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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

FACULDADE DE CIÊNCIAS FARMACÊUTICAS REATIVIDADE DE COMPOSTOS ORGÂNICOS II E BIOMOLÉCULAS

NOTURNO

AMINOÁCIDOS: ESTRUTURA E

PROPRIEDADES

Cibele Rosalin Líria Domingues Luma Antonio Maria Cláudia Araujo Priscila Carneiro

São Paulo Novembro/2016

Introdução

• Aminoácidosàunidadesquecompõemasproteínas;

• Estruturaprimáriaàsequênciasdeaminoácidosformadasporligaçõespep;dicas...

ligaçõescarbono-nitrogênio

•  ...queseformampelareaçãoentreogrupocarboxila(COO-)deum aminoácido e o grupo amino (NH3+) do aminoácidoseguinteàresultandonumgrupamentoamida.

Introdução

Formação de uma ligação peptídica

Introdução

Sequência de aminoácidos formada por ligações peptídicas

Introdução

• Ligaçãopep;dicaàaparatodesínteseprotéica;

• Ocorrenosribossomos;

• Proteínasnaturaisàaté21aminoácidosprimáriosdiferentes;

• Ligadosentresiporligaçõesamida;• 21°aminoácidoàselenocisteína–natural.

Definição

• Aminoácidosàácidoscarboxílicoscomumgrupoamino;

• Maiscomunsnanaturezaàalfa-aminoácidos;

• FórmulamoleculargeralàRCH(NH2)COOH;

• FunçãoaminolocalizadanocarbonoC2oucarbono-alfa;

• Radical(grupoR)podeserumaalquilaouarila;

• Podecontergrupamentoshidroxila,amino,Wol,entreoutros.

Definição

• CadeialateralRosdiferencia;

• Maisde500aminoácidosdiferentesencontradosnanatureza;

• Porém,apenas20compõemasproteínasdetodasasespécies,debactérias(procariontes)ahumanos(eucariontes);

• Sãoosaminoácidosprimáriosoupadrão;

• Nutriçãohumanaàfunções:definição,digestão,absorçãoetransporte.

Definição

• Tipos: àEssenciais:nãosãosinteWzadospeloorganismo-isoleucina,

leucina,valina, fenilalanina,meWonina,treonina,triptofano,lisinaehisWdina;

à Não essenciais: sinteWzados pelo organismo, a parWr deoutros precursores – alanina, ácido aspárWco, asparagina,ácidoglutâmico,serina;

à Semi-essenciais ou precursores: sinteWzados a parWr deoutrosprecursores ,presentesemquanWdadesuficientenadieta - arginina (glutamina/glutamato), cisteína (aspartato),glutamina(ácidoglutâmico,amônia),glicina(serina,colina),prolina(glutamato),Wrosina(fenilalanina).

Estrutura protéica composta de diversos tipos de aminoácidos

• Organolép<cas:incolores-amaioriadesaboradocicado;

• Físicas: sólidos - com solubilidade variável em água;apresentam aWvidade ópWca por possuírem carbonoassimétrico,emgeral,naformalevógira;

• Químicas: grupo carboxílico (-COOH) na molécula conferecaracterísWca ácida e grupo amino (-NH2), caracterísWcabásicaà aminoácidos são anfóteros - reagem tanto comácidoscomocombasesformandosaisorgânicos.

Propriedades

Projeção de Fischer

•  Modo simplificado de representar um átomo de carbonotetraédricoeseussubsWtuintes.

Alanina (ALA) na Projeção de Fischer

Projeção de Fischer

• Arranjotetraédricodosorbitaisdeligaçãoaoredordocarbonoalfadosaminoácidos;

• OsquatrogrupossubsWtuintespodemocuparduasdisposiçõesespaciaisdisWntas;

• Quesãoimagensespeculares,nãosuperponíveis;

• SãoosenanWômeros,umaclassedosestereoisômeros;

• Carbonoassimétriconãoadmiteumplanodesimetria.

Projeção de Fischer

• Aminoácidos são denominados "D-" ou "L-“à configuraçãoabsoluta dos subsWtuintes ao redor do átomo de carbonoquiral;

• Alinhadosaoradical(cadeiacarbonílica)eocarboxilato(COO-)naslinhasverWcaisdaprojeçãodeFischer,aminoácidoscomogrupoamino(NH3+)àesquerdaserãoL-aminoácidos,eoscomogrupoaminoàdireita,D-aminoácidos.

Exemplos de aminoácidos "L" e "D”

Projeção de Fischer

L-aminoácidos, orientação anti-horária _ D-aminoácidos, horária

•  QuasetodososcompostosbiológicoscomcentroquiralocorremapenasemDouL;

•  Os aminoácidos nas moléculas protéicas são sempre L-estereoisômeros;

• D-aminoácidosforamencontradosapenasemanWbióWcos(ex.naGramicidinaS,anWbióWcoproduzidopelabactériaGramposiWvaBacillusbrevis).

