graduação em biotecnologia disciplina de proteômica · moléculas não polares auto-associação...
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Graduação em Biotecnologia
Disciplina de Proteômica
Caroline Rizzi
Doutoranda em Biotecnologia -UFPel
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
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
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
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
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
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
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
• 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…)
• 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
• 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