Aminoácidos Proteínas são polímeros de aminoácidos. Embora mais de 300 aminoácidos diferentes tenham sido descritos na natureza, somente 20 são utilizados.

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1 Aminoácidos Proteínas são polímeros de aminoácidos. Embora mais de 300 aminoácidos diferentes tenham sido descritos na natureza, somente 20 são utilizados na síntese de proteínas de mamíferos

2 Estrutura geral dos a-aminoácidos comuns encontrados em proteínas
Grupo a amino Grupo a carboxílico H2C CH2 H2N C COO H + a C H3N COO H + R a Carbono a Cadeia lateral Uma exceção é a prolina, um iminoácido. A cadeia lateral fecha um anel com o grupo a amino. Cadeias laterais definem a natureza química e as estruturas dos diferentes aminoácidos

3 Cadeias laterais alifáticas, apolares
Cadeias ramificadas H3N C COO H + CH3 Grupo metil Alanina Grupo isopropil Grupo butil H3N C COO H + CH CH2 H3C CH b Grupo tiol éter g CH3 CH3 CH CH H3N C COO H + CH3 CH3 Valina CH3 Leucina Isoleucina CH2 Na leucina a ramificação está no carbono g Isoleucina a ramificação está no carbono b S CH3 Metionina

4 Grupo indol heterocíclico
Cadeias laterais aromáticas Grupo fenil Grupo fenol Grupo indol heterocíclico H2N C H COO + H2N C H COO + H2N C H COO + CH2 CH2 CH2 C OH H C H C C NH C C H C C H C C H H Triptofano Fenilanina Tirosina

5 Cadeias laterais polares, não carregadas
Grupo hidroxil Grupo tiometil (mercapto) Grupo carboxilamida H3N C COO H + H3N C COO H + H3N C COO H + CH2 HC OH CH2 CH2 CH2 C CH2 OH SH CH3 O NH2 C O NH2 Asparagina Glutamina Serina Treonina Cisteína

6 Cadeias laterais polares, não carregadas
Apesar das cadeias laterais destes dois aminoácidos não serem polares os dois apresentam uma certa polaridade H2C CH2 H2N C COO H + Prolina a Glicina C H COO H2N + a Cadeias laterais polares, não carregadas

7 Aminoácidos com carga negativa em pH fisiológico
Grupo monoamino dicarboxílico H3N C COO H + CH2 CH2 CH2 COO COO Aspartato Glutamato

8 Aminoácidos com carga positiva em pH fisiológico
Aminoácidos diamino monocarboxilico Grupo guanidina Grupo imidazol Grupo n-butilamina H3N COO H + C CH2 NH3 + CH2 CH2 CH2 C HN CH CH2 + HC NH NH C NH2 Histidina + NH2 Lisina Arginina

9 Aminoácidos têm centro(s) assimétrico(s)
Estereoisomeria nos a aminoácidos D- alanina L- alanina Aminoácidos têm centro(s) assimétrico(s) Carbono com quatro substituintes diferentes arranjados na configuração tetraédrica é assimétrico e existe em duas formas enantiomorfas Os resíduos de aminoácidos encontrados nas proteínas são L-estereosisômeros

10 Os aminoácidos podem agir como ácidos e bases
Os aminoácidos podem agir como ácidos e bases. Um zwitterion (predomina em pH próximo do ponto isoelétrico do aminoácido), pode agir tanto como um doador como quanto um aceptor de prótons. H3N + H COO COO + + H C NH3 H C NH2 + H R R Forma zwitteriônica COO COOH NH3 + H + NH3 + H C + H C R R

11 Curva de titulação de uma solução de glicina 0,1M a 25oC
Da mesma forma que para os tampões, é possível calcular as concentrações de cada uma das formas dos aminoácidos em um determinado pH pH – pKa = log [base conjugada] [ácido conjugado] Para aminoácidos monoamino monocarboxílicos o pI pode ser obtido pela média dos dois pK + pI = pK’a COOH + pK’a NH3 2

12 pK’a COOH a + pK’a R pI = 2

13 pK’a COOH a + pK’a R pI = 2

14 A ligação peptídica ocorre entre o grupo carboxila de um aminoácido e o grupo amino de outro aminiácido C R NH 3 +  H C O R  H C O NH 3 +  R H N C O NH 3 + + O H 2 Ligação peptidica Aminoácido 2 Aminoácido 1 O oxigênio da carbonila tem carga parcial negativa e o nitrogênio do grupo amida, carga parcial positiva, formando um dipolo. Virtualmente todas as ligações peptídicas em proteínas ocorrem na configuração trans.

