O documento descreve as propriedades dos aminoácidos e sua importância na estrutura e função das proteínas. Resume que aminoácidos são moléculas orgânicas que constituem as unidades estruturais das proteínas e participam de funções celulares. Existem 20 aminoácidos essenciais para humanos que devem ser ingeridos por meio da alimentação.

1. Aminoácidos Molécula com um grupo ácido carboxílico e amina ( amino ácido ). Os aminoácidos constituem a unidade estrutural das proteínas. Participam em funções biológicas ao nível da célula. Dos 300 aminoácidos encontrados na natureza, o ser humano apenas utiliza 20. 10 dos 20 L- α -aminoácidos não são sintetizados pelo ser humano nem por qualquer outro animal superior, tendo por isso que ser ingeridos, nas quantidades adequadas, através da alimentação – Aminoácidos essenciais .

2. Aminoácidos (cont.) Classificação nutricional Aminoácidos não-essenciais são aqueles os quais o corpo humano pode sintetizar. São eles: alanina , asparagina , cisteína , glicina , glutamina , histidina , prolina , tiroxina , ácido aspártico , ácido glutâmico . Os aminoácidos essenciais são aqueles que não podem ser produzidos pelo corpo humano. Dessa forma, são somente adquiridos pela ingestão de alimentos, vegetais ou animais. São eles: arginina , fenilalanina , isoleucina , leucina , lisina , metionina , serina , treonina , triptofano e valina .

3. Aminoácidos (cont.) Com excepção da prolina , todos os aminoácidos apresentam esta estrutura geral. À excepção da glicina todos os a.a. Possuem um carbono α quiral (é um isómero enantiómero; possui actividade óptica).

4. Aminoácidos (cont.) Os aminoácidos das proteínas têm todos a configuração L. Alguns a.a. D livres ocorrem em tecidos vivos ( D-serina e D-aspartato no tecido nervoso; D-alanina e D-glutamato nas paredes celulares de bactérias,…). Configuração L Configuração D A estrutura do grupo R confere aos a.a. as suas características específicas (polares vs apolares).

5. Aminoácidos (cont.) Relativamente à estrutura do radical R os aminoácidos podem ser classificados como: - Apolares (hidrófobos); - Polares (hidrofílicos) neutros. Estes últimos podem ser subdivididos em 2 grupos: Ácidos (R contém grupo carboxilo); Básicos (R contém grupo amina). É a composição das cadeias laterais (R) que determina as propriedades do a.a. (ponto de fusão, solubilidade, etc).

6. Aminoácidos (cont.)

7. Aminoácidos (cont.)

8. Aminoácidos (cont.)

9. Aminoácidos (cont.) As formas dos diferentes grupos ionizáveis existem em solução num equilíbrio protónico: As espécies químicas que contêm igual número de grupos ionizáveis de carga oposta (carga global ZERO) denominam-se zwiteriões . Ác. Aspártico

10. Aminoácidos (cont.) Os grupos contidos no radical R também sofrem ionização. O valor de pK a é uma medida da tendência para sofrer ionização (menor pK a => maior tendência para libertar ião H + ).

11. Aminoácidos (cont.) O ponto isoeléctrico (pI) de um aminoácido ou proteína corresponde ao valor de pH ao qual a molécula apresenta uma carga global nula. O pI é calculado como sendo o valor médio entre os pKa dos compostos que dão origem à espécie neutra . No caso da alanina pI será dado por

12. Aminoácidos (cont.)

13. Aminoácidos – Ligação Peptídica

14. Aminoácidos – Exercícios Escreva as equações para as dissociações da alanina , glutamato , histidina e lisina . Calcule os pI dos aminoácidos da alínea anterior. Represente a equação química de formação do péptido N-Ala-His-C assinalando a ligação peptíca. Qual a carga global do péptido a pH = 7,5?

15. Proteínas As proteínas são polímeros de L-aminoácidos associados por meio de ligações peptídicas. A sua estrutura está disposta segundo 4 níveis: Estrutura primária – Sequência de aminoácidos na cadeia proteica; Estrutura secundária – Disposição da estrutura envolvendo ligações entre a.a.’s próximos. Estrutura terciária – Associação e disposição 3-D de segmentos de estruturas secundárias. Estrutura quaternária – Agrupamento de estruturas terciárias

16. Proteínas (cont.) Estrutura primária

17. Proteínas (cont.) Estrutura secundária

18. Proteínas (cont.) Estrutura terciária

19. Proteínas (cont.) Domínio da proteína é uma secção desta com uma determinada estrutura terciária e que confere a capacidade para a realização de uma tarefa física/química específica ou para ligação a um dado substrato, entre outras funções. A estrutura 3-D global de uma proteína denomina-se conformação ( ≠ configuração).

20. Proteínas (cont.) Folding de proteínas é o processo pelo qual as proteínas adquirem a estrutura terciária que lhes é termodinamicamente mais favorável. É um processo por etapas em que as ligações mais adequadas vão sendo estabelecidas e a proteína adquire a sua estrutura funcional (conformação). As ligações que se estabelecem são de natureza covalente.

