Aminoácidos - resumo para a disciplina de bioquímica PDF

Preview

Summary

resumo para a disciplina de bioquímica - informações introdutórias...

Description

Aminoácidos Conceito: Para a química, um aminoácido é qualquer molécula que contém simultaneamente grupos funcionais amina e ácido carboxílico. Para a bioquímica, esta classificação é usada como termo curto e geral para referir os aminoácidos alfa: aqueles em que as funções amino e carboxilato estão ligadas ao mesmo carbono. 











Existem cerca de 20 aminoácidos codificados pelo DNA, possuindo inúmeras funções importantes ao organismo. Os aminoácidos têm funções relacionadas ao fornecimento de energia, além de ter função estrutural na formação de proteínas e outras substâncias (como os hormônios). Os aminoácidos podem ser metabolizados pela via gliconeogênica para sintetizar glicose quando necessária ao organismo. Os aminoácidos são monômeros das proteínas: a partir da junção de mais de 100 moléculas de aminoácidos por ligações peptídicas, tem-se uma proteína São moléculas que possuem, ligados a um carbono, um grupamento carboxila, um grupamento amino, um hidrogênio e uma cadeia lateral, comumente chamada de radical. É o radical que difere um aminoácido do outro e que também define a sua polaridade. Quanto à polaridade, um aminoácido pode ser: apolar/alifático, aromático, polar não carregado, polar carregado negativamente e polar carregado positivamente. Para sabermos qual é a polaridade do aminoácido, devemos analisar a cadeia lateral e suas características químicas. Existem diversas tabelas que possuem a classificação de polaridade de cada um dos 20 aminoácidos presentes nas proteínas.

Classificação: 

Os aminoácidos podem ser classificados quanto a sua disposição nutricional, quanto ao radical e quanto ao seu destino.



CLASSIFICAÇÃO NUTRICIONAL

1. Aminoácidos não-essenciais: Os aminoácidos não-essenciais são aqueles que o próprio corpo humano pode sintetizar. São eles: alanina, asparagina, cisteína, glicina, glutamina, hidroxilisina, hidroxiprolina, histidina, prolina, tirosina, ácido aspártico, ácido glutâmico.





2. Aminoácidos essenciais 





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. CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO RADICAL A classificação quanto ao radical pode ser feita em:

Aminoácidos apolares (hidrofóbico): 

Apresentam radicais de hidrocarbonetos apolares ou hidrocarbonetos modificados, exceto a glicina.

 

São radicais hidrófobos. Quando esses aminoácidos são utilizados na síntese de uma proteína, eles ficam voltados para dentro da cadeia fornecendo estabilidade a ela. Glicina: H- CH (NH2) - COOH Alanina: CH3CH (NH2) - COOH Leucina: CH3(CH2)3-CH2-



CH (NH2)- COOH Valina: CH3-CH(CH3)-CH (NH2)- COOH Isoleucina: CH3-CH2-CH (CH3)-CH (NH2)- COOH Prolina:-CH2-CH2CH2- ligando o grupo amino ao carbono alfa Fenilalanina: C6H5-CH2-CH (NH2)- COOH Triptofano: R aromático- CH (NH2)- COOH Metionina: CH3-S-CH2-CH2- CH (NH2)COOH;





OBS1: O aminoácido mais simples é a glicina, que possui apenas um H como radical, mostrando-se apolar por ser um aminoácido pequeno. OBS2: A prolina possui uma estrutura diferenciada dos demais aminoácidos: ela é um iminoácido (possui o grupo imino: -NH) que, quando entra na cadeia da proteína, muda a direção da estrutura em 180º devido a configuração dos grupos amino e carboxila em sua estrutura.

Aminoácidos polares neutros (hidrofílicos):  

glicina o radical é o elemento H. O carbono ligado ao radical R é denominado carbono 2 ou alfa.

TRANSFORMAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS Os aminoácidos, diferentemente do que se pensa, não são necessários apenas para a produção de proteínas. Alguns aminoácidos sofrem transformação por ação de enzimas para participar, por exemplo, na síntese de hormônios e substâncias necessárias ao corpo, como neurotransmissores.



