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title: "Biomoléculas: aminoácidos, açúcares, lipídios e nucleotídeos"
book: "Química universitária — 2.º ano"
subject: chemistry
language: pt
chapter: 30
exercises: 12
source: https://one-course.com/books/chemistry/3/pt/chapter/30-biomoleculas-aminoacidos-acucares-lipidios-e-nucleotideos
license: CC-BY-NC-SA-4.0
credit: "One Chemistry Book, One Course (one-course.com)"
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# Capítulo 30 — Biomoléculas: aminoácidos, açúcares, lipídios e nucleotídeos

Um adoçante comum, muito mais doce que o açúcar, é formado por dois aminoácidos unidos por uma única ligação amida, um deles na forma de éster metílico: o ácido aspártico e a fenilalanina, ambos com a configuração que as células vivas usam. As moléculas da vida são construídas a partir de algumas famílias de pequenas unidades, aminoácidos, açúcares, [ácidos graxos](#def-b2-biomolecules-lipid) e [nucleotídeos](#def-b2-biomolecules-nucleotide), unidas pelas reações dos capítulos anteriores: amidas, acetais, ésteres. Este capítulo as lê como um químico orgânico: grupos funcionais, estereoquímica, comportamento ácido–base, e as reações que as unem e as cortam.

**O que você já sabe.**

O volume do 1.º ano: regras CIP, projeções de Fischer, quiralidade, hemiacetais e acetais, $\mathrm pK_a$ e diagramas de distribuição, moléculas anfifílicas, lei de Biot. [Capítulo 24](https://one-course.com/books/chemistry/3/pt/chapter/24-derivados-dos-acidos-carboxilicos#ch-b2-acyl-substitution): amidas, ésteres, [saponificação](https://one-course.com/books/chemistry/3/pt/chapter/24-derivados-dos-acidos-carboxilicos#def-b2-acyl-substitution-saponification), ácidos ativados. [Capítulo 23](https://one-course.com/books/chemistry/3/pt/chapter/23-aminas-e-compostos-nitrogenados#ch-b2-amines): as aminas como bases. [Capítulo 28](https://one-course.com/books/chemistry/3/pt/chapter/28-retrossintese-e-estrategia-em-varias-etapas#ch-b2-retrosynthesis): os grupos protetores em uma via.

## 30.1 Os aminoácidos

**Definição 30.1 (Aminoácidos).**

Um *$\alpha$-aminoácido* $\ce{H2N-CHR-COOH}$ leva um grupo amino e um grupo ácido carboxílico no mesmo carbono; $\ce{R}$ é sua *cadeia lateral*. Em água perto do pH neutro, ele existe como *zwitteríon*, $\ce{H3N+-CHR-COO-}$, que leva uma carga positiva e uma negativa. O *ponto isoelétrico* pI é o pH no qual sua carga líquida média é nula.

Vinte aminoácidos constroem as proteínas dos seres vivos. Todos, exceto a glicina ($\ce{R = H}$), são quirais, e os naturais têm a configuração L ([Definição 30.8](#def-b2-biomolecules-d-l)). Suas [cadeias laterais](#def-b2-biomolecules-amino-acid) os repartem em famílias: apolares (alanina, $\ce{R = CH3}$; fenilalanina, $\ce{R = CH2C6H5}$), polares, ácidos (ácidos aspártico e glutâmico, com um segundo grupo carboxílico) e básicos (lisina, com um segundo grupo amino; histidina, com um anel imidazol).

**Proposição 30.2 (Ponto isoelétrico).**

Para um aminoácido cuja [cadeia lateral](#def-b2-biomolecules-amino-acid) não é nem ácida nem básica, $\mathrm{pI} = (\mathrm pK_{a1} +
\mathrm pK_{a2})/2$, onde $\mathrm pK_{a1}$ pertence ao grupo carboxílico e $\mathrm pK_{a2}$ ao grupo amônio. Para uma [cadeia lateral](#def-b2-biomolecules-amino-acid) ácida ou básica, o pI é a média dos dois $\mathrm pK_a$ que enquadram a forma neutra.

**Demonstração.** Escrevamos $\ce{H2A+}$ para o cátion, $\ce{HA}$ para o [zwitteríon](#def-b2-biomolecules-amino-acid) e $\ce{A-}$ para o ânion. A carga líquida é nula quando $[\ce{H2A+}] = [\ce{A-}]$. De $K_{a1} = [\ce{HA}]h/[\ce{H2A+}]$ e $K_{a2} =
[\ce{A-}]h/[\ce{HA}]$, com $h = [\ce{H3O+}]$, a razão $[\ce{H2A+}]/[\ce{A-}] = h^2/(K_{a1}K_{a2})$ vale 1 para $h^2 = K_{a1}K_{a2}$, isto é, $\mathrm{pH} = (\mathrm pK_{a1} + \mathrm pK_{a2})/2$. Com um terceiro grupo ionizável, o mesmo argumento se aplica aos dois equilíbrios situados de cada lado da forma neutra, estando o terceiro grupo então inteiramente em um estado. ∎

Para a glicina, $\mathrm pK_{a1} = 2.35$ e $\mathrm pK_{a2} = 9.78$: pI $\approx 6.1$. O ácido aspártico (2.0, 3.9, 9.9) tem pI $\approx 3.0$; a lisina (2.2, 9.1, 10.7) tem pI $\approx 9.9$.

