Graduação em Biotecnologia
Disciplina de Proteômica
Caroline Rizzi
Doutoranda em Biotecnologia -UFPel
Ácidos e Bases fortes e fracos
A força das espécies varia conforme o grau de dissociação de H+ em solução aquosa
Ácidos e Bases Fracos
HA H+ + A-
H+ + A- HA
Ácido
Base
Par ácido fraco/base conjugada
Par base fraca/ácido conjugado
• pH neutro: íons dipolares
• Ionização:• grupos carboxílicos: em pH ~2,2 (pK1)
• grupos amínicos em pH ~9,4 (pK2)
• Podem agir como um ácido ou uma base: Anfóteros
H3N - C - H
COO -
R
Propriedades dos Aminoácidos
ácido
base
Esta propriedade mostra que a dissociação dos grupos aminoe carboxílico varia dependendo
da variação do pH do meio.
Caráter Anfótero dos AAS
pK: valor de pH onde a metade dos ácidos ou bases estão dissociados e a metade está associada
H A H+ + A-v1
v2
pK1
pK2
50% COOH50% COO-
50% NH3
50% NH2
Diferença de 7 unidades logarítmicas entre os pKs dos grupos α-amino e α-carboxila
NH3+ só se dissocia se o –COOH já estiver completamente dissociado em –COO-.
A afinidade por prótons do -NH (pk ~9) é 107 vezes maior que a do -COOH (pK ~2).
forma básica forma ácida forma neutra
DIFERENÇA DE AFINIDADE PELO H+→medida da tendência de ceder prótons
pK
Curva de Titulação
Representação gráfica do comportamento anfótero dos aas
Evidenciam a ação dos aas como tampão
Titulação: adição ou remoção gradual de H+Com base: parte-se do pH ácido até chegar ao alcalinoCom ácido: parte-se do pH alcalino até chegar ao ácido
• Um aminoácido em solução aquosa
H- C - NH2
COO
R
Dissociação dos Aminoácidos
H
3
H+
H+
H+
H+
H+
pH=1
Dissociação dos Aminoácidos
Um aminoácido em solução aquosa
H- C - NH
COO
R
HOH-
OH-
OH-
OH-
-
Hágua
pH=9
32
H
pH=2
De forma geral, ao fazer a titulação de um aa com uma
base, iniciando-se em pH=1 observa-se que o pH da
solução aumenta até aproximadamente pH=2 quando o
grupamento COOH começa a liberar íons H+ para o
meio, formando água.
H- C - NH3+
COO-
R
COOH
R
H- C - NH3+ + OH-
pK1
Dissociação dos Aminoácidos
H2O
íon dipolar
COO-
R
H-C-NH3+ + OH-
H-C-NH2
COO-
RpK2
Continuando a adição de base o pH irá progressivamente
se elevando até que o grupo NH3+ tenha condições de
liberar seu íon H+, o que ocorre próximo ao pH 9 .
Dissociação dos Aminoácidos
H2O
íon dipolar
A carga da molécula varia na dependência do
pH do meio e do pK de cada grupo
Carga +1 0 -1
Ambos gruposprotonados
Íon dipolarAmbos grupos desprotonados
Tampões
Solução que resiste a mudanças de pH
quando se adicionam pequenas
quantidades de ácido ou base.
Pode ser produzido pela mistura de um ácido
fraco (HA) e de sua base conjugada (A-).
Compostos devem ter grupos ionizáveis
capazes de doar e de receber prótons H+
Tampões
pH = pKaA-
HA+ log
Aceptor de H+
Doador de H+
(sal)
(ácido)
Equação de Hendersen-Hasselbalch
[HX]
[X -]= pKa + logpH
[HA]
[A-]
= pKa + logpH[HA]
[A-]
= pKa + logpH
A [H+] , e em decorrência, o pH, são determinados por doisfatores: o valor de pKa e a razão das concentração do par[A-] / [HA].
Tampões resistem mais eficazmente à variação de pH em qualquer sentido quando as concentrações de [A-] / [HA] são aproximadamente as mesmas.
pK
Tampões
Para que o tampão tenha pH de 7,4, a razão [base] / [ácido] deve ser igual a um
valor de 20.
pH = 6,1 + log10[HCO3
-]
CO2]
Tampões sanguíneos: bicarbonato e CO2
H AA- + H+
50% 50%
o poder tamponante é máximo no pK pois há igual
proporção das formas doadora e aceptora de prótons:
quando o pH do meio é igual ao pK do grupo ionizável, este está 50% dissociado
Curva de titulação da
alanina
Aminoácido monoaminonomocarboxílico
Titulação: remoção gradual de prótons
Dois estágios distintos: desprotonação do –COOH e- NH3
pI: remoção do primeiro próton já cessou e há então o início da remoção do segundo próton
Fim da titulação: forma predominante sem nenhum próton
Duas regiões de ação tamponante
pI: pH onde 100% das moléculas possuem carga total neutra não há capacidade tamponante
Isoelétricas/isoiônicas
Ponto isoelétrico
O cálculo do pI baseia-se nas formas de
dissociação do aminoácido utilizando
os pKs anterior e posterior à forma
isoelétrica do aminoácido.
pK NH3+ = 9.60
pK COOH = 2.34
Cálculo do ponto isoelétrico
pI = 2.34 + 9.6 = 5.97
2
+1
-H+
+H+
-H+
+H++1
50%C
CH2
NH3
+
OHO
C
CH2
NH3+
OO
+
50%
pH 0 - 2 pH 2,34 pH 3.0 - pH 9.0 pH 9.6 pH 10 - 14
C
HC-H
NH3+
OHO
C
CH2
NH2
OO
-1
Para a glicina os valores de pK são:
-H+
+H+
-H+
+H+
Em pH < 2,34, todos os
grupos ionizáveis da glicina
estão protonados. A molécula
apresenta carga +1.