Apresentam radicais que tendem a formar pontes de hidrogênio. Serina: OH-CH2- CH (NH2)- COOH Treonina: OHCH (CH3)- CH (NH2)- COOH Cisteina: SH-CH2- CH (NH2)- COOH Tirosina: OH-C6H4-CH2- CH (NH2)COOH Asparagina: NH2-CO-CH2- CH (NH2)- COOH Glutamina: NH2-CO-CH2-CH2- CH (NH2)- COOH

Aminoácidos básicos (R positivo): 

 





Apresentam radicais com o grupo amino com caráter básico pois são capazes de receber eletrons. São hidrófilos. Arginina: HN=C(NH2)-NH-CH2-CH2-CH2- CH (NH2)- COOH Lisina: NH2-CH2-CH2-CH2-CH2- CH (NH2)- COOH Histidina: H-(C3H2N2)-CH2- CH (NH2)- COOH 4. Aminoácidos ácidos (R negativo): Apresentam radicais com grupo carboxílico e são capazes de doar prótons.São hidrófilos. Ácido aspártico: HCOO-CH2- CH (NH2)- COOH Ácido glutâmico: HCOO-CH2-CH2- CH (NH2)- COOH OBS3 : Um erro na codificação das proteínas pode causar doenças graves. Por exemplo, erros na codificação genética para a cadeia β-hemoglobina, o glutamato pode deixar de ser produzido, sendo substituido por valina, causando anemia falsiforme. OBS4: Aminoácido alfa: São aqueles que apresentam fórmula geral: R - CH (NH2)- COOH na qual R é um radical orgânico. No aminoácido



O GABA é um neurotransmissor de inibição (inclusive, usado como calmante na farmacologia), que permite a entrada de

cloro na célula pós-sináptica, hiperpolarizando a célula e retardando de forma brusca o impulso nervoso.

o

Destino glicogênico: Ocorre quando o álcool restante da quebra dos aminoácidos vai para a via glicolítica. Os aminoácidos que são degradados a piruvato, α-cetoglutarato, succinil-CoA, fumarato ou oxaloacetato são denominados glicogênicos. A partir desses aminoácidos é possível fazer a síntese de glicose, porque esses intermediários e o piruvato podem ser convertidos em fosfoenolpiruvato e depois em glicose ou glicogênio. Do conjunto básico dos 20 aminoácidos, os únicos que são exclusivamente cetogênicos são a leucina e a lisina. A fenilalanina, triptofano, isoleucina e tirosina são tanto cetogênicos quanto glicogênicos. E os aminoácidos restantes (14) são estritamente glicogênicos.

TRANSAMINAÇÃO DOS 

AMINOÁCIDOS Transaminação consiste na transferência do grupo amino de um aminoácido para o α-cetoglutarato (proveniente do Ciclo de Krebs) por meio da ação de uma enzima transaminase, formando assim, um novo aminoácido e um α-ceto-ácido (como o piruvato).



OBS: O glutamato é o principal receptor do grupo amino dos aminoácidos.



OBS: As mesmas transaminases que transformam um aminoácido em glutamato convertem este em aspartato, enquanto a glutamato desidrogenase retira o grupo amino do glutamato para ser excretado.

Destino dos produtos dos aminoácidos: 

Os aminoácidos ainda podem ser classificados em dois grupos, dependendo do destino tomado pelo aminoácido quando o grupo amina é excretado do corpo na forma de ureia (mamíferos), amônia (peixes) e ácido úrico (Aves e répteis). o

Destino cetogênico: Ocorre quando o álcool resultante da quebra dos aminoácidos vai para qualquer fase do Ciclo de Krebs na forma de Acetil coenzima A ou outra substância. Os aminoácidos que são degradados a acetil-CoA ou acetoacetil-CoA são chamados de cetogênicos porque dão origem aos corpos cetônicos. A sua capacidade de formação de corpos cetônicos fica mais evidente quando o paciente tem a diabetes melitus, o que faz com que o fígado produza grande quantidade dos mesmos.