![À esquerda: carga líquida de três aminoácidos em função do pH, a partir de seus pK_a a 25 C; cada curva corta o zero no pI. À direita: as três formas da glicina, H3N+CH2COOH, H3N+CH2COO- e H2NCH2COO-; o zwitteríon predomina de cerca de pH 3 a pH 9.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-3/b2-biomolecules/fig-353acc7aa2bd.svg)

![À esquerda: carga líquida de três aminoácidos em função do pH, a partir de seus pK_a a 25 C; cada curva corta o zero no pI. À direita: as três formas da glicina, H3N+CH2COOH, H3N+CH2COO- e H2NCH2COO-; o zwitteríon predomina de cerca de pH 3 a pH 9.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-3/b2-biomolecules/fig-e785084ff093.svg)

*À esquerda: carga líquida de três aminoácidos em função do pH, a partir de seus $\mathrm pK_a$ a $25{}^{\circ}\mathrm{C}$; cada curva corta o zero no pI. À direita: as três formas da glicina, $\ce{H3N+CH2COOH}$, $\ce{H3N+CH2COO-}$ e $\ce{H2NCH2COO-}$; o [zwitteríon](#def-b2-biomolecules-amino-acid) predomina de cerca de pH 3 a pH 9.*

**Método 30.3 (Carga líquida a um pH dado).**

1. Liste todos os grupos ionizáveis com seu $\mathrm pK_a$ : o $\ce{NH3+}$ e o $\ce{COOH}$ terminais, e as [cadeias laterais](#def-b2-biomolecules-amino-acid) ionizáveis.
2. Para cada grupo, compare o pH e o $\mathrm pK_a$ : um grupo está sobretudo protonado abaixo de seu $\mathrm pK_a$ , sobretudo desprotonado acima (por mais de 1 unidade: mais de 90 %).
3. Some as cargas: $\ce{NH3+}$ $+1$ , $\ce{NH2}$ 0, $\ce{COOH}$ 0, $\ce{COO-}$ $-1$ (imidazólio $+1$ ).
4. Perto de um $\mathrm pK_a$ , conte esse grupo como meio carregado; para um valor exato, use as frações $1/(1 + 10^{\mathrm pK_a - \mathrm{pH}})$ .

## 30.2 Os peptídeos

**Definição 30.4 (Peptídeos).**

A ligação amida formada entre o grupo carboxílico de um aminoácido e o grupo amino de outro é uma *ligação peptídica*; uma cadeia de aminoácidos unidos por ligações peptídicas é um *peptídeo* (uma proteína quando é longa), escrito a partir de sua extremidade amino livre (N-terminal) até sua extremidade carboxílica livre (C-terminal). Um *acoplamento peptídico* forma uma ligação peptídica no laboratório com um *agente de acoplamento*, um reagente que converte o grupo carboxílico em um derivado ativado em condições brandas (uma carbodi-imida, por exemplo).

![As duas estruturas de ressonância da ligação peptídica. O par não ligante do nitrogênio é compartilhado com a carbonila: a ligação C-N tem um caráter parcial de ligação dupla, e os seis átomos C, C, O, N, H, C ficam em um mesmo plano.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-3/b2-biomolecules/fig-435742d7b042.svg)

*As duas estruturas de ressonância da [ligação peptídica](#def-b2-biomolecules-peptide). O par não ligante do nitrogênio é compartilhado com a carbonila: a ligação $\ce{C-N}$ tem um caráter parcial de ligação dupla, e os seis átomos C, C, O, N, H, C ficam em um mesmo plano.*

**Proposição 30.5 (Uma ligação plana).**

A [ligação peptídica](#def-b2-biomolecules-peptide) é plana, a rotação em torno da ligação $\ce{C-N}$ é restrita, e o nitrogênio da amida não é nem básico nem nucleofílico.

**Raciocínio.** A segunda estrutura de ressonância dá à ligação $\ce{C-N}$ uma parte de caráter de ligação dupla: girá-la romperia a sobreposição do par não ligante do nitrogênio com o sistema $\pi$ $\ce{C=O}$, o que custa energia, de modo que os átomos em torno dela ficam em um mesmo plano, sendo o arranjo trans (os dois carbonos da cadeia de lados opostos da ligação $\ce{C-N}$) o habitual. O par não ligante engajado na ressonância não está disponível para um próton ou um eletrófilo, como em toda amida ([Capítulo 24](https://one-course.com/books/chemistry/3/pt/chapter/24-derivados-dos-acidos-carboxilicos#ch-b2-acyl-substitution)). As proteínas se dobram em torno de cadeias desses planos rígidos. ∎

**Proposição 30.6 (Por que proteger e ativar).**

Preparar um dipeptídeo determinado a partir de dois aminoácidos exige ao mesmo tempo a proteção dos grupos que não devem reagir e a ativação do grupo carboxílico que deve reagir.

