Aula 9 - Letras Unirio

1
AMINOÁCIDOS, PEPTÍDEOS, PROTEÍNAS
Proteínas  constituem o mais importante polímero biológico.
As proteínas constituem mais da metade do peso seco das células,
existem milhares de proteínas, cada uma com uma função especial.
Possuem diversos tamanhos e formas e peso molecular elevado.
PRINCIPAIS FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS
-
Servem de estrutura.
-
Realizam reações.
-
Protegem o organismo.
-
Atuam como reguladores.
-
Transportam substâncias.
-
Realizam outras funções.
CARACTERÍSTICAS COMUNS DAS PROTEÍNAS
- As proteínas são poliamidas.
- Suas unidades monoméricas são os aminoácidos.
- A hidrólise das proteínas naturais pode produzir até 22
aminoácidos diferentes.
Aminoácidos  são os blocos de construção das proteínas.
Possuem um grupo amina, NH2 e um grupo carboxílico, COOH,
ligados ao carbono alfa. Os aminoácidos das proteínas são,
portanto, conhecidos como -aminoácidos.
Carbono 
H2N
CH
R
COOH
Cadeia lateral
Aminoácido
2
O grupo R, que constitui a cadeia lateral do aminoácido é o que
torna um aminoácido diferente do outro.
R pode ser  um hidrocarboneto, um grupo carboxila ou amina, um
grupamento amida, hidroxila, um grupo tiol, anel aromático ou
heterociclo nitrogenado. Existem de 20 a 22 principais aminoácidos
encontrados em proteínas, cada um com uma cadeia lateral
característica.
O aminoácido mais simples, glicina, abreviadamente Gly, tem
apenas um átomo de hidrogênio ligado ao carbono alfa.
H2N
CH
COOH
H
Glicina (Gly)
Outros grupos R
 Cadeias laterais constituídas por hidrocarbonetos
H2N
CH
H2N
COOH
CH
CH3
COOH
CH
CH3
CH3
H2N
Valina (Val)
H2N
CH
COOH
CH2
CH
CH3
CH
CH2
CH3
CH3
CH3
Alanina (Ala)
COOH
CH
Leucina (Leu)
Isoleucina (ILe)
 Aminoácidos com outro grupo carboxílico ou amida
H2N
O
COOH
CH
H2N
COOH
CH
CH2
CH2
C
CH2
C
OH
O
Ácido Aspártico (Asp)
OH
Ácido Glutâmico (Glu)
3
H2N
COOH
CH
H2N
COOH
CH
CH2
CH2
C
CH2
O
C
NH2
NH2
O
Asparagina (Asn)
Glutamina (Gln)
 Aminoácidos com grupos nitrogenados adicionais.
H2N
COOH
CH
H2N
COOH
CH
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
NH
NH2
C
HN
Lisina (Lys)
NH2
Arginina (Arg)
 Aminoácidos com grupos hidroxila
H2N
CH
COOH
H2N
CH
COOH
CH2
CH
CH3
OH
OH
Serina (Ser)
Treonina (Thr)
 Aminoácidos sulfurados, cisteína com um grupo tiol, e a
metionina com um grupamento tioéter.
H 2N
CH
COOH
H 2N
CH
CH2
CH2
SH
CH2
COOH
S
CH3
Cisteína (Cys)
Metionina (Met)
4
 Aminoácidos com o grupo aromático fenila.
H 2N
COOH
CH
H 2N
COOH
CH
CH2
CH2
OH
Tirosina (Tyr)
Fenilalanina (Phe)
 Aminoácidos aromáticos que contêm heterociclos nitrogenados.
H 2N
CH
COOH
H2N
CH
CH2
CH2
C
C
HN
HC
CH
C
H
N
C
COOH
H
C
CH
N C C CH
H
H
Triptofano (Trp)
Histidina (His)
Cada um dos grupamentos R irá conferir polaridades diferentes aos
aminoácidos, assim, eles podem ser neutros ou eletricamente
carregados (cátions, ânions ou íons dipolares).
Como os aminoácidos contêm tanto um grupo básico (-NH2), quanto
um grupo ácido (-COOH) eles são compostos anfóteros. No estado
sólido, e secos, os aminoácidos existem como íons dipolares (com
o íon carboxilato – COO - e com o grupo amônio – NH3+).
Equilíbrio estabelecido em solução aquosa:
_
H2N
CH
COO
R
Forma aniônica
(Solução alcalina)
+
H3O
_
_
+
H3N
CH
COO
OH
R
Íon dipolar
(Zwitterion)
+
H3O
_
+
H3N
CH
COOH
OH
R
Forma catiônica
(Solução ácida)
5
As concentrações das formas aniônica e catiônica são iguais no
ponto isoelétrico (PI), no qual a concentração do íon dipolar atinge
seu máximo. Este pH varia de 3 a 11 para aminoácidos comuns.
