Bioquimica

Bioquimica

(Parte 2 de 8)

R5-A RELATÓRIO.

A AULA. 24

R7-B RELATÓRIO.

27 AVALIAÇÃO INDIVIDUAL DO LABORATÓRIO. DEZEMBRO 7 - SUBSTITUTIVA.

18 - RECUPERAÇÃO. * L = laboratório; R = relatório; A e B = turmas.

MÓDULO 1: REAÇÃO ÁCIDO-BASE, pH E SISTEMA TAMPÃO

1. A molécula de água, H2O, apresenta um ângulo de 104,5 graus entre as duas ligações O-H, dando-lhe um caráter altamente polar. Além disso, o átomo de O possui 2 pares de elétrons livres, permitindo a formação de ligações (ou pontes) de H entre moléculas vizinhas. Esta estrutura dá à água propriedades físicas e químicas de enorme importância biológica. 2. A água se ioniza através de uma reação ácido-base:

H2O + H2OH3O++ OH-

A reação ácido-base se caracteriza pela troca de prótons entre pares conjugados de ácidos e bases. A água pode se comportar como ácido e como base:

AH + H2O H3O+ + A-
B + H2O BH + OH-

Estas são reações de equilíbrio, às quais correspondem constantes de equilíbrio definidas.

Por exemplo: K = [H3O+] [A-]
[AH] [H2O]
significando: Ka = K [H2O] = [H+] [A-], onde [H2O] é essencialmente constante (5 M)

K mede a afinidade relativa das bases, de cada par ácido-base conjugados (AH/ A- e H3O+/ H2O), por prótons. Fala-se comumente em constante de dissociação de um ácido (Ka), [AH]

pH = - log [H+]
como 1/[H+] = 1/K x [A-]/[AH]
pode-se obter pH = - logK + log [A-]/[AH]
e pH = pK + log [A-]/[AH]

3. [H+] é a concentração hidrogeniônica e os valores de [H+] para a maioria das soluções são muito baixos e difíceis de serem comparados. Um valor mais prático é conhecido como pH: por analogia - log K = pK

Conclui-se que pK é numericamente igual a pH da solução na qual as concentrações molares do ácido e sua base conjugada são iguais (ie log [A-]/[AH] = 0). A igualdade pH = pK + log [A-]/[AH] é conhecida como Equação de Henderson- Hasselbach. 4. Ácidos são classificados de acordo com sua força relativa, ou seja, de acordo com sua capacidade de transferir um próton para a água. Ácidos com constantes de dissociação menores do que aquela de H3O+ (que, por definição, é igual a 1 em soluções aquosas (vê se consegue confirmar porquê!)) são só parcialmente ionizados em soluções aquosas e são conhecidos como ácidos fracos (K < 1). Já os ácidos fortes têm constantes de dissociação maiores que a de H3O+, sendo quase completamente ionizados em soluções aquosas (K>1).

5. Tampões são sistemas aquosos que tendem a resistir a variações no seu pH quando pequenas quantidades de ácido (H+) ou base (OH-) são adicionadas. Um sistema tampão consiste de um ácido fraco (o doador de prótons) e sua base conjugada (o aceptor de prótons). É comum encontarr os seguintes símbolos para representar um ácido (AH ou BH+) e sua base conjugada (A- ou B:)

6. A adição de ácido forte (H+) ou base forte (OH-) a uma solução aquosa de um ácido fraco, por exemplo, ácido acético (pKa = 4,76), causa pequenas variações de pH, se a solução estiver a um pH próximo do pK do ácido. Este comportamento define um tampão ácido-base.

Grupos de discussâo 1 1) Defina ácidos e bases no conceito de Brønsted, mostrando exemplos.

2) a) Qual o pH das soluções 0,1 M dos ácidos fortes HCl e HNO3? b) Usar a equação Henderson-

Hasselbach para calcular o grau de dissociação dos ácidos fracos i) H2S (Ka=1x10-7) e i) ácido acético (Ka=2x10-5) em soluções 0,1 M. Qual o respectivo pH dessas soluções?