**Raciocínio.** Um ácido carboxílico e uma amina misturados à temperatura ambiente dão um sal, não uma amida; aquecer para expulsar a água também racemizaria os aminoácidos. É preciso portanto uma ativação (um [cloreto de acila](https://one-course.com/books/chemistry/3/pt/chapter/24-derivados-dos-acidos-carboxilicos#def-b2-acyl-substitution-derivative), um anidrido, ou um [agente de acoplamento](#def-b2-biomolecules-peptide)). Mas cada aminoácido tem os dois grupos: ativar uma mistura de glicina e alanina daria Gly–Ala, Ala–Gly, Gly–Gly, Ala–Ala e cadeias mais longas. Bloquear a amina do primeiro e o ácido do segundo deixa uma única ligação possível. ∎

**Método 30.7 (Síntese de um dipeptídeo).**

1. Proteja o grupo amino do aminoácido N-terminal (como carbamato, por exemplo um grupo *terc* -butoxicarbonila).
2. Proteja o grupo carboxílico do aminoácido C-terminal (como éster metílico ou benzílico), e toda [cadeia lateral](#def-b2-biomolecules-amino-acid) reativa.
3. Ative o grupo carboxílico livre com um [agente de acoplamento](#def-b2-biomolecules-peptide) e acrescente o parceiro protegido: forma-se uma [ligação peptídica](#def-b2-biomolecules-peptide) .
4. Remova os grupos protetores, de preferência um conjunto ortogonal ( [Definição 28.7](https://one-course.com/books/chemistry/3/pt/chapter/28-retrossintese-e-estrategia-em-varias-etapas#def-b2-retrosynthesis-orthogonal) ); para continuar, remova apenas a proteção da amina e repita.

Repetir o ciclo muitas vezes em solução exigiria uma purificação a cada etapa. Na síntese em fase sólida, a cadeia em crescimento está presa por seu C-terminal a uma esfera de [polímero](https://one-course.com/books/chemistry/3/pt/chapter/29-polimeros-sintese-estrutura-e-propriedades#def-b2-polymer-synthesis-polymer); os reagentes em excesso e os subprodutos são eliminados por lavagem após cada acoplamento, e o [peptídeo](#def-b2-biomolecules-peptide) acabado é separado do suporte no final.

![Ovos fritando. As proteínas da clara se desdobram com o aquecimento e se ligam umas às outras: o líquido translúcido se transforma em um sólido branco opaco. Nenhuma ligação peptídica se rompe; a mudança está na maneira como as cadeias estão dobradas (ilustração).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-3/b2-biomolecules/img-1204f7bcf2a1.jpg)

*Ovos fritando. As proteínas da clara se desdobram com o aquecimento e se ligam umas às outras: o líquido translúcido se transforma em um sólido branco opaco. Nenhuma [ligação peptídica](#def-b2-biomolecules-peptide) se rompe; a mudança está na maneira como as cadeias estão dobradas (ilustração).*

## 30.3 Os glicídios

**Definição 30.8 (D e L).**

Um açúcar ou um aminoácido é desenhado em projeção de Fischer com seu carbono mais oxidado no alto. Ele é D se o $\ce{OH}$ do estereocentro mais afastado do alto (ou, para um $\alpha$-aminoácido, o $\ce{NH2}$ do carbono $\alpha$) aponta para a direita, e L se aponta para a esquerda. Os descritores comparam as configurações com a do gliceraldeído; não são os descritores CIP.

**Definição 30.9 (Monossacarídeos).**

Um *monossacarídeo* é um poli-hidroxialdeído ou uma poli-hidroxicetona, em geral $\ce{C_nH_{2n}O_n}$ com $n$ de 3 a 7, que não pode ser hidrolisado em açúcares menores. Uma *aldose* tem um grupo aldeído em C1, uma *cetose* um grupo cetona, em geral em C2. A glicose é uma aldo-hexose, a frutose uma ceto-hexose.

Em água, uma aldo-hexose é quase inteiramente cíclica: o $\ce{OH}$ de C5 se adiciona ao aldeído, formando um anel hemiacetal de seis membros (uma piranose). A ciclização cria um novo estereocentro em C1.

**Definição 30.10 (Anômeros).**

Em uma *projeção de Haworth* o anel de um açúcar cíclico é desenhado plano, perpendicular à página, com seu oxigênio atrás à direita e seus substituintes acima ou abaixo do anel. O carbono hemiacetálico (C1 de uma [aldose](#def-b2-biomolecules-sugar)) é o *carbono anomérico*; as duas configurações que ele pode adotar dão dois diastereoisômeros, os *anômeros*: para um açúcar D, o $\alpha$ tem o $\ce{OH}$ anomérico abaixo do anel (oposto ao $\ce{CH2OH}$), o $\beta$ acima. Em água, os anômeros se interconvertem passando pela cadeia aberta, e a rotação óptica de um anômero recém-dissolvido deriva para um valor de equilíbrio: a *mutarrotação*.