No pH dos fluídos corporais, os aminoácidos existem principalmente
nas suas formas carregadas.
CONFIGURAÇÃO (D OU L) DOS AMINOÁCIDOS
A configuração é atribuída de modo semelhante a do carbono  do
L-Gliceraldeído. Todos os aminoácidos, exceto a glicina, tem
enantiômeros.
Os
aminoácidos
do
organismo
possuem
configuração L.
HO
O
O
CH
COH
C H
CH2OH
L-Gliceraldeído
NH2 C
H
R
Um L-Aminoácido
Aminoácidos essenciais  são dez, não podem ser sintetizados
pelo organismo, mas são requeridos para o crescimento normal e a
manutenção dos tecidos. Devem ser incluídos na dieta alimentar.
Isoleucina, Leucina, Lisina, Metionina, Fenilalanina, Treonina,
Triptofano, Valina, Arginina (pode ser sintetizada, mas é requerida
em maiores quantidades para um crescimento e desempenho
normais) e Histidina (é essencial para as crianças).
Peptídeos  são obtidos na reação de condensação entre o grupo
carboxílico de uma molécula e o grupo amino da outra, liberando
uma molécula de água e formando uma ligação amida.
6
O
H 2N
CH COOH + H2N
CH COOH
R
R'
H2N
CH C NH CH COOH
R
R'
Dipeptídeo
Ligação peptídica
Os polímeros de -aminoácidos com pesos moleculares elevados
podem ser classificados como:
Polipeptídeos (peso molecular <10000)
Proteínas (peso molecular >10000)
ESTRUTURAS DAS PROTEÍNAS
Estrutura
primária

corresponde
a
seqüência
de
seus
aminoácidos, isto é, a estrutura covalente (quais aminoácidos estão
presentes e a ordem na qual estão unidos). Determina a função de
uma proteína no nosso organismo
Cada proteína tem um arranjo definido e característico das
unidades básicas de aminoácidos. Técnicas de sequenciamento
permitem determinar as estruturas primárias de polipeptídeos e
proteínas.
Estrutura secundária  consequência das maneiras pelas quais
uma cadeia polipeptídica pode interagir com ela própria ou outra
molécula, formando ligações hidrogênio. Este tipo de ligação pode
gerar duas estruturas diferentes nas moléculas de proteína, uma hélice e uma folha pregueada (beta).
7
H
R
N
CH
C
-
O
H +
R'
N
C
CH
O
A principal técnica experimental usada na elucidação das estruturas
secundárias das proteínas foi a análise por difração de raios-X.
Conformação em -hélice  consiste no enrolamento de uma
cadeia peptídica num arranjo em espiral (dextro orientada). É
mantida por ligações de hidrogênio entre o átomo de hidrogênio de
um grupo amina e o oxigênio de um grupo carbonila, quatro
aminoácidos distantes ao longo da cadeia. Os grupos R estão
dispostos para fora do eixo da hélice.
A -hélice é flexível (pode ser dobrada ou curvada sem se romper)
e elástica (capaz de recuperar a forma depois de se esticar).
8
Folha pregueada  resultado de ligações de hidrogênio entre duas
cadeias de proteínas que correm paralelas entre si. Este arranjo é
chamado de “folha pregueada” por causa das dobras ou pregas
resultantes na rede em forma de folha.
Folha pregueada formada de quatro cadeias polipeptídicas
(paralelas).
A estrutura pregueada é flexível, mas não elástica.
Estrutura terciária  corresponde a sua forma tridimensional, ou
conformação, resultante das dobras da cadeia polipeptídica. A
interação entre as cadeias laterais dos aminoácidos dentro da
proteína determina as ligações e propriedades que mantêm íntegra
a estrutura terciária.
Diversos tipos de força estão envolvidos no processo de
enrolamento, inclusive ligações (covalentes fortes) de dissulfeto da
estrutura primária.
O enrolamento da maioria das proteínas permite que um número
máximo de grupos polares (hidrofílicos) fiquem para fora e um
número máximo de grupos não-polares (hidrofóbicos) fiquem no seu
interior.
9
Tipos de ligações formadas entre diferentes partes de uma
cadeia polipeptídica
N
C
H
O
(a)
CH
CH
CH
CH2
CH2
CH
S
C
(b)
O
(c) O
-
+
S
O
H
C
N
CH2
CH
NH3
H 3C
CH3
(d)
H 3C
(CH2)4
CH
CH3
CH
CH
(a) Ligações de hidrogênio
(b) Ligações tipo dissulfeto entre cisteínas
(c) Ponte salina (ácido aspártico e lisina)
(d) Ligação hidrofóbica (valina isoleucina)
Devido a estes diferentes tipos de interação, as proteínas têm
estruturas terciárias muito complexas. Muitas destas ligações
mantêm a estrutura terciária agindo em conjunto.