3) Esquematize a curva de titulação de 1 L de uma solução de 0,1 M H3PO4 com uma solução de 10 M NaOH, colocando pH (eixo y) em função de volume de base adicional (eixo x). Indicar os pontos na titulação (volumes de NaOH) em que o pH equivale cada um dos pKas do ácido.

4) Indique como se pode preparar 1 L de um tampão a pH=7,0, capaz de manter o pH estável com adição de 10 mL de HCl 0,1M, dispondo-se das soluções:

a) 1M H3PO4 b) 1M ácido acético c) 1M NaOH

5) Desenhe a estrutura do gelo, mostrando pontes de hidrogênio entre moléculas de água. O que acontece quando o gelo derrete? Porque a água líquida à 4oC é mais densa do que o gelo à 0oC?

6) Desenhe a estrutura do NaCl no estado sólido e também no estado aquoso, neste último, destaque suas interações com água.

MÓDULO 2: AMINOÁCIDOS

R

1. Aminoácidos, bases purínicas e pirimidínicas, nucleosídeos e nucleotídeos, hexoses (como glicose), são componentes monoméricos dos principais polímeros biológicos, ou seja, proteínas, ácidos nucléicos (DNA e RNA) e polissacarídeos (glicogênio, amido e celulose). Aminoácidos, bases, nucleosídeos e nucleotídeos são muito solúveis em água e possuem grupos funcionais que participam em reações ácido-base. Glicose também é altamente solúvel em água, mas não participa em reações ácido-base. i. Há 20 aminoácidos que compõem proteínas (Tabela 1), todos mostrando a fórmula geral:

H

+H3N Cα COO- íon dipolar ou zwitterion encontrado em água pH 7 2. Aminoácidos podem ser agrupados em classes com base nas propriedades dos seus grupos radicais (R), em particular sua polaridade ou tendência de interagir com água em pH biológico (± 7,0).

3. Todos os aminoácidos livres comportam como ácidos polipróticos. Quando um aminoácido cristalino é dissolvido em água, ele pode agir como um ácido ou como uma base. O grupo carboxílico mostra um pK em torno de 2,0, enquanto o grupo amino tem um pK entre 9,0 e 10,0. Portanto, no pH fisiológico (pH 7,0), a maioria das moléculas de todos os aminoácidos está na forma de íons dipolares (zwitterions). Chama-se pI de um aminoácido o pH da solução na qual suas moléculas possuem carga líquida nula. Na cadeia lateral (-R) os aminoácidos apresentam grupos funcionais, entre os quais existem grupos ácido-base.

4. O carbono α dos aminoácidos, excetuando-se a glicina, é assimétrico, fazendo com que estas substâncias tenham atividade óptica e, portanto, apresentem pares de isômeros ópticos.

Grupo de discussão 2

1) Quais dos aminoácidos têm dois carbonos quirais e qual deles não possui isomeria óptica?

R
H2N Cα COOH

2) Mostre porque a seguinte forma não-iônica de um aminoácido não pode ser encontrada em solução aquosa. H

3) O etanol não tem caráter ácido em água, enquanto fenol e ácido acético se dissociam em solução aquosa, sendo o ácido acético (pK=4,8) mais forte que o fenol (pK=10). Como se pode explicar o comportamento destes três compostos em água a partir de suas estruturas moleculares?

4) Esquematize a curva de titulação da glicina com NaOH a partir de pH=1 e do ácido aspártico com

HCl a partir de pH=1. Coloque o pH na ordenada e, na abscissa, a quantidade de equivalentes de ácido ou base forte.

5) a) Quais os pontos isoelétricos de: glicina (pKs=2,5 e 9,5), ácido aspártico (pKs=2,5; 4,0 e 9,5), lisina (pKs=2,5; 9,5 e 10) e histidina (pKs=2,5; 6,0 e 9,5)? b) Calcular as cargas líquidas (aproximadas) do ácido aspártico, lisina ou histidina nos seguintes pHs: pH 1, pH 8, pH 1.

6) Tentar classificar os aminoácidos em termos da natureza química dos seus grupos radicais: a) ionizáveis ou não ionizáveis, b) ácidos ou básicos, c) polares ou não polares, d) hidrofílicos ou hidrofóbicos, e) alifáticos ou aromáticos, f) lineares ou ramificados e g) pequenos e grandes.