![A D-glicose. À esquerda: a cadeia aberta em projeção de Fischer, OH de C5 à direita (D). No meio e à direita: os dois anômeros piranose em projeção de Haworth; os grupos à direita na projeção de Fischer apontam para baixo, os da esquerda para cima, e C5 leva o CH2OH para cima. Os anômeros diferem apenas em C1. Os hidrogênios de C2 a C5 foram omitidos.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-3/b2-biomolecules/fig-cf6efa355cfd.svg)

![A D-glicose. À esquerda: a cadeia aberta em projeção de Fischer, OH de C5 à direita (D). No meio e à direita: os dois anômeros piranose em projeção de Haworth; os grupos à direita na projeção de Fischer apontam para baixo, os da esquerda para cima, e C5 leva o CH2OH para cima. Os anômeros diferem apenas em C1. Os hidrogênios de C2 a C5 foram omitidos.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-3/b2-biomolecules/fig-59e8f424c683.svg)

![A D-glicose. À esquerda: a cadeia aberta em projeção de Fischer, OH de C5 à direita (D). No meio e à direita: os dois anômeros piranose em projeção de Haworth; os grupos à direita na projeção de Fischer apontam para baixo, os da esquerda para cima, e C5 leva o CH2OH para cima. Os anômeros diferem apenas em C1. Os hidrogênios de C2 a C5 foram omitidos.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-3/b2-biomolecules/fig-6a4c0b078298.svg)

*A D-glicose. À esquerda: a cadeia aberta em projeção de Fischer, $\ce{OH}$ de C5 à direita (D). No meio e à direita: os dois [anômeros](#def-b2-biomolecules-anomer) piranose em [projeção de Haworth](#def-b2-biomolecules-anomer); os grupos à direita na projeção de Fischer apontam para baixo, os da esquerda para cima, e C5 leva o $\ce{CH2OH}$ para cima. Os [anômeros](#def-b2-biomolecules-anomer) diferem apenas em C1. Os hidrogênios de C2 a C5 foram omitidos.*

**Método 30.11 (De Fischer a Haworth (D-aldopiranose)).**

1. Desenhe o anel com O atrás à direita, C1 à direita, depois C2, C3, C4 no sentido horário pela frente e pela esquerda, C5 atrás à esquerda.
2. Os grupos à direita na projeção de Fischer vão para baixo, os da esquerda para cima.
3. Em C5 (série D), o $\ce{CH2OH}$ vai para cima.
4. Em C1, o $\ce{OH}$ vai para baixo para $\alpha$ , para cima para $\beta$ .

**Proposição 30.12 (Equilíbrio de mutarrotação).**

Se as rotações específicas dos [anômeros](#def-b2-biomolecules-anomer) puros são $[\alpha]_\alpha$ e $[\alpha]_\beta$ e a da mistura em equilíbrio é $[\alpha]_{\mathrm{eq}}$, a fração molar do anômero $\alpha$ no equilíbrio é

$$
x_\alpha = \frac{[\alpha]_{\mathrm{eq}} - [\alpha]_\beta}{[\alpha]_\alpha - [\alpha]_\beta}.
$$

**Demonstração.** A cadeia aberta é uma fração ínfima da mistura e é desprezada. As rotações dos dois [anômeros](#def-b2-biomolecules-anomer) se somam proporcionalmente a suas concentrações (lei de Biot, volume do 1.º ano); como eles têm a mesma massa molar, $[\alpha]_{\mathrm{eq}} = x_\alpha[\alpha]_\alpha + (1 - x_\alpha)[\alpha]_\beta$, que se resolve em $x_\alpha$. ∎

A D-glicose em equilíbrio em água tem $[\alpha] = +52.7$ (em ${}^{\circ}\,\mathrm{dm}^{-1}\,\mathrm{g}^{-1}\,\mathrm{mL}$). Com rotações dos [anômeros](#def-b2-biomolecules-anomer) de $+112$ e $+18.7$ (dados do exercício), $x_\alpha = (52.7 - 18.7)/(112 - 18.7)
\approx 0.36$: cerca de 36 % de $\alpha$ e 64 % de $\beta$. O anômero $\beta$, com todos os seus substituintes equatoriais na cadeira, é o mais estável.

**Definição 30.13 (Glicosídeos).**

Um *glicosídeo* é o acetal formado quando o $\ce{OH}$ anomérico de um açúcar é substituído por um grupo $\ce{OR}$ vindo de um álcool, muitas vezes outro açúcar; a ligação do [carbono anomérico](#def-b2-biomolecules-anomer) a esse oxigênio é a *ligação glicosídica*. Um *açúcar redutor* é um açúcar que reduz oxidantes brandos como o licor de Fehling ou o reagente de Tollens.

**Proposição 30.14 (Redutor ou não).**

Um açúcar com um grupo hemiacetal (ou hemicetal) livre é redutor; um [glicosídeo](#def-b2-biomolecules-glycoside) cujos [carbonos anoméricos](#def-b2-biomolecules-anomer) estão todos engajados em [ligações glicosídicas](#def-b2-biomolecules-glycoside) não é.

**Raciocínio.** Um hemiacetal está em equilíbrio com a cadeia aberta, cujo grupo aldeído é oxidado pelo reagente; o equilíbrio então reabre mais anéis até que todo o açúcar tenha reagido. Um acetal não se abre em água neutra ou básica: o [carbono anomérico](#def-b2-biomolecules-anomer) permanece bloqueado, sem aldeído a oxidar. ∎

A maltose (duas glicoses, C1 de uma ligado a O4 da outra) conserva um hemiacetal livre e é redutora; a sacarose une os [carbonos anoméricos](#def-b2-biomolecules-anomer) da glicose e da frutose um ao outro e não é. O amido e a celulose são ambos cadeias de glicose unidas C1–O4: $\alpha$ no amido, que se enrola e é digerido; $\beta$ na celulose, cujas cadeias retas se empacotam em fibras mantidas por ligações de hidrogênio.