A forma de uma proteína é determinada fortemente pela sua
estrutura primária, a seqüência de aminoácidos. Mudando o tipo de
ligação, a conformação tridimensional é alterada.
10
Algumas proteínas são mais complicadas porque contêm mais do
que uma cadeia polipeptídica. Cada cadeia isolada de aminoácidos
é chamada subunidade.
A “estrutura quaternária” de uma proteína descreve a maneira pela
qual as subunidades estão arranjadas.
Ex: Hemoglobina  consiste em quatro subunidades.
Conformação nativa  forma normal, arranjo requerido para a
proteína realizar sua função biológica. A desorganização da
estrutura protéica, ou a destruição da conformação nativa é
chamada desnaturação.
A conformação nativa é perdida,
produzindo
uma
cadeia
ao
acaso.
A desnaturação geralmente envolve a quebra de ligações não
covalentes
(fracas)
polipeptídicas.
que
Embora
mantêm
as
a
ligações
estrutura
peptídicas
das
cadeias
não
quebradas, as estruturas secundária e terciária são perdidas.
sejam
11
As cadeias resultantes freqüentemente se aglomeram ao acaso
(coagulam) e precipitam (tornam-se insolúveis). A proteína não
pode mais desempenhar a sua função biológica.
Fatores desnaturantes: Calor, álcoois e outros solventes orgânicos,
ácidos e bases, íons metálicos, agentes oxidantes e redutores,
agitação.
TIPOS DE PROTEÍNAS
As proteínas podem ser classificadas em grupos, de maneiras
baseadas na sua forma, solubilidade em água e composição.
Proteína globular
Proteína fibrosa
Proteínas fibrosas  insolúveis em água e resistentes à digestão.
Freqüentemente
consistem
de
várias
cadeias
polipeptídicas
paralelas que estão espiraladas e esticadas.
Colágeno (hélice tripla)  proteína mais abundante do corpo,
principal componente da pele e dos ossos e dentes.
Queratina  proteína fibrosa que fornece proteção à camada
externa da pele, pêlos e unhas (Lã, penas etc.)
Forma baseada na  hélice tem grande resistência, é insolúvel e
pode se esticar (Ex. cabelo).
Forma  é flexível, mas não estica (Ex. seda e teias de aranha)
12
Elastina
 estruturas
elásticas como ligamentos e
vasos
sangüíneos.
Proteínas globulares  consistem de polipeptídeos firmemente
dobrados na forma de uma “bola” e solúveis em água. Cada
proteína globular tem uma estrutura terciária própria que lhe permite
realizar sua função biológica única.
Ex: Enzimas, albuminas, globulinas, hemoglobina.
A hemoglobina consiste de quatro cadeias polipeptídicas separadas
(1, 2, 1 e 2), cada uma com aproximadamente 150 aminoácidos.
Cada
cadeia
forma
uma
“bolsa”
contendo
um
heterociclo
nitrogenado chamado heme. (Um íon ferroso, Fe+2, no centro do
grupo heme, pode fixar uma molécula de oxigênio, transportando-a
dos pulmões aos tecidos).
A hemoglobina é um exemplo de proteína conjugada. A parte que
não é feita de aminoácidos (heme) é chamada grupo prostético.
Outros
grupos
prostéticos
(lipoproteínas, glicoproteínas),
incluem
carboidratos
e
lipídeos.
13
Classificação de proteínas considerando a sua função
Enzimas  proteínas essenciais que permitem que as reações
ocorram numa velocidade adequada.
Estruturais  colágeno (tecido conjuntivo e ossos) e queratinas
(estruturas de membranas).
Transporte  hemoglobina (transportam pequenas moléculas) e
soroalbumina (leva ácidos graxos do tecido adiposo para vários
órgãos).
Hormônios  regulam processos químicos no organismo (insulina).
Armazenamento  reservatório de substâncias químicas.
Defesa  anticorpos (gama globulinas).
Toxinas  proteínas prejudiciais ao organismo.
TERPENOS E ESTERÓIDES
TERPENOS
Os terpenos ou terpenóides são os constituintes mais importantes
dos óleos essenciais. Constituintes odoríferos das plantas que
podem ser extraídos a partir da destilação em corrente de vapor.
Desempenham funções muito variadas como essências vegetais,
vitaminas e pigmentos vegetais. Para o homem constituem uma das
mais amplas classes de alimentos funcionais ou fitonutrientes.
14
Funcionam como antioxidantes, protegendo os lipídios, o sangue e
outros fluidos corporais contra o ataque de radicais livres, grupos
hidroxila, peróxidos e radicais superóxido.
