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1
Ignez CaracelliIgnez Caracelli
BioMat – DF – UNESP/Bauru
Bauru, 13 de agosto de 2007
Aula 1Aula 1Introdução ao Curso: AminoácidosIntrodução ao Curso: Aminoácidos
IntroduçãoIntrodução a a BioquímicaBioquímica: : BiomoléculasBiomoléculas
Julio Julio ZukermanZukerman SchpectorSchpector
LaCrEMMLaCrEMM –– DQ DQ –– UFSCarUFSCar
2
ReferReferêênciancia
AutoresAutores:Ignez Caracelli eJulio Zukerman-Schpector
EditoraEditora: EdUFSCar
ISBN:ISBN: 85-7600-065-2
3
BancosBancos de Dadosde Dados
http://www.rcsb.org/pdb/
http://www.ebi.ac.uk/thornton-srv/databases/pdbsum/
4
Linguagem x InformaçãoLinguagem x Informação
letras frases
aminoácidos aminoácidos proteínas proteínas
5
Problema CentralProblema Central
frases texto
proteínas proteínas funçãofunção
6
Estruturas tridimensionaisEstruturas tridimensionais
métodosmétodos
experimentaisexperimentaismétodosmétodos
teóricos teóricos
7 8
Estruturas tridimensionaisEstruturas tridimensionais
moléculasmoléculas
pequenaspequenas
moléculasmoléculas
grandesgrandes
9
Estruturas TridimensionaisEstruturas Tridimensionais
métodos experimentais:métodos experimentais: cristalcristal
10
Estruturas TridimensionaisEstruturas Tridimensionaisdifração de raios Xdifração de raios X
cristalografiacristalografia
11
1 conformaçãoplanejada
1 conformaçãonão-planejadaconformação
estendida
conformaçãodobrada
HC05HC05HC05HC05
cristalografiacristalografia
planejamentoplanejamento
moléculas pequenasmoléculas pequenas
síntesesíntese
Estruturas TridimensionaisEstruturas Tridimensionais
12
Estruturas TridimensionaisEstruturas Tridimensionais
proteínasproteínas
13
Estruturas TridimensionaisEstruturas Tridimensionais
quem são as proteínas???quem são as proteínas???como são suas estruturas 3D??como são suas estruturas 3D??
como desempenham suas funções???como desempenham suas funções???
14
Estruturas Tridimensionais Estruturas Tridimensionais in in silicosilico
Modelagem MolecularModelagem Molecular
alinhamento de seqüências
predição de estruturas de proteínas
modelagem por homologia
modelagem de ligantes
docking
15
Aspectos Básicos da Estrutura Aspectos Básicos da Estrutura PolipeptídicaPolipeptídica
As proteínas são cadeias (polímeros)
constituídas por
• 20 L-aminoácidos
• D-açúcares
16
Grupo Grupo carboxilacarboxila((dissociadodissociado))
Grupo aminaGrupo amina((protonadoprotonado))
CadeiaCadeialaterallateral
Carbono Carbono αααααααα
COO-
C
R
H3N+ H
R
AminoácidosAminoácidos
17
Ligações nas Proteínas Ligações nas Proteínas
••interações covalentesinterações covalentes (fortes)
– ligação peptídica – ligacao dissulfeto
••interações nãointerações não--covalentescovalentes (fracas)– interações eletrostáticas
– interações de van der Waals
– ligações de hidrogênio
– interações hidrofóbicas
18
Ligação PeptídicaLigação Peptídica
19
EstereoisomeriaEstereoisomeria
LL--aminoácido aminoácido DD--aminoácidoaminoácido
20
Isômeros ÓticosIsômeros Óticos
Uma molécula quiral, é aquela que não é idêntica à sua imagem especular.
Uma molécula quiral e sua imagem especular formam um par de
enantiômeros, ou isômeros especulares.