## 30.4 Os lipídios

**Definição 30.15 (Lipídios).**

Um *ácido graxo* é um ácido carboxílico de cadeia longa não ramificada, em geral de 12 a 22 carbonos, saturada ou com ligações duplas (*Z*). Um *triglicerídeo* é o triéster do propano-1,2,3-triol (glicerol) com três ácidos graxos. Um *fosfolipídio* é um diéster do glicerol com dois ácidos graxos cuja terceira posição leva um grupo fosfato ligado a um pequeno grupo polar.

As ligações duplas (*Z*) dobram as cadeias, que então se empacotam mal: o ácido esteárico (18 carbonos, saturado) funde a $69{}^{\circ}\mathrm{C}$, o ácido oleico (18 carbonos, uma ligação dupla *Z*) a $13{}^{\circ}\mathrm{C}$. As gorduras ricas em cadeias saturadas são sólidas à temperatura ambiente; os óleos, ricos em cadeias insaturadas, são líquidos. Os [triglicerídeos](#def-b2-biomolecules-lipid) são saponificados em glicerol e sabões ([Capítulo 24](https://one-course.com/books/chemistry/3/pt/chapter/24-derivados-dos-acidos-carboxilicos#ch-b2-acyl-substitution)).

![Uma bicamada de fosfolipídios, esquema: as cabeças polares estão voltadas para a água dos dois lados, as caudas hidrocarbonadas se encontram no interior. As membranas celulares são construídas sobre essa estrutura; os sabões, com uma cauda por cabeça, formam em vez disso pequenas esferas com as caudas no interior, chamadas micelas.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-3/b2-biomolecules/fig-63de6e6d14ec.svg)

*Uma bicamada de [fosfolipídios](#def-b2-biomolecules-lipid), esquema: as cabeças polares estão voltadas para a água dos dois lados, as caudas hidrocarbonadas se encontram no interior. As membranas celulares são construídas sobre essa estrutura; os sabões, com uma cauda por cabeça, formam em vez disso pequenas esferas com as caudas no interior, chamadas micelas.*

## 30.5 Os nucleotídeos

**Definição 30.16 (Nucleotídeos).**

Uma *base nitrogenada* é um heterociclo nitrogenado: a adenina (A) e a guanina (G), purinas; a citosina (C), a timina (T) e a uracila (U), pirimidinas. Um *nucleosídeo* é uma base nitrogenada ligada por um nitrogênio ao C1 da ribose ou da 2-desoxirribose (um $N$-glicosídeo). Um *nucleotídeo* é um éster fosfórico de um nucleosídeo. Nos ácidos nucleicos, os nucleotídeos são unidos por *ligações fosfodiéster*: um fosfato liga o O3 de um açúcar ao O5 do seguinte.

O DNA usa a 2-desoxirribose e as bases A, G, C, T; o RNA usa a ribose e U no lugar de T. A cadeia tem um sentido, de sua extremidade 5$'$ à sua extremidade 3$'$, e os fosfatos, ionizados no pH fisiológico, fazem dela um poliânion. Duas fitas de DNA correm em sentidos opostos e são mantidas unidas por ligações de hidrogênio entre bases face a face.

**Proposição 30.17 (Pareamento das bases).**

No DNA de fita dupla, a adenina se pareia com a timina por duas ligações de hidrogênio, e a guanina com a citosina por três.

**Raciocínio.** Os pares são aqueles cujas bordas fazem corresponder doadores ($\ce{N-H}$) a aceptores (oxigênio de $\ce{C=O}$, nitrogênio do anel) às distâncias certas, com uma purina diante de uma pirimidina, de modo que todo par tenha a mesma largura. A oferece $\ce{N-H}$ (seu grupo amino) e um $\ce{N}$ do anel; T oferece $\ce{C=O}$ e $\ce{N-H}$: duas ligações. G oferece $\ce{C=O}$, $\ce{N-H}$ e $\ce{N-H}$ (amino); C oferece $\ce{N-H}$ (amino), $\ce{N}$ e $\ce{C=O}$: três ligações. A figura os mostra. ∎

![Os dois pares de bases do DNA. À esquerda: timina e adenina, duas ligações de hidrogênio (pontilhadas). À direita: citosina e guanina, três. R é a desoxirribose de cada fita; os dois grupos R de um par apontam para o mesmo lado, rumo às duas cadeias principais.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-3/b2-biomolecules/fig-fcc2635bae7c.svg)

*Os dois pares de bases do DNA. À esquerda: timina e adenina, duas ligações de hidrogênio (pontilhadas). À direita: citosina e guanina, três. R é a desoxirribose de cada fita; os dois grupos R de um par apontam para o mesmo lado, rumo às duas cadeias principais.*

**História — Os açúcares, 1891.**

![](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-3/b2-biomolecules/img-b204aaeb5672.jpg)

Emil Fischer estabeleceu, até 1891, as configurações da glicose e de seus isômeros, antes que qualquer método físico pudesse ver uma molécula: convertendo açúcares uns nos outros e contando os estereoisômeros obtidos. A projeção que ele inventou para escrevê-los ainda leva seu nome. Ele também preparou os primeiros [peptídeos](#def-b2-biomolecules-peptide) sintéticos, e recebeu o Prêmio Nobel de Química de 1902. (Retrato: Atelier Victoria, Berlim, por volta de 1895, domínio público; Wikimedia Commons.)