15 A ligação peptídica é rígida e plana. Não possui rotação livre.
As ligações N Ca e Ca C podem sofrer rotação em ângulos denominados f e y, respectivamente.

16 Os peptídeos são cadeias de aminoácidos

17 Estrutura tridimensional das proteínas
A ESTRUTURA TRIDIMENSIONAL DAS PROTEÍNAS ESTÁ DIRETAMENTE RELACIONADA COM A SUA FUNÇÃO QUÍMICA OU ESTRUTURAL

18 Estrutura primária inclui a seqüência de aminoácidos
Estrutura secundária refere-se ao enovelamento tridimensional local da cadeia polipeptídica: as mais comuns são a a hélice e a conformação b. Estrutura terciária refere-se à estrutura tridimensional do polipeptídeo Estrutura quaternária refere-se à estrutura e às interações de associacão não covalente de subunidades numa proteína com várias subunidades

19 A estrutura secundária das proteínas
Colágeno hélice conformação em hélice poliprolina tipo II torcida firmemente tem 3 resíduos por volta Fibroína b-pregueada a cadeia é estendida Queratina a-hélice, tem 3,6 resíduos por volta

20 A a hélice é o arranjo mais simples que uma cadeia polipeptídica pode assumir com suas ligações peptídicas rígidas. O plano contendo os átomos da ligação peptídica fica paralelo ao eixo da hélice e ligações peptídicas formam apenas pontes de hidrogênio intracadeia, com ligações peptídicas da mesma cadeia polipeptídica. a hélice

21 A hélice é sempre orientada para a direita em todas as proteínas.
Ca1 Ca2 Ca3 Ca4 Ca5 Ca6 Ca7 Ca8 Os grupos R, dos resíduos de aminoácidos projetam-se para fora da hélice A hélice é sempre orientada para a direita em todas as proteínas. A unidade repetitiva é uma volta simples da hélice (passo), que se estende por 5,4 A ao longo do eixo. Cada passo da hélice inclui 3,6 resíduos de aminoácidos por volta de 360o. Na a hélice a estrutura da cadeia polipeptídica é fortemente retorcida em torno de um eixo imaginário longitudinal que passa pelo centro da hélice

22 Ponte de hidrogênio entre os segmentos adjacentes das cadeias
A cadeia peptídica também pode assumir uma conformação b pregueada ( mais estendida) organiza as cadeias polipeptídicas em folhas. Vista superior Paralela Antiparalela Ponte de hidrogênio entre os segmentos adjacentes das cadeias Grupos R projetam-se em direções opostas Paralela Antiparalela Vista lateral

23 Estruturas secundárias e propriedades de proteínas fibrosas
Estruturas Características Exemplos de ocorrência a-Hélice, ligações cruzadas com ponte de enxofre Resistente, estruturas inso-lúveis protetoras, de grau variável de dureza e flexi-bilidade a-Queratina de cabelos, unhas, penas, cascos etc. Conformação b Macio, filamentos flexíveis Fibroína da seda Colágeno tripla hélice Alta força de tensão Colágeno dos tendões e da matriz óssea

24 Dobras b Nas proteínas globulares cerca de um terço dos aminoácido está situado em dobras b Tipo II sempre apresenta Gly como 3o. resíduo 180 o Dois aminoácidos são freqüentes nas dobras b : prolina na coformação cis, força a dobra e glicina, por ter um hidrogênio como grupo R aparecem nas dobras Pontes de hidrogênio entre o 1o. e 4o resíduo de aminoácido Tipo I ocorre com mais freqüência

25 ESTRUTURA TERCIÁRIA Descreve o dobramento final da cadeia polipeptídica por interações de regiões de estrutura regular ou de regiões sem estrutura definida. Segmentos distantes podem se aproximar e interagir por interações não-covalentes entre as cadeias laterais de resíduos de aminoácidos. Tipos de interações: Pontes de hidrogênio: entre grupamentos R polares com ou sem carga Interações hidrofóbicas: entre grup. R apolares Interações eletrostáticas ou iônicas: entre grupamentos R carregados Pontes de dissulfeto: ligação covalente entre grupamentos –SH de 2 cisteínas.