21
Isômeros ÓticosIsômeros Óticos: : exemploexemplo
Talidomida
• enantiômero R: efeito tetragênico
• enantiômero S: efeito sedativo
S R
22
L-Alanina D-Alanina
C
COO-
+H3N H
CH3
C
COO-
CH3
NH3+H
Aminoácidos: Aminoácidos: estereoisomeriaestereoisomeria
23
Aminoácidos e PolaridadeAminoácidos e Polaridade
CadeiaCadeialaterallateral
Carbono Carbono αααααααα
COO-
C
R
H3N+ H
R
R:R:naonao--polarpolarpolar polar naonao--carregadocarregadopolar polar carrgadocarrgado 24
átomo ou molécula apolar: o centro das cargas positivas coincide com o centro das
cargas negativas na ausência de campos elétricos.
Molécula Apolar (Molécula Apolar (ouou nãonão--polar)polar)
cargascargaspositivaspositivas
cargascargasnegativasnegativas
+ −−−− ≡≡≡≡
p = 0
Molécula Apolar (Molécula Apolar (ouou nãonão--polar)polar)
25
Molécula Apolar (Molécula Apolar (ouou nãonão--polar)polar)
molécula apolarmolécula apolar na presença de campo elétrico:campo elétrico:⇒ centro das cargas positivascentro das cargas positivas ≠ centro das cargas centro das cargas
negativasnegativas⇒ um dipolo induzido (orientado de – para +)
⇒ p ≠ 0
+ −−−− ≡≡≡≡ cargas
positivas
cargas
negativas
pp
p ≠ 0
EE
Molécula Apolar (Molécula Apolar (ouou nãonão--polar)polar)
26
Molécula Apolar (Molécula Apolar (ouou nãonão--polar)polar)
+ −−−− ≡≡≡≡
+ −−−− ≡≡≡≡
molécula apolaro centro de cargas positivas (núcleo)
coincide com o centro de cargas
negativas (nuvem eletrônica).
dipolo induzidoo centro de cargas positivas (núcleo)
não coincide com o centro de cargas
negativas (nuvem eletrônica).
cargaspositivas
cargas
negativas
p
⇒ p = 0 ⇒ p ≠ 0
E
Molécula Apolar (Molécula Apolar (ouou nãonão--polar)polar)
27
Molécula PolarMolécula Polarmesmo na ausência de campo elétrico:
→→centro de cargas positivascentro de cargas positivas ≠ centro centro
das cargas negativasdas cargas negativas
→ molécula é um dipolo chamado de
dipolo permanentedipolo permanente
28
moléculasmoléculas� carga elétrica ⇒⇒⇒⇒ dipolo ⇒⇒⇒⇒ sistema com muitas cargas
�A forma como as cargas estão distribuídas muda a forma do campo elétrico criado por essas cargas ou distribuição de cargas.
�Na maioria dos sistemas que serão analisados, ou a distribuição de cargas pode ser tratada como se as cargas fossem isoladas (íons em um meio diluído), ou como no caso de uma membrana, consideramos uma distribuição linear, como a formada entre as placas de um capacitor, que cria um campo magnético constante e homogêneo.
29
Os aminoácidosOs aminoácidos
Por que precisamos conhecer este assunto?Por que precisamos conhecer este assunto?
• O que acontece em uma proteína, na ligação de uma enzima ao seu substrato, entre outras coisas, é dominado pela estrutura tridimensional das moléculas e por sua distribuição de cargas;
• o conhecimento dos aminoácidos pode ser fundamental para o entendimento em nível molecular do funcionamento do funcionamento das moléculas e isto possibilita planejar como, por exemplo, inibir uma enzima, planejar o desenho de um novo fármaco, etc.
30
Os aminoácidos e proteínas Os aminoácidos e proteínas
O químico holandês Gerardus Mulder foi o primeiro a dotar o termo proteproteíínana em 1838.
Do grego proteus: primário, o mais importante.
