Aminoácidos, Péptidos e Proteínas

Aminoácidos, Péptidos e
Proteínas
Aminoácidos, Péptidos e Proteínas
• As proteínas são as macromoléculas biológicas mais
abundantes;
• São constituintes fundamentais de todas as células,
sendo o veículo que transporta a informação do DNA
para as várias actividades celulares;
• Constituídas por aminoácidos ligados entre si;
• A função de uma proteína é determinada pela sua
estrutura, logo depende da sequência de aminoácidos
que a constitui.
Aminoácidos
• Molécula orgânica constituída por, pelo
menos, um grupo amina e um grupo
carboxilo;
• Existem cerca de 20 aminoácidos presentes
nas proteínas, sendo todos eles αaminoácidos;
• α-aminoácidos: o grupo amina e o grupo
carboxilo estão ligados ao mesmo carbono
(carbono- α);
O α-aminoácido mais simples.
•Um aminoácido é definido pelo
seu grupo lateral (R).
Estrutura geral de um aminoácido.
Aminoácidos Essenciais
• Aminoácidos essenciais são aqueles que não são sintetizados pelo
organismo humano;
• É fundamental uma dieta equilibrada em aminoácidos essenciais;
• Os nove aminoácidos essenciais para o Homem são: fenilalanina,
valina, treonina, triptofano, leucina, isoleucina, metionina, histidina e
lisina;
• Para além destes, a arginina, cisteína, glicina, glutamina e tirosina
são condicionalmente essenciais, dependendo das características
da população;
• Por exemplo, doentes de PKU (fenilcetonúria) necessitam de ingerir
regularmente tirosina.
Off-topic: PKU é uma doença genética autossómica recessiva caracterizada por uma deficiência na enzima
fenilalanina hidroxilase, que catalisa a reacção de síntese da tirosina a partir da fenilalaniana.
Estereoisomeria
• Devido à geometria tetraédrica em torno do
carbono-α, os vários grupos podem ocupar
dois arranjos espaciais diferentes (L- e Daminoácidos);
• O carbono-α é, portanto, um centro quiral (o
que implica que é opticamente activo);
• Como as duas formas não podem ser
sobrepostas, designam-se enantiómeros;
• Os L-aminoácidos predominam na
D-gliceraldeído
Natureza.
L-gliceraldeído
Estereoisómeros da alanina.
Classes de Aminoácidos
• A classificação depende das características do grupo R;
• Classificação quanto à:
– Polaridade (polar ou apolar) – determina a tendência
para interagir com a água;
– Carga (positivo ou negativo) – propriedades ácidobase;
– Aromáticos;
Aminoácidos polares.
Aminoácidos apolares.
Aminoácidos positivos.
Aminoácidos negativos.
Aminoácidos aromáticos.
É de notar que, devido à presença
de ligações π deslocalizadas, estes
aminoácidos têm uma absorvância
muito característica na região dos
ultravioletas.
Propriedades Ácido-Base
• Quando em solução aquosa, um aminoácido existe sob a forma de
um ião dipolar (zwiterião, do alemão “ião híbrido”);
• Um zwiterião pode actuar como ácido ou como base (os
aminoácidos são anfotéricos);
Curvas de Titulação
pKa do grupo
carboxilo ~2
pKa do grupo
amina ~9
Curva de titulação da glicina.
Curva de titulação do glutamato.
•Os aminoácidos têm várias regiões tampão.
Ligação Peptídica
• É a ligação de 2 aminoácidos (com libertação de água) para formar
um dipéptido.
Esquema geral da reacção.
Exemplo de um pentapéptido: Ser–Gly–Tyr–Ala–Leu.
•Oligopéptido – “vários” aminoácidos;
•Polipéptido – “muitos” aminoácidos;
•Proteínas – milhares de aminoácidos.
Maior proteína conhecida:
titina – tem cerca de 27000
aminoácidos.
Cadeias de aminoácidos
Péptidos
(Nº a.a. < 30)
Ribossomáticos
Não Ribossomáticos
Polipéptidos
Polímeros de aminoácidos
Massa molecular
(Da ou MW)
Independente da
conformação
estrutural
Estruturas
Estrutura Primária
Estrutura Secundária
Local
Estabilizada por pontes de
Hidrogénio
Hélices α
Turns
Folhas β
Hélices α
Folhas β
Anti-Paralelas
Paralelas
Estrutura Terciária
Tridimensional
Forças intervenientes na estrutura
• Ligações Hidrofóbicas
Dependentes do meio
• Pontes de enxofre
Motivos e Domínios
Estrutura Quaternária
Fibrosas
Globulares
Máquinas Moleculares
Técnicas de separação
• As características das proteínas e de
outras biomoléculas usadas nos vários
processos de separação são:
– solubilidade,
– carga iónica,
– tamanho molecular e
– especificidade da ligação com outras
moléculas biológicas.
