Aminoácidos e Peptídeos

1. Aminoácidos e Peptídeos I. AMINOÁCIDOS E PROTEÍNAS Sergio A. Yoshioka

2. Reflexões I

3. Reflexões II

4. Reflexões III

5. Aminoácidos • Aminoácido: um composto orgânico que contém ambos um grupo amino e um ácido: • -Aminoácido: um aminoácido no qual o amino grupo é adjacente ao grupo carboxila; • no entanto -aminoácidos são escritos geralmente na forma não ionizada, podem também ser escritos na forma de zwitterion (sal interno, anfótero)

6. Propriedades dos Aminoácidos • Ponto de fusão: baixo em comparação aos sais inorgânicos, geralmente ocorre decomposição do a.a. antes da sua fusão; • Solubilidade: solúveis em água, dependendo da sua cadeia lateral; • Reatividade: reagem normalmente com os grupos funcionais dos ácidos carboxílicos e amínicos primários ou secundários, existem ainda os grupos laterais; • Isomeria ótica e desvio do ângulo de luz polarizada.

7. Quiralidade dos Aminoácidos • Com exceção da glicina, todos outros aminoácidos derivados de proteínas têm no mínimo um centro assimétrico (carbono ) r que são quirais: • uma vasta maioria dos - aminoácidos possuem carbono  na configuração L

8. Quiralidade dos Aminoácidos • Comparação da estereoquímica da alanina e gliceraldeído (fórmulas de projeção de Fischer)

9. (Val) (Gly) (Ala) (Phe) (Tyr) (Trp) (Met) (Ile) (Leu) (Lys) (Arg) (His) (Pro) (Ser) (Asp) (Glu) (Pro) (Asn) (Gln)

14. 20 AA derivados de Proteínas • Note as características destas estruturas: 1. Todos os 20 são -aminoácidos; 2. Para 19 dos 20, o -amino grupo é primário; para prolina é secundário; 3. Com exceção da glicina, o carbono a de cada um éum centro assimétrico; 4. Isoleucina e treonina contém um segundo centro assimétrico; 5. O grupo sulfidrila (pKa 8,3) da cisteína, o grupo imidazol (pKa 6,0) da histidina e a hidroxila fenólica (pKa 10,1) da fenilalanina são parcialmente ionizados à pH 7,0, mas a forma iônica não é a principal forma neste pH.

15. Aminoácidos Incomuns • Cada exemplo é derivado de um aminoácido comum pela modificação mostrado colorido: • hidroxilisina e hidroxiprolina são encontradas somente em poucos tecidos conectivos tais como o colágeno; • tiroxina é encontrada somente na glândula tireóide

16. Prolina um aminoácido muito “especial”

17. Espectroscopia no ultravioleta

18. Quantificação de proteínas por expectrofotometria no UV

19. Ionização de Aminoácidos

20. Titulação da alanina com NaOH

21. Este íon amônio tem efeito indutivo de retirar elétrons pK = 2,19 a - + + R C H C O O H H O R C H C O O + H O 2 3 + + N H N H 3 3 Acidez: Grupos -COOH • O valor médio de pKa de um grupo -carboxílico é de 2,19, que o faz então mais ácido do que o ácido acético (pKa 4,75) • a maior acidez do grupo carboxílico de aminoácido é devido ao efeito indutivo retirante de elétrons do grupo -NH3+

22. Acidez: Grupos -NH3+ • O valor médio de pKapara um grupo -NH3+ é 9,47, comparado com o valor de 10,76 para um íon alquilamônio secundário

23. Basicidade: Grupo Guanidino • A cadeia lateral da Arg é uma base consideravelmente mais forte do que uma amina alifática: • basicidade do grupo guanidínico é atribuído a grande estabilização de ressonância da forma protonada relativa a forma neutra:

24. H + H N : N H O - - 2 : C H C H C O O C H C H C O O 2 N 2 N + + + N H N H 3 H H 3 : N Este par sozinho não faz parte o sexteto aromático; é um receptor de próton - + : pK 6,04 C H C H C O O + H O 2 a N 3 + N H H 3 Basicidade: Grupo Imidazol • O grupo imidazol na cadeia lateral é uma amina aromática heterocíclica:

25. Ionização vs pH • Dado o valor de pKa de cada grupo funcional, nós podemos calcular a proporção de cada ácido ao seu conjugado como função do pH • Consideremos a ionização de um -COOH: escrevendo a constante de ionização e rearranjando os termos temos:

26. Ionização vs pH • Substituindo o valor de Ka (1 x 10-2) para a concentração íon hidrogênio a pH 7,0 (1.0 x 10-7) temos: à pH 7,0, o grupo carboxílico está virtualmente 100% na forma ionizada ou base conjugada e tem uma carga total de -1; • podemos repetir este cálculo em qualquer pH e determinar a proporção de [-COO-] ao [-COOH] e a carga total no -carboxílico naquele pH. Podemos também calcular a proporção do ácido à base conjugada do grupo -NH3+, para este cálculo, assumimos o valor de 10.0 para pKa:

27. Ionização vs pH escrevendo a constante de ionização e rearranjando temos: • Substituindo os valores de Ka de um grupo -NH3+ e a concentração do íon hidrogênio a pH 7,0 temos: a pH7,0, a proporção de -NH2 ao -NH3 + é aproximadamente 1 para 1000; • neste pH, um grupo -amino está 99,9% na forma ácida ou protonada e tem uma carga de +1.