Característica Zwitteriônica de Aminoácidos

• Soluções aquosas à aminoácidos ionizados e podemapresentartantocaracterísWcasácidasoubásicas;

•  Isto devido à presença dos dois grupos funcionais que oscompõem, o carboxílico (ácido – COOH) e o amino (básico –NH2);

• Aminoácidos são anfóteros, moléculas anfipróWcas, podendodoaroureceberprótons(H+)deacordocomoconceitoácido-basedeBrönsted-Lowry;

• pHfisiológicoà íondipolar, denominado zwi/erion, formadocomaprotonaçãodogrupoaminopeloácidocarboxílico.

Característica Zwitteriônica de Aminoácidos

Formação de um zwitterion

Característica Zwitteriônica de Aminoácidos

Influência do pH nos grupos funcionais dos aminoácidos

Constante de Dissociação Ácida (pKa)

• Estado de ionização dos grupos carboxila e amino dosaminoácidosàvariacomopH;

Característica dos grupos funcionais em um aminoácidos •  ForçadeumácidoàconstantedeequilíbrioácidobaseemáguaàpKa.;

• ÁcidosmaisfracosàvaloressuperioresdepKa.

Constante de Dissociação Ácida (pKa)

• Constante de equilíbrioà estabilidade relaWva do ácido e dabaseconjugada:

equilíbrio, constante de equilíbrio e pKa

Variações do grupo carboxila: protonado e desprotonado.

Constantes de Dissociação Básica (pKb)

• ConstantedeassociaçãodeumabasecomumprótonàpKb;

• Grupocomcaráterbásicoàamino;

• QuantomenorKb–maisfracaéabaseàmaiorpKb.

Equação de pKb e relação pKa e pKb

Variações do grupo amino dos aminoácidos • pKcorrespondeaopHemquehá50%dedissociaçãodoácidooudabase.

Constantes de Dissociação Básica (pKb)

• Valor de pH onde o aminoácido apresenta carga elétricalíquidaigualazero;

• pI é o pH no qual há equilíbrio entre as cargas negaWvas eposiWvasdosgrupamentos iônicosdeumaminoácidooudeumaproteína.

Curva de titulação da glicina

Ponto Isoelétrico (PI)

Relação pKa e pH com prótons H+ do meio •  ParacalcularopI,bastasomarospKsedividi-lospor2(fazerumamédiaaritméWcasimples);

•  Aminoácidos com mais radicais ionizáveisà encontrar amolécula em estado neutro e fazer amédia aritméWca dospKsadjacentes.

Ponto Isoelétrico (PI)

Cálculo do Ponto Isoelétrico

Ponto Isoelétrico (PI)

• 20aminoácidosmaiscomuns-ligadosporligaçõespep;dicas-constroemasproteínas;

• Definiçãofuncionaldavidaàmatériaquesemanifestapelocrescimento,metabolismo,reproduçãoeevolução;

• Enzimas à catalisam transformações de complexidadevariadaàaceleramreações;

• Proteínas de transporte e armazenamentoà hemoglobinaquetransportaoxigênioeferriWnaquearmazenaferro;

•  Coordenaçãodosmovimentosàcontraçãodosmúsculos;

• AnWcorposàproteçãoimunológica.

Os Aminoácidos e a Vida

Aplicação Industrial

• Aminoácidos podem ser produzidos industrialmente porhidrólisedeproteínas,porsíntesequímica,oupormétodosbiotecnológicos(catáliseenzimáWca,asemi-fermentaçãoeafermentação);

• Hidrólise de proteínas permite a uWlização de fontesproteicas de outros processos, que restaram comosubprodutos;

• Síntese química permite produção em larga escala,mas háproduçãodemisturasracêmicas;

•  Fermentação possui diversas vantagens, entre elas o fácilescalonamentoeauWlizaçãodematéria-primabarata;

• Síntese enzimáWca permite a produção de compostosopWcamente puros, mas necessita de matéria-primaespecífica.

Hidrólise de Proteínas

Síntese Química

Métodos biotecnológicos

• Fermentaçãodiretadeaminoácidos;

• Conversão de produtos intermediáriosbaratos,viabiossíntese;

• Usodeenzimasoucélulasimobilizadas.

Produção de Glutamato

Referências:

´  “Vollhardt, K. P. C., Schore, N. E., Química Orgânica - Estrutura e função, 4ª edição, 2004, p. 986-

´  https://pt.wikipedia.org/wiki/Fenilceton%C3%BAria

´  https://pt.wikipedia.org/wiki/Aspartame

´  http://www.revistageintec.net/portal/index.php/revista/article/viewFile/546/610

´  https://lilianecabral.files.wordpress.com/2011/07/producao-de-aminoacidos.pdf

Obrigada!