## 30.6 Exercícios

**Exercício 30.1 ★.**

Desenhe a alanina como [zwitteríon](#def-b2-biomolecules-amino-acid), depois as formas que predominam a pH 1 e a pH 12.

**Solução de Exercício 30.1.**

- Entre pH 3 e 9, o [zwitteríon](#def-b2-biomolecules-amino-acid) $\ce{H3N+-CH(CH3)-COO-}$ .
- A pH 1, o cátion $\ce{H3N+-CH(CH3)-COOH}$ .
- A pH 12, o ânion $\ce{H2N-CH(CH3)-COO-}$ .

**Exercício 30.2 ★.**

Calcule o [ponto isoelétrico](#def-b2-biomolecules-amino-acid) da glicina, e o da alanina ($\mathrm pK_a$ 2.35 e 9.87).

**Solução de Exercício 30.2.**

Glicina: $(2.35 + 9.78)/2 \approx 6.1$. Alanina: $(2.35 + 9.87)/2 \approx 6.1$.

**Exercício 30.3 ★.**

Desenhe o dipeptídeo Ala–Gly e circule sua [ligação peptídica](#def-b2-biomolecules-peptide). Em que ele difere de Gly–Ala?

**Solução de Exercício 30.3.**

$\ce{H2N-CH(CH3)-CO-NH-CH2-COOH}$: a alanina fornece o N-terminal, a glicina o C-terminal. Gly–Ala, $\ce{H2N-CH2-CO-NH-CH(CH3)-COOH}$, é um isômero constitucional: o grupo amino livre está na glicina.

**Exercício 30.4 ★.**

Em uma projeção de Fischer com $\ce{COOH}$ no alto e a [cadeia lateral](#def-b2-biomolecules-amino-acid) $\ce{CH2OH}$ embaixo, o $\ce{NH2}$ da serina aponta para a esquerda. Ela é D ou L? Dê seu descritor CIP.

**Solução de Exercício 30.4.**

$\ce{NH2}$ à esquerda: L. Prioridades $\ce{NH2}$ > $\ce{COOH}$ > $\ce{CH2OH}$ > $\ce{H}$: a L-serina é (*S*).

**Exercício 30.5 ★★.**

Dê a carga líquida do tripeptídeo Lys–Gly–Asp a pH 1, 7 e 12.

**Solução de Exercício 30.5.**

Grupos: amônio N-terminal (cerca de 9), [cadeia lateral](#def-b2-biomolecules-amino-acid) da lisina (10.7), [cadeia lateral](#def-b2-biomolecules-amino-acid) do aspartato (3.9), grupo carboxílico C-terminal (cerca de 2). pH 1: $+1 +1 + 0 + 0 = +2$. pH 7: $+1 +1 -1 -1 = 0$. pH 12: $0 + 0 - 1 - 1 = -2$ (a [cadeia lateral](#def-b2-biomolecules-amino-acid) da lisina, 1.3 unidade abaixo de pH 12, está sobretudo neutra).

**Exercício 30.6 ★★.**

Por que se usa um [agente de acoplamento](#def-b2-biomolecules-peptide) para formar uma [ligação peptídica](#def-b2-biomolecules-peptide), em vez de um [cloreto de acila](https://one-course.com/books/chemistry/3/pt/chapter/24-derivados-dos-acidos-carboxilicos#def-b2-acyl-substitution-derivative) do aminoácido protegido preparado com cloreto de tionila e aquecido?

**Solução de Exercício 30.6.**

O cloreto de tionila e o aquecimento atacariam também outros grupos e, sobretudo, o [cloreto de acila](https://one-course.com/books/chemistry/3/pt/chapter/24-derivados-dos-acidos-carboxilicos#def-b2-acyl-substitution-derivative) muito reativo de um aminoácido perde facilmente sua configuração (o hidrogênio $\alpha$ torna-se ácido): o [peptídeo](#def-b2-biomolecules-peptide) seria parcialmente racemizado. Um [agente de acoplamento](#def-b2-biomolecules-peptide) ativa o ácido à temperatura ambiente, em condições brandas.

**Exercício 30.7 ★★.**

A D-frutose se cicliza por seu $\ce{OH}$ de C5 sobre a cetona de C2. Dê o tamanho do anel e desenhe a $\beta$-D-frutofuranose em [projeção de Haworth](#def-b2-biomolecules-anomer).

**Solução de Exercício 30.7.**

O5 ligado a C2: um anel de C2, C3, C4, C5 e O, cinco átomos (uma furanose). Em [projeção de Haworth](#def-b2-biomolecules-anomer), O do anel atrás, C2 à direita com $\ce{CH2OH}$ (C1) para baixo e $\ce{OH}$ para cima ($\beta$); $\ce{OH}$ de C3 para cima (à esquerda em Fischer), $\ce{OH}$ de C4 para baixo, C5 levando $\ce{CH2OH}$ (C6) para cima.