Aumentando o pH, -COOH começa a
desprotonar. No pH 2,34, metade das –
COOH desprotonaram, gerando a
glicina com carga zero.
Em pH 5,97 ocorre o ponto
isoéletrico da glicina. 100% das
moléculas estão com carga zero.
Aumentando mais o
pH, até o valor 9,6,
(pK do NH3+), haverá
50% de moléculas de
glicina com carga -1.
C
CH2
NH3+
OO
Em pH > 10
predomina a forma
de glicina com
carga -1.
C
CH2
NH3
+
OO
C
CH2
NH2
OO
+
50%
50%
-1
Cálculo do Ponto Isoelétrico
Valores pK dos grupos ionizáveis dos -aminoácidos a 250 C
-Amino Ácido pK1
-COOHpK2
-NH3+
pKR
Cadeia Lateral (R)
Alanina 2.35 9.87
Arginina 1.82 8.99 12.48 (guanidino)
Asparagina 2.1 8.84
Ácido Aspártico 1.99 9.90 3.90 ( -COOH)
Cisteina 1.92 10.78 8.33 (sulfidrila)
Ácido Glutâmico 2.10 9.47 4.07 ( - COOH)
Glutamina 2.17 9.13
Glicina 2.35 9.78
Histidina 1.80 9.33 6.04 (imidazol)
Isoleucina 2.32 9.76
Leucina 2.33 9.74
Lisina 2.16 9.18 10.79 ( -NH3+)
Metionina 2.13 9.28
Fenilalanina 2.16 9.18
Prolina 2.95 10.65
Serina 2.19 9.21
Treonina 2.09 9.10
Triptofano 2.43 9.44
Tirosina 2.20 9.11 10.13 (fenol)
Valina 2.29 9.74
Observe os valores de pKs da tabela abaixo.
Alguns aminoácidos
apresentam grupos
ionizáveis em suas
cadeias laterais
PKR
Quando o aminoácido apresenta mais de um grupo ionizável no
radical, este aminoácido possui mais um pK, o pKR
Como exemplo, veremos a
ionização da Lisina:
O
C
C - NH3+
(CH2)4
NH3+
HO
H
pK -COOH = 2.18
pK - = 8.95
pK R-
C
-NH3+
NH3+
OHO
todos os
grupos
protonados
predomínio
carga +2
pH < 2
pI = 8.85 + 10.53 = 9.69
2
(ponto isoelétrico)
(+2)
H+
C
-NH3+
NH3+
OO
predomínio
carga +1
pH 3 - 8
(+1)
H+
C
-NH2
NH3+
OO
ponto
isoelétrico
pH 9.69
100% (zero)todos os
grupos
desprotonados
predomínio
carga -1
C
-NH2
NH2
OO
H+
pH > 11
(-1)
H+
50% (+1)
C
-NH3+
NH3+
OO
50% (+2)
pH 2 .18
pK -COOH
pH 8.95
H+
C
-NH2
NH3+
OO
pK -NH3+
50% (zero)
50% (+1)
H+
C
-NH2
NH2
OO
pH 10.53
pK R- NH3+
50% (-1)
50% (zero)
Aminoácido diamino monocarboxílico
Aminoácido monoamino
dicarboxílico
pK1 pK2pKRpI
pK1: 2,19
pK2: 9,67
pKR: 4,25
pI = pK1 + pKR / 2
pI = 2,19 + 4,25/ 2
pI= 3,22
L-glutamato
Superprodução de L-
glutamato por
Corynebacterium
glutamicum
Oxidação incompleta devido
à ausência de biotina
(cofator da enzima α-
cetoglutarato
desidrogenase)
Produção de mutantes
Produção de mutantes ou mutantes regulatórios que
superproduzem aminoácidos;
Alteração da ação do repressor ou atividade
regulatória de enzimas alostéricas, permitindo a
superprodução destes aas;
L-Ornitina
• Intermediário do ciclo da Uréia
• Superprodução por mutantes que não produzem L-citrulina a
partir de L-ornitina
• Mutantes defectivos na ornitina transcarbamilase
• L-ornitina: produção de medicamentos → hiperamoninemia ou
nutrição parenteral
L- Prolina
• Serratia marcescens: mutante que superproduz prolina a partir de
glutamato
• Enzima alostérica (glutamato quinase) não suscetível a inibição por
feedback pela prolina
(1) Glutamato quinase, (2) γ –semialdeído desidrogenase
glutâmica (3) 1- pirolina 5-carboxylato reductase