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Graduao em Biotecnologia Disciplina de ProtemicaCaroline Rizzi Doutoranda em Biotecnologia -UFPel
Propriedades dos AminocidosSlidos Cristalizveis Incolores Hidrossolveis PF (200 C)
cidos e Bases fortes e fracosA fora das espcies varia conforme o grau de dissociao de H+ em soluo aquosa
cidos e Bases FortesHA H+ + A-
H+ + A- HA
cidos e Bases FracosHA H + + A-
cidoH+ + AHA
Par cido fraco/base conjugada
Base
Par base fraca/cido conjugado
Propriedades dos Aminocidos pH neutro: ons dipolares Ionizao: grupos carboxlicos: em pH ~2,2 (pK1) grupos amnicos em pH ~9,4 (pK2)
Podem agir como um cido ou uma base: Anfteros
COO H3N - C - HR
cido
base
Carter Anftero dos AASEsta propriedade mostra que a dissociao dos grupos amino e carboxlico varia dependendo da variao do pH do meio.HAv1 v2
pK1
50% COOH 50% COO-
H + + A-
pK: valor de pH onde a metade dos cidos ou bases esto dissociados e a metade est associada
pK2
50% NH3 50% NH2
pKDIFERENA DE AFINIDADE PELO H+medida da tendncia de ceder prtons
Diferena de 7 unidades logartmicas entre os pKs dos grupos -amino e -carboxila
A afinidade por prtons do -NH (pk ~9) 107 vezes maior que a do -COOH (pK ~2).
forma bsica
forma cida
forma neutra
NH3+ s se dissocia se o COOH j estiver completamente dissociado em COO-.
Curva de TitulaoTitulao: adio ou remoo gradual de H+Com base: parte-se do pH cido at chegar ao alcalino Com cido: parte-se do pH alcalino at chegar ao cido
Representao grfica do comportamento anftero dos aas Evidenciam a ao dos aas como tampo
Dissociao dos Aminocidos Um aminocido em soluo aquosa
pH=1
H+
COOH H- C - NH3 2 R H+ H+
H+
H+
Dissociao dos AminocidosUm aminocido em soluo aquosa
pH=2OH-
pH=9
COO H gua H OHH- C - NH3 2 R H OHOH-
Dissociao dos AminocidosDe forma geral, ao fazer a titulao de um aa com uma base, iniciando-se em pH=1 observa-se que o pH da soluo aumenta at aproximadamente pH=2 quando o grupamento COOH comea a liberar ons H+ para o meio, formando gua.
COOH H- C - NH3+ + OHpK1 R
H2O
COOH- C - NH3+ Ron dipolar
Dissociao dos AminocidosContinuando a adio de base o pH ir progressivamente se elevando at que o grupo NH3+ tenha condies de liberar seu on H+, o que ocorre prximo ao pH 9 .
H 2O COOCOOH-C-NH3+ + OHH-C-NH2 R R pK2on dipolar
Carga
+1
0
-1
on dipolar
Ambos grupos desprotonados
Ambos grupos protonados
A carga da molcula varia na dependncia do pH do meio e do pK de cada grupo
TampesSoluo que resiste a mudanas de pH quando se adicionam pequenas quantidades de cido ou base.
Compostos devem ter grupos ionizveis capazes de doar e de receber prtons H+
Pode ser produzido pela mistura de um cido fraco (HA) e de sua base conjugada (A-).
Como funcionam os tampes?
TampesEquao de Hendersen-Hasselbalch
log pH = pK a pH = pKa + logApH = pKa + log HA
[A [X -]] [HX] [HA]
-
Aceptor de H+ (sal) Doador de H+ (cido)
A [H+] , e em decorrncia, o pH, so determinados por dois fatores: o valor de pKa e a razo das concentrao do par [A-] / [HA].Tampes resistem mais eficazmente variao de pH em qualquer sentido quando as concentraes de [A-] / [HA] so aproximadamente as mesmas.
pK
Tampesquando o pH do meio igual ao pK do grupo ionizvel, este est 50% dissociado
o poder tamponante mximo no pK pois h igual proporo das formas doadora e aceptora de prtons:
A - + H+50%
HA50%
Tampes sanguneos: bicarbonato e CO2pH = 6,1 + log10 [HCO3-] CO2]
Para que o tampo tenha pH de 7,4, a razo [base] / [cido] deve ser igual a um valor de 20.
Qual a relao dos tampes com os aminocidos???
Curva de titulao da alaninaAminocido monoaminonomocarboxlicoTitulao: remoo gradual de prtons
Dois estgios distintos: desprotonao do COOH e- NH3pI: remoo do primeiro prton j cessou e h ento o incio da remoo do segundo prton Fim da titulao: forma predominante sem nenhum prton Duas regies de ao tamponante
pI: pH onde 100% das molculas possuem carga total neutra no h capacidade tamponanteIsoeltricas/isoinicas
Ponto isoeltricoO clculo do pI baseia-se nas formas de dissociao do aminocido utilizando os pKs anterior e posterior forma isoeltrica do aminocido.
