolvimento incompleto (total ou parcial) de pernas e braços. também apareciam outras anomalias menos raras em outros recém nascidos: surdez, cegueira, má formação de órgãos, .... http://www.thalidomide.ca/en/information/history_of_thalidomide.html IC

Isômeros Óticos: exemplo Talidomida enantiômero R enantiômero S S R centro quiral centro quiral IC

Isômeros Óticos: exemplo Talidomida R efeito teratogênico agente teratogênico tudo aquilo capaz de produzir dano ao embrião ou feto durante a gravidez. Talidomida S efeito sedativo IC

Isômeros Óticos: exemplo Talidomida R efeito teratogênico agente teratogênico tudo aquilo capaz de produzir dano ao embrião ou feto durante a gravidez. Talidomida S efeito sedativo IC

Isômeros Óticos: exemplo HOJE existem provas da sua eficácia em doenças como a lepra (apoiados pela OMS). Pode ser encontrado à venda na Internet, mas este tipo de venda é totalmente fraudulenta. Talidomida R efeito teratogênico agente teratogênico tudo aquilo capaz de produzir dano ao embrião ou feto durante a gravidez. IC

Isômeros Óticos: exemplo HOJE Ensaios estão também em curso com talidomida e de alguns dos seus derivados em certos tipos de pacientes com câncer. Ficou provado ser eficaz em casos de mieloma múltiplo, especialmente aplicada nos casos em que os tratamentos convencionais (quimioterapia e radioterapia) falharam ou não são viáveis. Em alguns casos, a talidomida tem eficácia terapêutica convencional. Talidomida R efeito teratogênico agente teratogênico tudo aquilo capaz de produzir dano ao embrião ou feto durante a gravidez. http://www.talidomida.org.br/oque.asp IC

Isômeros Óticos: exemplo Ibuprofeno O 'ibuprofeno' é um fármaco do grupo dos anti-inflamatórios não esteróides(AINE), utilizado freqüentemente para o alívio sintomático da dor de cabeça (cefaleia), dor dentária, dor muscular (mialgia), moléstias da menstruação (dismenorreia), febre e dor pós-cirúrgica. Também é usado para tratar quadros inflamatórios, como os que apresentam-se em artrites, artrite reumatóide (AR) e artrite gotosa. R S (S)-(+)-ibuprofen (dexibuprofen) : a forma ativa in vitro e in vivo. IC

Isômeros Óticos: exemplo Ibuprofeno R (S)-(+)-ibuprofen (dexibuprofen) : a forma ativa in vitro e in vivo. S IC

Fármacos vai onde? o que vai fazer? de onde veio?

onde foi parar?

aminoácidos C H O N P S Se outros.... quais? IC

Arquivo texto da proteina PDB – Protein Databank www.rcsb.org/pdb/home/home.do PDBSum www.ebi.ac.uk/thornton-srv/databases/pdbsum/ IC

Arquivo texto da proteina 1mbn IC