OBS: Essas transaminações ocorrem em diversos tecidos, porém, acontecem com maior frequência no fígado. Por isso que a ALT (TGP) e AST (TGO) são considerados marcadores hepáticos, pois qualquer lesão que acometa as células hepáticas faz com que essas enzimas não funcionem adequadamente e passem a se concentrar no sangue, sendo assim, de fácil identificação laboratorial. OBS: Enquanto que a ALT e a AST medem a função da bateria enzimática hepática, a medição sanguínea da albumina e o tempo de protrombina são responsáveis por avaliar a função hepática. A fosfatase alcalina e gamaGT, por sua vez, são marcadores que indicam lesão canalicular (geralmente estão aumentadas em causas obstrutivas.







Atuação como ácido e base 

 







OBS: Hiperamonemia ocasiona encefalopatia. A presença exagerada de amônia faz com que muito glutamato seja utilizado, o que exige grandes concentrações disponíveis do α-cetoglutarato. Tal fato faz com que o Ciclo de Krebs realize a função de transportar essa amônia, diminuindo assim o rendimento energético mitocondrial, o que representa um estado de emergência para o tecido cerebral, principalmente. OBS: Além disso, o glutamato é um precursor do neurotransmissor inibidor-GABA, que será produzido em grande escala. Isso impede a chegada adequada dos impulsos nervosos ao cérebro, podendo causar o coma.

Atividade óptica 

Todos os aminoácidos, menos a glicina, são moléculas que possuem um carbono quiral, ou seja, um carbono que se liga a quatro ligantes diferentes. A glicina não se encaixa nesse quesito, pois sua cadeia lateral é um hidrogênio: dessa forma, o carbono que seria o carbono quiral (ou carbono alfa) está ligado a dois hidrogênios.

Dessa forma, podemos prever que todos esses aminoácidos produzem enântiomeros, um levógiro e um dextrógiro. É importante que se tenha conhecimento disso, pois os aminoácidos biologicamente ativos são apenas os levógiros. Sabe-se, atualmente, que as células humanas produzem apenas aminoácidos levógiros e os sítios das enzimas reconhecem apenas aminoácidos levógiros.







Os aminoácidos possuem um grupamento amino e um grupamento carboxila. Como se sabe, esses grupamentos possuem características ácido-base importantes. Teoria de Bronsted-Lowry, ou teoria protônica: classifica os ácidos como substâncias capazes de doar prótons e as bases, por sua vez, como substâncias capazes de receber prótons. Em uma molécula de aminoácido genérico, temos um grupamento carboxila, de caráter ácido, assim como um grupamento amino, de caráter básico. O grupamento carboxila possui a capacidade de doar um próton para o meio, sofrendo desprotonação nesse processo, tornando-se –COO-. Já o grupamento amino possui a capacidade de receber um próton, sofrendo protonação no processo e assumindo a forma de –NH3+. Dessa forma, podemos concluir que os aminoácidos podem atuar tanto como ácidos ou como bases fracas. Dizemos que substâncias que atuam dessas duas formas são substâncias anfóteras

Curva de titulação de aminoácidos  A titulação pode prover aos experimentadores dados sobre a atividade da molécula estudada em relação a um ácido ou uma base adicionada.  O pH da solução muda, assim como a morfologia molecular da molécula estudada. Não é diferente com os aminoácidos. Caso adicionarmos ácido ou base em uma solução que possui

aminoácidos, a conformidade dessas moléculas irá mudar.  Como sabemos, os aminoácidos podem atuar como ácidos ou bases. Dessa forma, se adicionássemos um ácido ou uma base para realizarmos a titulação de um aminoácido, o experimento teria sucesso.  Entretanto, para fins didáticos, o exemplo utilizado será a titulação com adição de base. Dessa forma, o aminoácido estará exercendo, no experimento, seu caráter ácido, pois perderá hidrogênios que irão reagir com a base adicionada a fim de formar água.