Clculo do Ponto IsoeltricoPara a glicina os valores de pK so: pK pK pH 0 - 2HO O Clculo do ponto isoeltrico pI = 2.34 + 9.6 = 5.97 2
NH3+
= 9.60
COOH = 2.34 pH 2,34HO O
pH 3.0 - pH 9.0O
pH 9.6O
pH 10 - 14
C HC-H NH3+-H+ +H+
C
50% + -H +1 CH2 NH3+O
CO O -H+
50%-H+ +H+
O
O
+H+
C CH2 NH3+
+H+
CH2 NH3+
C CH2
-1
+1
+
O
+
O
O
NH2
C
50%
Em pH < 2,34, todosCH2 os Aumentando o pH, Em pH 5,97 No pH 2,34, metade das grupos ionizveis da glicina desprotonar. ocorre o ponto NH NH3+ esto protonados. A molcula isoletrico da glicina. 100% das 2 COOH desprotonaram, gerando a molculas esto com carga zero. apresenta carga +1. glicina com carga zero.
50% Aumentando mais o Em pH > 10 CH2 -1 -COOH comea a pH, at o valor 9,6,
C
predomina +), forma (pK do NH3 a haver de glicina com 50% de molculas de carga carga -1. glicina com -1.
Observe os valores de pKs da tabela abaixo.-Amino cidoAlanina Arginina Asparagina cido Asprtico Cisteina cido Glutmico Glutamina Glicina Histidina Isoleucina Leucina Lisina Metionina Fenilalanina Prolina Serina Treonina Triptofano Tirosina Valina pK1 -COOH 2.35 1.82 2.1 1.99 1.92 2.10 2.17 2.35 1.80 2.32 2.33 2.16 2.13 2.16 2.95 2.19 2.09 2.43 2.20 2.29 pK2 -NH3+ 9.87 8.99 8.84 9.90 10.78 9.47 9.13 9.78 9.33 9.76 9.74 9.18 9.28 9.18 10.65 9.21 9.10 9.44 9.11 9.74 pKR Cadeia Lateral (R) 12.48 (guanidino) 3.90 ( -COOH) 8.33 (sulfidrila) 4.07 ( - COOH)
6.04 (imidazol)
10.79 ( -NH3+)
10.13 (fenol)
Alguns aminocidos apresentam grupos ionizveis em suas cadeias laterais
Valores pK dos grupos ionizveis dos -aminocidos a 250 C
PKRQuando o aminocido apresenta mais de um grupo ionizvel no radical, este aminocido possui mais um pK, o pKR
Aminocido diamino monocarboxlicoHO
O
CH C - NH3+
Como exemplo, veremos a pK -COOH = 2.18 ionizao da Lisina:pK = 8.95 pK R-
(CH2)4NH3+ pH 2 .18 pH < 2HO O pK O -COOH O
pI = 8.85 + 10.53 = 9.69 2 (ponto isoeltrico)
pH 8.95 pH 3 - 8O O pK O -NH3+ O
pH 10.53 pH 9.69O O pK R- NH3+ O O
pH > 11O O
C -NH3+ NH3(+2)todos os grupos protonados predomnio carga +2+
C -NH3+H+
C -NH3+H+ H+
C -NH2H+
C -NH2H+
C-NH2H+
C -NH2 NH2(-1)
NH3
+
NH3+(+1)predomnio carga +1
NH3+50% (zero) 50% (+1)
NH3+100% (zero)ponto isoeltrico
NH250% (-1) 50% (zero)
50% (+1) 50% (+2)
todos os grupos desprotonados predomnio carga -1
Aminocido diamino monocarboxlico
Aminocido monoamino dicarboxlico
pK1 pI
pKR
pK2 pI = pK1 + pKR / 2
pK1: 2,19 pK2: 9,67 pKR: 4,25
pI = 2,19 + 4,25/ 2 pI= 3,22
Aminocidos essenciaisLisina Treonina Triptofano Fenilalanina Leucina Valina Metionina Histidina
Figura 1: Via do Chiquimato Precursora de aminocidos aromticos
L-glutamato
Superproduo de Lglutamato por Corynebacterium glutamicum Oxidao incompleta devido ausncia de biotina (cofator da enzima cetoglutarato desidrogenase)
Produo de mutantes
Produo de mutantes ou mutantes regulatrios que superproduzem aminocidos; Alterao da ao do repressor ou atividade regulatria de enzimas alostricas, permitindo a superproduo destes aas;
L-Ornitina Intermedirio do ciclo da Uria Superproduo por mutantes que no produzem L-citrulina a partir de L-ornitina Mutantes defectivos na ornitina transcarbamilase L-ornitina: produo de medicamentos hiperamoninemia ou nutrio parenteral
L- Prolina Serratia marcescens: mutante que superproduz prolina a partir de glutamato Enzima alostrica (glutamato quinase) no suscetvel a inibio por feedback pela prolina
(1) Glutamato quinase, (2) semialdedo desidrogenase glutmica (3) 1- pirolina 5-carboxylato reductase
Utilizando-se enzimas Sntese enzimtica em escala comercial Descarboxilao do L-Aspartato Descarboxilase de Pseudomonas dacunhae