7) Na Tabela 1 indicar: a) O código de letra única para cada aminoácido e b) os pKR dos aminoácidos com grupos radicais ionizáveis.

MÓDULO 3: ESTRUTURA PRIMÁRIA DE PROTEÍNAS

1. A descrição da estrutura das proteínas é dividida em quatro níveis de organização: estrutura primária, secundária, terciária e quartenária. 2. A estrutura primária se refere à seqüência de aminoácidos que compõem a proteína. Tratase, portanto, da estrutura de ligações covalentes. A principal ligação covalente entre aminoácios é a ligação peptídica. Os aminoácidos podem formar polímeros através da ligação do grupo carboxila de um aminoácido com o grupo amino de outro. Esta ligação carbono-nitrogênio chamada ligação peptídica, é obtida por exclusão de uma molécula de água. Quimicamente, a formação da ligação peptídica pode ser representada pela seguinte equação:

Esta reação, como esta escrita, jamais ocorre nos seres vivos. A união dos aminoácidos por ligação peptídica não é feita por reação direta entre eles, mas através de um complexo aparato de síntese protéica, que inclui ribossomos, ácidos ribonucléicos, várias proteínas e enzimas num processo chamado “tradução”. A equação mostra apenas o resultado liquido do processo. 3. As propriedades da ligação peptídica impõem restrições ao dobramento do polímero formado.

A ligação peptídica apesar de ser representada por um único traço de ligação, tem características intermediarias entre uma ligação simples e uma dupla ligação, devido as interações entre duas formas de ressonância.

A conseqüência desse caráter parcial de dupla ligação é que não há possibilidade de rotação em torno da ligação peptídica. Assim sendo, os quatro átomos dos grupamentos que participam da ligação peptídica ficam dispostos em um plano rígido, constituindo o que se costuma chamar de grupo peptídico ou unidade peptídica (vide retângulos) Notar também que os dois carbonos alpha (Cα) vizinhos de cada ligaçào peptídica também se encontram o plano.

Marzzocco & Torres, Bioquímica Básica.

O polímero formado pode, portanto, ser visualizado como uma cadeia constituída por unidades planares (unidades peptídicas), unidas entre si com uma articulação flexível: o carbono α. Esta cadeia chama-se cadeia polipeptídica. As proteínas podem ser formadas por uma ou mais cadeias polipeptídicas. 4. Todavia, existem pontos de dobramento entre as unidades peptídicas rígidas, graças a possibilidade de rotação em torno das ligações com o carbono alfa (N-Cα e Cα-C), que são ligações efetivamente simples (vide figura acima). Estas ligações são chamadas phi (φ) e psi

(ψ) respectivamente

5. A cadeia polipeptídica pode ser dividida entre a cadeia principal e as cadeias laterais (grupos R) ligados aos carbonos alfa.

Grupo de discussão 3

1) Defina estrutura primária, secundária, terciária e quaternária de uma proteína, dando exemplos. 2) Esquematize a estrutura de uma ligação peptídica.

3) a) Desenhar o tripeptídeo Ala-Asp-His. b) Calcular o seu pI. c) Calcular sua carga líquida em pH 1, pH 6 e pH 12.

4) Com os dados abaixo, defina a seqüência do peptídeo analisado: a) hidrólise ácida total resultou em: Arg, Tyr, Leu, Ala, Glu Lys, Ser e Pro; b) dansilação e hidrólise produziram: dansil-Leu; c) dois ciclos consecutivos de degradação de Edman liberaram, respectivamente Leu e Tyr; d) tripsina liberou 2 peptídeos cujas composições, após hidrólise ácida total, foram, respectivamente (Tyr, Leu, Arg) e (Ser, Glu, Pro, Ala Lys); e) carboxipeptidase A não liberou nada, mas carboxipeptidase C liberou Ser; f) endopeptidase V8 liberou o tripeptídeo Lys-Pro-Ser e um pentapeptídeo que, tratado com carboxipeptidase C, liberou Glu.

5) Mostre a reação de óxido-redução da cisteína que é importante na estrutura de peptídeos.

MÓDULO 4: ESTRUTURA SECUNDÁRIA E TERCIÁRIA DE PROTEÍNAS

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