31
Os aminoácidos e proteínas Os aminoácidos e proteínas
O primeiro aminoácido descoberto foi a asparagina, extraída do aspargo, em 1806.
O primeiro identificado em uma proteína foi a leucinapor Proust em 1819.
O último a ser descoberto foi a treonina em 1936. (hojeisto nao e mais verdade…)
32
Os aminoácidos e proteínasOs aminoácidos e proteínas
Os aminoácidos não possuem um nomesistemático.
A glicina tem esse nome devido ao gosto doce(glycos = doce).
A tirosina foi originalmente isolada do queijo(tyros = queijo).
O ácido glutâmico foi encontrado no glúten de trigo.
33
Os aminoácidosOs aminoácidos
Os aminoácidos não possuem um nome
sistemático. A glicina tem esse nome devido aogosto doce (glycos = doce). Tirosina foioriginalmente isolada do queijo (tyros = queijo) e o ácido glutâmico foi encontrado no glúten de trigo
34
Aspectos Básicos da Estrutura Polipeptídica
As proteínas são polímeros constituídos por
• 20 L-aminoácidos-padrão unidospor ligações peptídicas
• Os aminoácidos reunem-se emcombinações praticamente infinitas
35
1° –> 2° –> 3° –> 4° Estrutura
36
37 38
AminoácidosAminoácidosGrupo Grupo carboxilacarboxila
((dissociadodissociado))
Grupo aminaGrupo amina((protonadoprotonado))
CadeiaCadeialaterallateral
Carbono Carbono αααααααα
COO-
C
R
H3N+ H
R
39
Ligação PeptídicaLigação Peptídica
40
H2N C
H
R1
COOH H2N C
H
COOH
R2
H2N C
H
COOH
R3
H2N C
H
R1
CO NH C
H
CO
R2
NH C
H
R3
COOH + 2H2O
Ligação PeptídicaLigação Peptídica
41
Ligações Peptídicas Ligações Peptídicas �������� proteproteíínana
H2NC
CN
CC
NC
COOH
R1
O
H
Ri
O
H
Rn
HH
H
n-2
C-terminal
N-terminal
42
H2N C
H
R1
COOH H2N C
H
COOH
R2
H2N C
H
COOH
R3
H2N C
H
R1
CO NH C
H
CO
R2
NH C
H
R3
COOH + 2H2O
Ligação PeptídicaLigação Peptídica
43
• Ligação dupla parcial
– Plana, curta
• C a trans >> cis
Ligação PeptídicaLigação Peptídica
44
EstereoisomeriaEstereoisomeria
LL--aminoácido aminoácido DD--aminoácidoaminoácido
45
Isômeros ÓticosIsômeros Óticos
Uma molécula quiral, é aquela que não é idêntica à sua imagem especular.
Uma molécula quiral e sua imagem especular formam um par de
enantiômeros, ou isômeros especulares. 46
Isômeros ÓticosIsômeros Óticos: : exemploexemplo
Talidomida
• enantiômero R: efeito tetragênico
• enantiômero S: efeito sedativo
S R
47
L-Alanina D-Alanina
C
COO-
+H3N H
CH3
C
COO-
CH3
NH3+H
Aminoácidos: Aminoácidos: estereoisomeriaestereoisomeria
48
Ângulos dihédricos Phi e Psi
Ângulos dihédricos são
definidos por 4 átomos
– Phi (Φ) é a torção ao redor
N–Cα
Psi (Ψ) é a torção ao redor
Cα –C’
Φ e Ψ especificam a
conformação da cadeia principal
49
Ângulo Ângulo diédricodiédrico φφφφφφφφ
φ é o ângulo de torção
em torno de N−−−− Cα
C’(i-1)
N
C’
Cα
φφφφ
50
Ângulo Ângulo diédricodiédrico ψψψψψψψψ
ψ é o ângulo de torção em torno de Cα–C’
ψψψψ
N
N(i+1)
Cα
C’
51
EstruturaEstrutura covalentecovalente
• ligação peptídica
• ligação dissulfeto
52
As Forças nãoAs Forças não--covalentes nas proteínascovalentes nas proteínas
• interações eletrostáticas entre cargas e dipolos;
• forças de van der Waals;• ligações de hidrogênio e• interações hidrofóbicas.