26 ESTRUTURA QUATERNÁRIA
Descreve a associação de 2 ou mais cadeias polipeptídicas por interações não-covalentes Tipos de interações: Pontes de hidrogênio: entre grupamentos R polares com ou sem carga Interações hidrofóbicas: entre grup. R apolares Interações eletrostáticas ou iônicas: entre grupamentos R carregados

27 A a queratina é uma proteína durável e quimicamente não reativa que ocorre em todos os vertebrados superiores. É rica em resíduos hidrofóbicos de alanina, valina, leucina, isoleucina, metionina e fenilalanina Pares de hélice espiraladas entre si em um sentido orientado para a esquerda Um fio de cabelo (acima) é um arranjo de muitos filamentos de a queratina formado pela estruturas ao lado É o principal componente da rígida camada externa da epiderme e de seus apêndices relacionados como cabelos, chifres, unhas e penas.

28 Pontes de enxofre inter cadeia estabilizam estas estruturas.
A queratina na conformação a só ocorre em mamíferos. Cada mamífero possui cerca de 30 variantes de queratina, cuja expressão varia de tecido para tecido. Em pássaros e reptéis a queratina ocorre na conformação b. Pontes de enxofre inter cadeia estabilizam estas estruturas. Nas a queratinas mais rígidas, como a dos chifres dos rinocerontes, até 18% dos resíduos de aminoácidos são cisteínas envolvidas em pontes dissulfeto. A ondulação permanente em cabelos é uma engenharia bioquímica

29 Fibroína a proteína da seda, é produzida por insetos e aracnídeos e está presente nas várias estruturas como casulos, teias, ninhos, e pedúnculos de ovos. A fibroína é rica em resíduos de glicina e alanina Seqüência repetitiva encontrada na fibroína Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala

30 Colágeno é a proteína mais abundante em vertebrados
Da mesma forma que as a-queratinas, o colágeno evloluiu no sentido de fornecer resistência mecânica. É encontrada em tecidos conjuntivos como tendões, cartilagens, na matriz orgânica dos ossos e na córnea dos olhos.

31 A hélice do colágeno é uma estrutura secundária singular, diferente da a-hélice. O seu giro é para a esquerda e possui 3 resíduos de aminoácidos por volta. 3 cadeias a se associam, num giro para a direita no sentido contrário ao da hélice de colágeno, formando uma estrutura superenovelada. O colágeno apresenta 35% de glicina, 11% de alanina e 21% de prolina e hidroxiprolina Cadeias a do colágeno

32 O colágeno apresenta, em geral uma unidade repetitiva tripeptídica
COO H2C CH2 H2N C COO H + Prolina O colágeno apresenta, em geral uma unidade repetitiva tripeptídica Gly-X-Pro ou Gly-X-HyPro, onde X pode ser qualquer resíduo de aminoácido. Apenas os resíduos de glicina podem ser acomodados nas junções extremamente estreitas existentes entre as cadeias a individuais. H C + H2N CH2 H2C CH OH 4 Hidroxiprolina Glicina

33 As fibrilas de colágeno são estruturas supramoleculares que consistem de moléculas de tripla hélice de colágeno, (tropocolágeno), associadas de diversas maneiras, a fim de fornecer diferentes graus de força tensional. As cadeias a das moléculas do colágeno e as moléculas de colágeno das fibrilas são unidas por tipos não habituais de ligações covalentes cruzadas, envolvendo resíduos de Lys, HyLys ou His.

34 O aumento na rigidez e a inelasticidade do tecido conjuntivo, à medida que as pessoas envelhecem, resulta de um acúmulo de ligações covalentes cruzadas nas fibrilas de colágeno. -CH-CH2-CH2-CH2-CH=N-CH2-CH-CH2-CH OH resíduo lisina menos o e-amino grupo hidroxilisina -CH-CH2-CH2-CH2-CH=N-CH2-CH-CH2-CH OH NH CH-CH2-CH2-CH2-CH=N-CH2-CH-CH2-CH OH C=O Desidrohidroxilisina norleucina

35 Hemeproteínas : transporte de oxigênio
Contêm grupo heme fortemente ligado: grupamento prostético Mioglobina Hemoglobina

36 Grupo heme: estrutura Fe+2 Heme
Fe+2 é mantido no centro da molécula heme por ligações coordenadas aos quatro nitrogênios do anel de porfirina Heme Grupo pirrólico

37 Fe+2 pode formar mais duas ligações adicionais:
Tanto na mioglobina quanto na hemoglobina, a quinta ligação é feita com uma molécula de histidina chamada histidina proximal. a sexta posição fica disponível para a ligação com o oxigênio, protegida pela histidina distal