**Exercício 30.8 ★★.**

Os [anômeros](#def-b2-biomolecules-anomer) puros da D-galactose têm rotações específicas de $+150.7$ ($\alpha$) e $+52.8$ ($\beta$) e a mistura em equilíbrio $+80.2$ (dados do exercício). Calcule a composição no equilíbrio.

**Solução de Exercício 30.8.**

$x_\alpha = (80.2 - 52.8)/(150.7 - 52.8) = 27.4/97.9 \approx 0.28$: 28 % de $\alpha$, 72 % de $\beta$.

**Exercício 30.9 ★★.**

Explique por que a maltose reduz o licor de Fehling e a sacarose não, e por que a sacarose o reduz após aquecimento com ácido diluído.

**Solução de Exercício 30.9.**

A maltose conserva um hemiacetal livre em sua segunda glicose, que se abre em aldeído: redutora. Na sacarose, os dois [carbonos anoméricos](#def-b2-biomolecules-anomer) estão engajados na [ligação glicosídica](#def-b2-biomolecules-glycoside): nenhum hemiacetal, não redutora. O ácido diluído hidrolisa a [ligação glicosídica](#def-b2-biomolecules-glycoside), um acetal: a glicose e a frutose são liberadas, e ambas reduzem.

**Exercício 30.10 ★★★.**

O índice de [saponificação](https://one-course.com/books/chemistry/3/pt/chapter/24-derivados-dos-acidos-carboxilicos#def-b2-acyl-substitution-saponification) de uma gordura é a massa de hidróxido de potássio, em mg, que saponifica 1 g dela. Calcule-o para a trioleína, $\ce{C57H104O6}$, e explique por que uma gordura de cadeias mais curtas tem um índice mais alto.

**Solução de Exercício 30.10.**

Trioleína, $885.45\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$, consome três $\ce{KOH}$ ($56.105\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$): $3 \times 56.105/885.45 =
0.190$ g por g, um índice de [saponificação](https://one-course.com/books/chemistry/3/pt/chapter/24-derivados-dos-acidos-carboxilicos#def-b2-acyl-substitution-saponification) de 190. Cadeias mais curtas significam uma massa molar menor para os mesmos três grupos éster: mais mols de gordura por grama, mais KOH.

**Exercício 30.11 ★★★.**

Planeje a síntese de Gly–Ala a partir da glicina e da alanina: grupos protetores, ativação, acoplamento, desproteção, com um par ortogonal.

**Solução de Exercício 30.11.**

Proteja a amina da glicina como carbamato de *terc*-butoxicarbonila, e o ácido da alanina como éster metílico. Acople com uma carbodi-imida. Remova o carbamato com ácido e o éster com base diluída (condições ortogonais, de modo que cada extremidade pode ser liberada sozinha): Gly–Ala.

**Exercício 30.12 ★★★.**

Escreva a fita complementar de 5$'$-ATGCGT-3$'$, a partir de sua extremidade 5$'$, e conte as ligações de hidrogênio que mantêm unida a fita dupla.

**Solução de Exercício 30.12.**

5$'$-ACGCAT-3$'$ (lida de modo antiparalelo: A se pareia com T, G com C). Pares: A–T, T–A, G–C, C–G, G–C, T–A: $3 \times 2 + 3 \times 3 = 15$ ligações de hidrogênio.

## 30.7 Problema: O aspartame

**Problema 30.1.**

Problema de fim de semana — os dois aminoácidos e suas configurações, a carga do dipeptídeo em função do pH, sua síntese e o problema $\alpha$/$\beta$, e sua hidrólise em um refrigerante

O aspartame é o éster metílico do dipeptídeo formado pelo grupo carboxílico $\alpha$ do ácido L-aspártico com o grupo amino da L-fenilalanina. Dados: $\mathrm pK_a$ do ácido aspártico 2.0, 3.9 e 9.9 (valores-modelo para os grupos do dipeptídeo). Massas molares ($\mathrm{g}/\mathrm{mol}$): C 12.011, H 1.008, N 14.007, O 15.999.

**Parte I — Os dois aminoácidos.**

1. Dê os três compostos liberados pela hidrólise completa do aspartame.
2. Desenhe o ácido L-aspártico e a L-fenilalanina em projeção de Fischer.
3. Dê o descritor CIP de cada estereocentro.
4. Quantos estereoisômeros o aspartame tem?
5. Desenhe o aspartame e marque a [ligação peptídica](#def-b2-biomolecules-peptide) e o éster.
6. Por que a configuração de cada aminoácido é importante para o sabor doce?

**Parte II — A carga em função do pH.**

7. Liste os grupos ionizáveis do aspartame. Por que o C-terminal não é um deles?
8. Com os valores-modelo, dê a carga líquida a pH 2.
9. O mesmo a pH 7.
10. O mesmo a pH 12.
11. Estime o [ponto isoelétrico](#def-b2-biomolecules-amino-acid) neste modelo.
12. Por que os verdadeiros valores de $\mathrm pK_a$ do dipeptídeo difeririam dos do ácido aspártico livre?