53
SCH2
R
H
H
HN N
CH2
H
C
O
R
H
H
C,M
E,G,N,Q
HO CH2
HO CH
R
HN
HCH2
HN
HC
O
NH
H C
NH2+
NH
Y
S,T
K
R
N,Q
AceptoresAceptores
DoadoresDoadores
Ligações de hidrogênio em estrutura terciáriaLigações de hidrogênio em estrutura terciária
54
COO-
CH3N+ H
H
COO-
CH3N+ H
CH3
COO-
CH3N+ H
CHH3C CH3
GlicinaGly, G
AlaninaAla, A
ValinaVal, V
(G, A, V, L, I, F, W, M, P)
Aminoácidos com cadeias laterais Aminoácidos com cadeias laterais nãonão--polarespolares
55
COO-
CH3N+ H
CH2
CHH3C CH3
COO-
CH3N+ H
CHH3C CH2
CH3
LeucinaLeu, L
IsoleucinaIle, I
Aminoácidos com cadeias laterais Aminoácidos com cadeias laterais nãonão--polarespolares
56
COO-
CH3N+ H
CH2
COO-
CH3N+ H
CH2
NH
FenilalaninaPhe, F
TriptofanoTrp, W
Aminoácidos com cadeias laterais Aminoácidos com cadeias laterais nãonão--polarespolares
57
COO-
CH3N+ H
CH2
CH2
S
CH3
MetioninaMet, M
ProlinaPro, P
NH2+
COO-
Aminoácidos com cadeias laterais Aminoácidos com cadeias laterais nãonão--polarespolares
58
Aminoácidos com cadeias laterais Aminoácidos com cadeias laterais polarespolares nãonão--carregadoscarregados ((S, T, N, Q, Y, C))
COO-
CH3N+ H
CH2OH
COO-
CH3N+ H
C OHH
CH3
SerinaSer, S
NE
TreoninaThr, T
59
Aminoácidos com cadeias laterais Aminoácidos com cadeias laterais polarespolares nãonão--carregadoscarregados ((S, T, N, Q, Y, C))
COO-
CH3N+ H
CH2
CONH2
COO-
CH3N+ H
CH2
CH2
CONH2
AsparaginaAsn, N
GlutaminaGln, Q
60
Aminoácidos com cadeias laterais Aminoácidos com cadeias laterais polares nãopolares não--carregadoscarregados ((S, T, N, Q, Y, C))
COO-
CH3N+ H
CH2
OH
TirosinaTyr, Y
COO-
CH3N+ H
CH2
SH
CisteínaCys, C
61
COO-
CH3N+ H
CH2
COO-
COO-
CH3N+ H
CH2
CH2
COO-
ÁcidoAspárticoAsp, D
Ácido GlutâmicoGlu, E
Aminoácidos com cadeias laterais Aminoácidos com cadeias laterais polares carregadospolares carregados ((D, E, K, R, H))
62
Aminoácidos com cadeias laterais Aminoácidos com cadeias laterais polares carregadospolares carregados ((D, E, K, R, H))
COO-
CH3N+ H
CH2
CH2
CH2
CH2
NH3+
COO-
CH3N+ H
CH2
CH2
CH2
NH
C+H2N
NH2
LisinaLys, K
ArgininaArg, R
63
COO-
CH3N+ H
CH2
HN
NH+
HistidinaHis, H
Aminoácidos com cadeias laterais Aminoácidos com cadeias laterais polares carregadospolares carregados ((D, E, K, R, H))
63