o o

o

o

o  Análise: É possível observar que o gráfico possui muitas semelhanças com a curva de titulação do ácido acético. No início do gráfico, o pH da amostra é bem baixo, ou seja, a solução se encontra muito ácida. o Podemos concluir, portanto, que o aminoácido está em uma forma completamente protonada, pois existem muitos hidrogênios livres na solução e estes são captados pelos grupamentos amino e carboxila (sim, o grupamento carboxila pode captar hidrogênios quando esses íons estão em excesso, mesmo que sua tendência seja a de liberá-los). o Dessa forma, temos 100% da forma A no início do gráfico e, como seria previsto, a carga líquida da amostra é igual a +1. Com a adição de base à amostra, o grupamento carboxila começa a liberar seus hidrogênios (pois essa é a sua tendência) a fim de promover uma reação com a base adicionada. Essa reação tem como produto a água e outra forma de aminoácido, a forma B.

o

A forma B desse aminoácido genérico, como é visto na imagem, é neutra e possui carga zero. Perceba que, com a adição de base, o pH da solução aumenta, o que já era esperado. Em determinado momento, devido à ocorrência da reação descrita, metade dos aminoácidos da forma A serão convertidos na forma B e teremos, portanto, 50% de cada forma. Esse ponto é chamado de pK1 e o valor do pH nesse ponto é correspondente ao valor de pKa do grupo carboxila. Com a contínua ocorrência da reação descrita (o primeiro equilíbrio da imagem), a partir de pK1, podemos prever que, em determinado ponto do gráfico, teremos apenas aminoácidos na forma B, que possui carga igual a zero. Esse ponto é chamado de pI, ou ponto isoelétrico e corresponde ao ponto no qual a carga líquida da amostra é igual a zero. A partir do ponto pI, no qual temos 100% da forma B do aminoácido descrito, uma outra reação começa a ocorrer. Os grupamentos amino passam a perder seu hidrogênio em excesso, que começa a neutralizar a base adicionada. Isso ocorre, pois os grupamentos carboxila não possuem mais hidrogênios ionizáveis e, por isso, não podem neutralizar a base. O que ocorre no gráfico, nesse momento, é algo semelhante ao que foi estudado anteriormente. Os hidrogênios oriundos do grupamento amino passam a neutralizar a base adicionada e, com isso, uma região tampão é formada na curva. Em determinado ponto da curva, 50% dos aminoácidos da forma B terão sido convertidos na forma C (que possui carga igual a -1): assim, teremos 50% de cada uma das formas. Esse ponto é chamado de pK2 e, a carga líquida nesse ponto é um valor intermediário entre as cargas das moléculas B e C. Pode-se prever, portanto, que a carga líquida em pK2 é igual a -0,5. A partir do ponto pK2, os aminoácidos restantes da forma B irão continuar se convertendo na forma C com a contínua adição de base. No final do gráfico, tem-se que todas as moléculas da amostras se converteram na forma C do aminoácido. Assim, concluímos que, nesse ponto, a carga líquida da amostra é igual a -1.

Aplicações e deduções pertinentes  Uma das aplicações interessantes desse conhecimento reside no transporte de substâncias entre as membranas celulares. Sabemos que as membranas celulares são permeáveis a moléculas neutras e pequenas.  Com a curva de titulação dos aminoácidos, podemos saber em quais pontos de pH os aminoácidos se encontram neutros e, portanto, mais propícios ao transporte para o meio intracelular.  Por exemplo, se um aminoácido é neutro em um pH igual a 6, será em órgãos do corpo humano que possuem essa faixa de pH que esse aminoácido será melhor absorvido (o intestino possui um pH próximo de 6, portanto, esse aminoácido hipotético seria melhor absorvido no intestino).  É importante frisarmos, também, o número de regiões tampão de uma curva de titulação. A curva do aminoácido descrito no exemplo possui duas regiões tampão devido ao fato de sua molécula possuir dois hidrogênios ionizáveis. Isso ocorre, pois são esses hidrogênios ionizáveis que irão neutralizar a base adicionada. Se o radical R possuísse um hidrogênio ionizável, por exemplo, teríamos mais uma região tampão. Isso implicaria no deslocamento dos pontos marcados no gráfico e o surgimento de outro ponto, o pKR (correspondente à região tampão gerada por esse radical ionizável). A histidina, por exemplo, é um aminoácido que possui um radical com hidrogênio ionizável.

Informações adicionais:...