**Parte III — Síntese.**

13. Por que não se podem simplesmente aquecer juntos o ácido aspártico e o éster metílico da fenilalanina?
14. Que grupos do ácido aspártico devem ser protegidos?
15. O que um [agente de acoplamento](#def-b2-biomolecules-peptide) faz com o grupo carboxílico livre?
16. O ácido aspártico tem dois grupos carboxílicos. O que se forma se o errado for acoplado?
17. Proponha uma proteção ortogonal que deixe livre apenas o grupo carboxílico $\alpha$ , e sua remoção.
18. Por que o aminoácido ativado não deve ficar tempo demais em condições básicas?
19. Escreva a sequência das etapas.

**Parte IV — Hidrólise em um refrigerante.**

20. Que ligações do aspartame podem ser hidrolisadas em uma bebida ácida? Qual vai primeiro?
21. Dê os produtos da hidrólise apenas do éster.
22. Por que um refrigerante velho tem um sabor menos doce?
23. Calcule a massa molar do aspartame, $\ce{C14H18N2O5}$ .
24. Calcule a quantidade de aspartame em uma lata que contém $180\,\mathrm{mg}$ .
25. Dê a massa de metanol liberada pela hidrólise completa de $180\,\mathrm{mg}$ de aspartame.

**Solução de Problema 30.1.**

**1.** Ácido L-aspártico, L-fenilalanina e metanol. **2.** Nos dois, $\ce{COOH}$ no alto, [cadeia lateral](#def-b2-biomolecules-amino-acid) embaixo ($\ce{CH2COOH}$, $\ce{CH2C6H5}$), $\ce{NH2}$ à esquerda. **3.** (*S*) para ambos. **4.** Dois estereocentros: quatro estereoisômeros. **5.** $\ce{H2N-CH(CH2COOH)-CO-NH-CH(CH2C6H5)-COOCH3}$: a [ligação peptídica](#def-b2-biomolecules-peptide) une os dois resíduos; o éster é o $\ce{COOCH3}$ do C-terminal. **6.** Os receptores do paladar são quirais: eles ligam um estereoisômero e não sua imagem especular nem seus diastereoisômeros, como dizia a introdução. **7.** O $\ce{NH3+}$ N-terminal e o $\ce{COOH}$ da [cadeia lateral](#def-b2-biomolecules-amino-acid) do ácido aspártico; o ácido C-terminal é um éster metílico, sem hidrogênio ácido. **8.** A pH 2: $\ce{NH3+}$ ($+1$), $\ce{COOH}$ da [cadeia lateral](#def-b2-biomolecules-amino-acid) (0): $+1$. **9.** A pH 7: $+1 - 1 = 0$. **10.** A pH 12: $0 - 1 = -1$. **11.** Entre os dois $\mathrm pK_a$ dos grupos que mudam: $(3.9 + 9.9)/2 \approx 6.9$. **12.** No dipeptídeo, o carbono da amina leva uma amida em vez de um carboxilato: os grupos e as cargas vizinhas mudam, e os $\mathrm pK_a$ também (o amônio N-terminal de um [peptídeo](#def-b2-biomolecules-peptide) é nitidamente mais ácido que o de um aminoácido livre). O modelo dá a forma, não os valores exatos. **13.** O ácido e a amina formam primeiro um sal; aquecer daria misturas (Asp–Asp, cadeias mais longas, o grupo carboxílico errado) e racemizaria os estereocentros. **14.** Seu grupo amino e seu grupo carboxílico da [cadeia lateral](#def-b2-biomolecules-amino-acid). **15.** Ele transforma o $\ce{OH}$ do ácido em um bom grupo de saída, um derivado ativado que a amina ataca à temperatura ambiente (substituição acílica). **16.** O $\beta$-dipeptídeo, ligado pela [cadeia lateral](#def-b2-biomolecules-amino-acid): um isômero do aspartame, não o aspartame. **17.** A amina como carbamato de benziloxicarbonila e a [cadeia lateral](#def-b2-biomolecules-amino-acid) como éster benzílico: os dois são removidos juntos por hidrogenólise sobre paládio, que deixa intacto o éster metílico (ortogonal a ele). **18.** Um ácido ativado tem um hidrogênio $\alpha$ ácido; a base o retira e o estereocentro racemiza. **19.** Proteja o ácido aspártico (carbamato no N, éster benzílico na [cadeia lateral](#def-b2-biomolecules-amino-acid)); ative o $\alpha$-$\ce{COOH}$ livre com o [agente de acoplamento](#def-b2-biomolecules-peptide); acrescente o éster metílico da L-fenilalanina; faça a hidrogenólise. **20.** O éster metílico e a [ligação peptídica](#def-b2-biomolecules-peptide); o éster primeiro, pois uma amida é muito menos reativa. **21.** O dipeptídeo Asp–Phe (ácido livre) e o metanol. **22.** A molécula doce é consumida: seus produtos de hidrólise não a substituem. **23.** $14 \times 12.011 + 18 \times 1.008 + 2 \times 14.007 + 5 \times 15.999 =
294.307\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$. **24.** $0.180/294.307 = 6.116 \times 10^{-4}\,\mathrm{mol}$, $0.612\,\mathrm{mmol}$. **25.** Um metanol por aspartame: $0.6116 \times 32.042 = \boldsymbol{\approx 19.6\,\mathrm{mg}}$ de metanol.