28. Henderson-Hasselbalch • Podemos calcular a proporção do ácido e a sua base conjugada para um grupo -carboxílico e um grupo -amino à pH 7,0 ou para qualquer ácido fraco e sua base conjugada à qualquer pH usando a equação de Henderson-Hasselbalch • Usando a equação de Henderson-Hasselbalch, podemos calcular a percentual da forma carregada e neutra presente e a carga total na serina a pH 3,0, 7,0 e 10,0

29. pH Isoelétrico • pH Isoelétrico, pI: pH no qual a maioria das moléculas de um composto em solução não possui carga: • o pI da glicina, por exemplo, fica entre os valores de pKa dos grupos carboxílico e amino (dois grupos):

30. Ka1 2,19 - - - - - -- - -- - -- - -- - -- - -- - - - - a-COOH 0 0 0 0 Ka2 4,25 0 0 0 0 0 0 β-COOH - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Ka3 9,67 + 0 0 0 0 0 0 α–NH3 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 0 0 00 - -- - -- - -- - -- - -- - -- - -- - - Glu 2,19 4,25 1 9,67 14 pI pI = 2,19 + 4,25 = 3,5 2 pH Isoelétrico • o pI do ácido glutâmico???

31. Cadeia lateral pKa do pKa do pKa da pI a-NH3+ polar e apolar cadeia lateral a-COOH ---- alanina 2,34 9,69 6,02 ---- asparagina 2,02 8,80 5,41 glutamina 2,17 9,13 ---- 5,65 glicina 2,34 9,60 5,97 ---- isoleucina 2,36 9,68 ---- 6,02 leucina 2,36 9,68 6,02 ---- metionina 2,28 9,21 5,74 ---- fenilalanina 1,83 9,13 5,48 ---- ---- prolina 1,99 10,60 6,30 serina 2,21 9,15 5,68 ---- treonina 2,63 10,43 ---- 6,53 triptofano 2,38 9,39 ---- 5,89 valina 2,32 9,62 5,97 ---- pKa, pI dos aminoácidos neutros

32. pKa do pKa do Cadeias Laterais pKa da a-NH3+ pI a-COOH cadeia lateral Ácidas 2,10 9,82 3,86 2,98 Ácido aspártico Ácido glutâmico 2,10 9,47 4,07 3,08 cisteína 2,05 10,25 8,00 5,02 tirosina 2,20 9,11 10,07 5,63 pKa do pKa do pKa da Cadeias Laterais a-NH3+ pI Básicas cadeia lateral a-COOH arginina 2,01 9,04 12,48 10,76 histidina 1,77 9,18 6,10 7,64 lisina 2,18 8,95 10,53 9,74 pKa, pI dos aminoácidos ácidos e básicos

33. 0 0 - - - - - -- - -- - -- - -- - -- - - + + + + + + + + Caseína do leite - -- - -- - -- - -- - -- - - + + + + + + + + + + + His 1 14 1 14 pI 4,60 pI 7,64 pH Isoelétrico • Proteínas ou aminoácidos Solução de Proteína ou aminoácido com pH à esquerda do pI possui carga positiva e com pH à direita do pI possui carga negativa.

34. Aminoácidos Exóticos e Fantasiosos Carnitina (4trimetilamino3-hidroxibutirato)

35. Polipeptídeos • Em 1902, Emil Fischer propôs que proteínas são cadeias longas de a-aminoácidos unidos por ligações amídicas para os quais ele deu o nome de ligações peptídicas: • Ligação peptídica: nome especial dado as ligações amídicas entre os grupos -carboxílico de um aminoácido e um -amino de outro aminoácido. Serilalanina (Ser-Ala)

36. Peptídeos • peptídeo: o nome dado para um pequeno polímero de aminoácidos unidos por ligações peptídicas: • dipeptídeo: uma molécula contendo dois aminoácidos unidos pela ligação peptídica; • tripeptídeo: uma molécula contendo três aminoácidos unidos pelas ligações peptídicas; • polipeptídeo: uma molécula contendo muitos aminoácidos unidos pelas ligações peptídicas • proteína: uma macromolécula biológica de massa molecular de 5000 g/mol ou mais, consistindo de uma ou mais cadeias polipeptídicas.

37. Escrevendo Peptídeos • Por convenção, os peptídeos são escritos da esquerda, começando com o grupo -NH3+ livre e terminando com o grupo -COO- livre • o modelo repetido, começando do N-terminal, é N ---> a-carbono ---> carbonila .... etc.

38. Alguns Peptídeos Pequenos

39. Glutationa

40. Encefalinas Oxitocina & Vasopressina

41. - C O O A deficiência da enzima que catalisa esta reação leva o acúmulo da fenipiruvato + N H 3 H O Tirosina Oxidação - - C O O C O O transaminação redução + N H O 3 fenilalanina Fenilpiruvato (fenilcetona) Descarboxilação oxidativa - C O O - C O O C O + 2 O H Fenilactato Fenilacetate Fenilcetonúria (PKU)