21. Proteínas (cont.) Forças que influem na estabilidade da estrutura proteica: - Ligações por ponte de hidrogénio que se estabelecem em qualquer ponto da cadeia onde as espécies químicas o permitam. - Interacções hidrofóbicas consiste no agrupamento de regiões hidrofóbicas da cadeia proteica de forma a minimizar a sua interacção com o meio aquoso (factor importante no folding de proteínas). - Interacções electrostáticas de atracção ou repulsão entre grupos com diferente carga eléctrica. - Interacções de Van der Waals devido à formação de dipolos instantâneos. Interacção de natureza electrostática mas menos intensa que a anterior. Verifica-se em regiões das moléculas essencialmente apolares.

22. Proteínas (cont.) Hélice α – É um tipo de estrutura secundária assumida pela cadeia de aminoácidos que formam as proteínas e que resulta da formação de pontes de H entre um grupo carbonilo e o hidrogénio de grupos amida. Na natureza apresentam apenas uma orientação para a direita ( right hand ) – mais estável. Estabilizadas por pontes de hidrogénio e interacções de Van der Waals. Os grupos hidrofóbicos orientam-se para o interior da hélice α . Cada “volta” da estrutura helicoidal acomoda, em média, 3,6 resíduos de aminoácidos. Prolina, devido à sua estrutura fechada, desestabiliza a hélice α .

23. Proteínas (cont.) Ligação por ponte de hidrogénio

24. Proteínas (cont.) Folha β – Estrutura secundária de uma cadeia proteica. Os a.a.’s estão dispostos em zig-zag com os grupos R de resíduos adjacentes a apontar em sentido oposto. Estabilidade é conferida por ligações por ponte de H entre o oxig. carbonílico e o hidrogénio da amida da ligação peptídica. Folha β paralela – cadeias adjacentes progridem no mesmo sentido (C-N ou vice-versa). Folha β anti-paralela - cadeias adjacentes progridem em sentido contrário.

25. Proteínas (cont.) Folha β

26. Proteínas (cont.) Volta (turn) β – a cadeia peptídica forma uma volta apertada estabilizada por ligações de H entre o oxigénio carbonílico e o protão da amida.

27. Proteínas (cont.) Folha β paralela (a) e anti-paralela (b)

28. Proteínas (cont.) Proteínas fibrosas A cadeia polipeptídica está organizada relativamente à sua estrutura terciária, numa disposição paralela ao longo de um único eixo. São mecanicamente fortes e pouco solúveis em meio aquoso ou em soluções diluídas de sais. O seu papel é essencialmente estrutural (exºs.: queratina, colagénio). Proteínas globulares São proteínas em que a estrutura terciária assume uma disposição esférica ou ovóide. Existem em maior quantidade na natureza relativamente às proteínas fibrosas (exºs: mioglobina, hemoglobina, albumina).

29. Proteínas (cont.) Proteína globular - Mioglobina Proteína Fibrosa – Tripla hélice de colagénio

30. Proteínas (cont.) A estrutura, aos seus vários níveis, é influenciada pela composição da proteína em termos dos aminoácidos. Diferentes cadeias laterais R conferem diferentes propriedades á cadeia polipeptídica.

31. Proteínas (cont.) Ligação por ponte de enxofre A ligação por ponte de enxofre é, tal como a ligação peptídica, de natureza covalente . É uma ligação formada num processo de oxidação-redução entre resíduos do a.a. Cisteína . O outro aminoácido contendo enxofre (metionina) não forma estas ligações. Ocorrem essencialmente em meio extracelular (condições mais favoráveis ao processo de oxidação).

32. Proteínas (cont.) A CISTINA é um dipeptídeo formado por dois resíduos de cisteína, ligados por uma ponte de enxofre. Cistina

33. Proteinas (cont.) Em resumo: A unidade estrutural básica das proteínas é constituída por uma longa cadeia de L-aminoácidos. A classificação das prot. pode ser feita com base na sua solubilidade, função, forma ou presença de um grupo prostético. Estrutura primária é estabilizada por ligações covalentes. Estruturas de ordem superior são estabilizadas por forças mais fracas (ptes. de H, ligações iónicas, …). Estruturas secundárias: hélice α e folha β . Folding consiste no processo que dá origem à estrutura terciária. O seu mecanismo é orientado por factores de estabilidade termodinâmica. A estrutura terciária é a expressão das interacções dos domínios da estrutura secundária. Formas mais assumidas pela estrutura terciária: globular (regulação/transporte) e fibrosa (estrutural).

34. Proteinas (cont.) Discuta os potenciais contributos das cadeias laterais dos seguintes aminoácidos para as interacções hidrofóbicas, de Van der Waals, ligações iónicas e de ponte de H numa proteína: - Asp, Leu, Tyr e His. A figura mostra que o a.a. Pro é o menos comum nas hélices α . Quais poderão ser as razões para este facto?

35. Proteinas (cont.) Na figura, identifique a hélice direita e a hélice esquerda. A proteína de hemoglobina no vírus de influenza contém uma hélice α com 53 resíduos de aminoácidos. a) Qual o comprimento total da hélice (nm)? b) Quantas voltas tem? c) Cada resíduo, numa hélice α , está envolvido em duas ligações por pte. de H. Quantas, destas ligações, encontramos nesta hélice?