2.3 Polímeros de aminoácidos: peptídios e proteínas

Os aminoácidos não constituem tampões siológicos importantes

Uma análise dos valores de pK dos aminoácidos revela que eles não a apresentam poder tamponante significativo em pH fisiológico. Todavia, quando fazem parte de uma proteína, o valor de pKa de suas cadeias laterais

e dos grupos carboxila e amino terminais da proteína (Tabela 2.1) podem sofrer variações consideráveis, em relação ao seu valor no aminoácido livre. Essas alterações resultam das características do microambiente existente na região da proteína onde o aminoácido se encontra: polaridade, determinada pela proximidade de grupamentos com carga, exclusão de moléculas de água, como ocorre no interior da molécula proteica, e possibilidade de

formação de ligações de hidrogênio (Seção 2.4). Um caso importante de alteração de pK de aminoácidos, que tem implicações decisivas para o a

tamponamento do sangue, é o da hemoglobina, analisado no Capítulo 3.

2.3 Polímeros de aminoácidos: peptídios e proteínas

Os aminoácidos podem formar polímeros lineares pela ligação do grupo α-carboxila de um aminoácido com o grupo α-amino de outro. Esta ligação carbono-nitrogênio é uma ligação amídica, chamada, no caso das proteínas, de ligação peptídica. É obtida, teoricamente, por exclusão de uma molécula de água e sua formação pode ser representada pela seguinte equação:

Esta reação, como está escrita, jamais ocorre, pois não é termodinamicamente viável. Nos seres vivos, a ligação peptídica não é feita por reação direta entre os aminoácidos, mas por um complexo aparato de síntese proteica, que inclui ribossomos, ácidos ribonucleicos, várias proteínas e enzimas. A síntese compreende uma sequência de etapas, envolvendo um expressivo gasto de ATP, que viabiliza termodinamicamente o processo. A equação é apenas um esquema didático para descrever a formação da ligação peptídica.

As propriedades da ligação peptídica impõem restrições ao dobramento do polímero formado. Apesar de ser representada por um único traço de ligação, ela tem características intermediárias entre uma ligação simples e uma dupla ligação, devido à ressonância entre duas formas:

A consequência desse caráter parcial de dupla ligação é não haver possibilidade de rotação em torno da ligação peptídica. Os quatro átomos dos grupamentos que participam da ligação peptídica – C, O, N, H – ficam dispostos em um plano rígido, constituindo o que se costuma chamar de

grupo peptídico ou unidade peptídica (cada retângulo na Figura 2.4 a). Todavia, existem pontos de dobramento entre as unidades peptídicas, graças

à possibilidade de rotação (indicada por setas na Figura 2.4 b) em torno das ligações com o carbono α (C α– C e Cα – Ν), que são ligações efetivamente simples.

O polímero de aminoácidos pode, então, ser visualizado como uma cadeia constituída por unidades planares, as unidades peptídicas, ligadas por

uma articulação flexível — o carbono α (Figura 2.4 c). Esta cadeia chama-se cadeia polipeptídica, que, graças a esse arranjo estrutural, pode dobrar-se de muitas maneiras diferentes.

Figura 2.4 Cadeia polipeptídica. a) Unidade peptídica, com a ligação peptídica em vermelho. b) Rotação das unidades peptídicas em torno do carbono α. c) Segmento de uma cadeia polipeptídica, com as cadeias laterais dos aminoácidos em verde.

A cadeia polipeptídica pode conter um número variável de aminoácidos (ou, mais rigorosamente, resíduos de aminoácidos, já que, na formação de cada ligação peptídica, foi eliminada uma molécula de água). Quando o número de aminoácidos é igual a 2, o polímero é chamado de dipeptídio; com 3 é um tripeptídio e assim por diante. Polímeros contendo até 30 aminoácidos são chamados de oligopeptídios; quando o número é maior, podendo chegar a centenas ou milhares, são chamados de polipeptídios. As cadeias polipeptídicas que podem ser associadas a uma função recebem a designação de proteínas. Qualquer que seja o número de aminoácidos, os peptídios apresentam um grupamento amino livre em uma das extremidades — amino terminal — e um grupo carboxila livre na outra — carboxila terminal, além dos grupos R dos aminoácidos.

Muitos peptídios encontrados na natureza desempenham funções importantes, atuando como hormônios (encefalinas, oxitocina, vasopressina, glucagon), antibióticos (gramicidina), agentes redutores

(glutationa) etc. (Tabela 2.2). Peptídios sintéticos têm aplicações diversas; um exemplo é o aspartame, um adoçante artificial, com alto poder edulcorante. O aspartame é um dipeptídio modificado, formado por aspartato e fenilalanina esterificada a um grupo metila.

Tabela 2.2 Peptídios de importância biológica.

Número de Glândulas/células

Peptídios aminoácidos produtoras Efeitos principais

Encefalinas 5 Hipó se anterior e medula Analgesia

adrenal

Oxitocina 9 Hipó se posterior Contração da musculatura uterina no parto

e de glândulas mamárias na lactação

Vasopressina 9 Hipó se posterior Aumento da pressão sanguínea e da

reabsorção de água pelo rim

Glucagon 29 Células α do pâncreas Aumento da produção de glicose pelo

fígado no jejum

Gramicidina 10 Cepas de Bacillus brevis Antibiótico

Glutationa 3 Maioria das células Proteção de grupos SH de proteínas,

manutenção do Fe2+ da hemoglobina e dissipação de H2O2

As proteínas podem ser formadas por uma ou mais cadeias polipeptídicas e contêm, geralmente, mais de 50 aminoácidos. A maior cadeia polipeptídica conhecida de uma proteína é a titina, também chamada

conectina, uma proteína estrutural de músculos estriados (Tabela 2.3); a fórmula molecular da isoforma mais comum é C 169.723H270.464N45.688O52.243S912. As proteínas desempenham uma função específica e, com poucas exceções

(colágeno, Seção 2.5), contêm todos os 20 aminoácidos, em proporções que

variam muito de proteína para proteína (Tabela 2.4). Cada proteína apresenta uma estrutura tridimensional definida e característica. Apesar de existirem inúmeras conformações teoricamente possíveis, todas as moléculas de uma dada proteína assumem a mesma conformação espacial. Esta configuração, entretanto, não é permanentemente fixa, e, muitas vezes, alterações estruturais transitórias estão relacionadas com o controle da função desempenhada pela proteína.

Tabela 2.3 Características de composição de algumas proteínas.

Proteína Número de aminoácidos Número de cadeias polipeptídicas

Insulina (bovina) 51 2

Lisozima (clara de ovo) 129 1

Mioglobina (equina) 153 1

Hemoglobina (humana) 574 4

Aspartato transcarbamoilase (E. coli) 2.700 12

RNA polimerase (E. coli) 4.100 5

Titina (humana) 34.530 1

Tabela 2.4 Composição em aminoácidos de três proteínas.

Número de aminoácidos por molécula de proteína

Quimotripsinogênio Lisozima (clara de ovo) Citocromo c (humano)

Aminoácido (bovino)

Glicina 23 12 13

Alanina 22 12 6

Valina 23 6 3