A maioria dos terpenos tem o esqueleto de carbono com 10, 15, 20
ou 30 átomos de carbono.
Número de Carbonos
Classe
10
Monoterpenos
15
Sesquiterpenos
20
Diterpenos
30
Triterpenos
Os terpenos podem ser visualizados como sendo construídos de
duas ou mais unidades de isopreno.
CH3
CH2
C
CH
ou
CH2
Isopreno
“Regra do isopreno”  todos os terpenos devem ser formalmente
divisíveis em unidades isopreno.
Alguns exemplos de terpenos acíclicos simples que obedecem esta
regra são mostrados abaixo:
OH
OH
;
;
Isopreno
(C5)
Geraniol
(C10)
Farnesol
(15)
15
Sabe-se agora que os terpenos não se formam na natureza a partir
do isopreno, o qual nunca foi encontrado como produto natural. O
precursor dos terpenos é o ácido mevalônico que é produzido
a partir da acetil-CoA.
CH3CO
S
CoA
CH3COCH2CO
S
CoA
(Acetoacetil-CoA)
(Acetil-CoA)
Redução
Hidrólise
CoA
S
COCH3
OH
HOOC
CH2OH
(Ácido mevalônico)
Carotenóides
São um grupo especial de terpenos facilmente encontrados em
plantas e animais. Os carotenos são tetraterpenos, responsáveis
pela coloração amarela, laranja e vermelha das flores, frutos,
raízes, etc. A cor provém do grande número de ligações duplas
conjugadas.
Nos organismos dos mamíferos, inclusive os seres humanos, o caroteno sofre quebra por oxidação fornecendo dois equivalentes de
um aldeído chamado retinal.
A redução bioquímica da carbonila do aldeído fornece a vitamina
A1, fator importante de crescimento.
16
CHO
[o]
R
R
Retinal
[H]
CH2OH
Vitamina A
Esteróides
Ocorrem em todos os organismos animais e vegetais e são
essenciais
para
desempenhando
o
funcionamento
funções
biológicas
correto
do
importantes.
organismo,
Pequenas
variações na estrutura molecular de esteróides resultam em
grandes diferenças nos seus efeitos.
Os esteróides que ocorrem naturalmente incluem o colesterol, os
sais biliares, os hormônios masculinos e femininos, as vitaminas D
e alguns venenos cardíacos.
Os esteróides são derivados do sistema peridrociclopentanofenantreno.
18
12
11
C
1
9
2
A
3
10
B
Os átomos de carbono do sistema básico
17
16
13
D
14
de anéis são numerados da maneira
15
indicada. Os quatro anéis são designados
7
5
4
8
CH3
6
com letras.
Os esteróis (esteróides que contêm um grupo hidroxila), são os
esteróides mais abundantes.
17
O esterol mais importante é o colesterol, um dos esteróides mais
difundidos na natureza. Pode ser isolado por extração de quase
todos os tecidos animais.
Sabe-se que os cálculos biliares humanos são uma fonte
particularmente rica de colesterol, este serve como intermediário na
biossíntese dos hormônios esteroidais e dos ácidos biliares, mas a
quantidade de colesterol existente no corpo é muito maior do que a
necessária para estas finalidades. Ainda não são conhecidas todas
as suas funções biológicas.
HO
Colesterol
Altos níveis de colesterol no sangue estão implicados no
aparecimento de arteriosclerose (endurecimento das artérias) e nos
ataques cardíacos, devido à formação de depósitos de colesterol no
interior das paredes das artérias do coração.
Hormônios esteróides
São produzidos no nosso organismo por várias glândulas de
secreção interna especiais que constituem o sistema endócrino.
Alguns dos hormônios são esteróides.
Os hormônios sexuais masculinos e femininos têm estruturas
esteróides relacionadas, são produzidos pelos testículos nos
homens e ovários nas mulheres.
A testosterona é o principal hormônio masculino ou andrógeno, cuja
função é a de promover e manter os órgãos sexuais masculinos e
18
os caracteres secundários (pelo, voz, etc). Aumenta o crescimento
dos músculos, fígado e rins estimulando a síntese de proteínas.
OH
O
Testosterona
Os estrógenos, hormônios sexuais femininos, são esteróides de 18
átomos de carbono. Tem como base o estradiol, que é produzido
nos ovários a partir da testosterona. A secreção de estrógenos
produz os caracteres secundários das fêmeas (pelos axilares e
púbicos, mudança na forma do corpo e formação óssea própria).
OH
HO
Estradiol
A progesterona é um hormônio encontrado no ovário, placenta e
adrenais, é secretada durante a segunda metade do ciclo
menstrual. Durante a gravidez (óvulo fertilizado) há uma secreção
contínua. A progesterona impede a ovulação (liberação do óvulo).
CH3
C
O
Progesterona
O