Solubilidade Proteica
• Cada proteína precipita a concentrações
de sal diferentes, esta característica é
aproveitada como um meio de purificação
proteica
Cromatografia por
exclusão molecular
•A fase estacionária (matriz)
consiste num gel com poros
de diferentes tamanhos
proteinas com
maior massa
•Recolha das proteínas de
menor massa que entretanto
percorreram o ‘caminho’ dos
poros
Cromatografia por troca iónica
•Moléculas carregadas ligam-se a grupos
de carga oposta que se situam na matriz
•Remoção das proteínas que se ligaram à
matriz é feita alterando as características
do meio
proteínas
com carga
negativa
Cromatografia por afinidade
•Um ligando que tem uma
afinidade específica a uma
certa proteína é ligado a
uma matriz inerte por
ligação covalente
(braço de intercalagem)
proteínas que não
têm afinidade com
o ligando
•Remoção das proteínas
que reconheceram o
ligando é feita alterando as
características do meio
Electroforese
Gel SDS-PAGE
•As proteínas tratadas com
SDS ficam com a razão
forma e carga por massa,
similares
Electroforese
Gel Bidimensional
Eixo Horizontal  carga
Eixo Vertical  massa
Centrifugação
Sequenciação
• Real da cadeia polipeptídica
» Sequência de 8 passos
• Do DNA do gene correspondente
Espectroscopia
•O peso molecular é
calculado usando o
tempo de voo de um
modelo
Para moléculas com a mesma
carga, o tempo do detector é
inversamente proporcional à
massa.
Passos chave:
1. Produção de iões a partir da amostra
2. Separação dos iões com massas diferentes
3. Detecção dos iões produzidos no primeiro passo
4. Recolha de informação para construir o espectro
de massa
Propriedades espectroscópicas
dos aminoácidos
• Absorção da luz UV (p.e.: Fen, Trp, Tyr)
• Restantes aminoácidos absorvem IV
» Ao incidir luz na amostra, a diferença entre a
intensidade incidente e a transmitida permite
determinar a absorvência
» Como cada a.a. tem uma absorvância específica, é
possível determinar a estrutura 3D da proteína
Resumo
Característica
Processo de separação
Carga
Cromatografia por troca
iónica;
Electroforese;
Tamanho
Cromatografia de gel;
SDS-PAGE;
Centrifugação;
Cromatografia por
afinidade;
Especificidade da
ligação
Critério de Pureza
• Assume-se que a proteína se encontra
num elevado grau de pureza, após se
revelarem homogéneos todos os testes
disponíveis para a caracterização de uma
proteína
» Métodos cromatográficos são pouco sofisticados na
avaliação da pureza
» Métodos electroforéticos são exactos para avaliar
identidade molecular
Exemplos de Proteinas Biológicas
Titina
1. Movimento
(actina, miosina,
músculo)
Proteína carreadora
(através membrana)
2. Transporte
Hemoglobina,
Mioglobina
mantém integridade
estrutural do
sarcómero
passagem de substâncias
através da membrana
plasmática
transporte de gases através
da circulação
sanguínea
(por todo o corpo)
3. Transporte/
Auxílio célula
Chaperones
auxiliam a correcta
“dobragem” da
proteína
encaminham proteína à
destruição (proteínas
proteolíticas)
Exemplos de Proteinas Biológicas
4. Transdução de
sinal
5. Transmissão de
sinais por todo
o corpo
(hormonas)
6. Reconhecimento
celular
Neurotransmissores
(dopamina, serotonina,
noradrenalida,
acetilcolina)
transdução de sinal
durante a sinapse
Citocinina
responsável pela
ocorrência, ou nao,
de divisões
celulares
Oxitocina
provoca contracções do
útero e ejecção do
leite das glândulas
mamárias
Anticorpos
localizados na membrana
celular dos linfófitos
B
permitem fazer
reconhecimento de
substâncias ou
organismos
estranhos
Exemplos de Proteinas Biológicas
7. Suporte
Histonas
conferem suporte ao
material genético
(formação de cromatina)
Proteínas estruturais
intrinsecas
proteínas
transmembranares
ligadas ao
citoesqueleto da
célula
Queratina
confere protecção e
estrutura a partes do
corpo (p.e. cabelo,
unhas)
Actina
inserção de numerosos
filamentos de actina
8. Estrutura
9. Junção
intercelular
Exemplos de Proteinas Biológicas
Enzimas
10. Metabolismo
11. Coagulação
12. Resposta
inflamatória
(agrupamento em
sistemas enzimáticos
nas membranas)
Trombina
(protrombina)
Sistema de
complemento
(proteínas de
complemento)
metabolismo energético
(fosforilação oxidativa
e fotossíntese)
colabora no processo de
coagulação
sanguínea
transforma fibrinogénio em
fibrina
desencadeia uma reacção
em cascata dando
uma resposta
inflamatória