Estrutura de Proteínas: Sequência, Estrutura Primária, Secundária, Terciária e Quaternária

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1. O que é a estrutura primária de uma protéına e qual a sua relação com a sequencia
de aminoácidos?
2. Descreva o experimento da renaturação da ribonuclease relizado por Anfinsen e diga
qual a principal conlusão em relação à informação necessária para se determinar a
estrutura. Seria necessário apenas a sequencia ou toda a estrutura primária (o que
nesse caso incluiria ainda a posição das ligações dissulfeto)? Justifique.
3. O que seria a hipótese termodinâmica, proposta por Anfinsen, para a codificação da
estrutura proteica na sequencia de aminoácidos, e qual o argumento de Levinthal
usado para supostamente refutar tal hipótese (o chamado “paradoxo de Levinthal”) ?
4. O que é representado nos gráficos das chamadas “paisagens de energia” do processo
de enovelamento e como uma tal paisagem na forma de um funil, ou um “funil de
enovelamento”, esclarece que o argumento de Levinthal não é incompat́ıvel com a
hipótese termodinâmica ?
5. O que é estrutura secundária de protéınas e qual a relação com os ângulos diédricos φ
e ψ. Descreva as estruturas secundárias regulares (hélice α, folha β paralela e antipa-
ralela) em termos da direção da cadeia principal, das cadeias laterais, das ligações de
hidrogênio (direção e distância ao longo da sequencia entre os reśıduos envolvidos), e
dos ângulos diédricos φ e ψ.
6. O que é o gráfico de Ramachandran? Por que há regiões do gráfico que não são
normalmente acesśıveis? Explique por que a região acesśıvel a reśıduos de glicina
tende a ser maior e mais simétrica do que para os demais reśıduos.
7. Qual é a diferença entre as regiões das protéınas globulares normalmente chamadas
simplesmente de “espiral”(“coil”em inglês), que conectam segmentos de estrutura se-
cundária regular na estrutura terciária, e uma “espiral aleatória”(“random coil”em
inglês) que é um modelo para protéınas desenoveladas.
8. Desenhe os aminoácidos glicina, alanina e prolina. Explique porque a alanina tem
a maior propensão a formar hélice-α enquanto a glicina e a prolina têm as menores
propensões.
9. Desenhe os aminoácidos serina, treonina, glutamina, valina, leucina e fenilalanina.
Quais deles tendem a ocupar a parte externa (em contato com o solvente) e a parte
interna (escondidos do solvente) de protéınas globulares solúveis em água? Por que?
10. Considere os aminoácidos lisina e glutamato. Qual a carga de suas cadeias laterais
em pH neutro e em pH suficientemente baixo (ácido) e suficientemente alto (básico).
Devido a essa mudancca de carga da cadeia lateral os homopoĺımeros desses dois
aminoácidos (poli-Glu e poli-Lys) podem adotar a conformação de hélice α em um
pH apropriado. Em um dos casos a conformação helicoidal é adotada apenas em pH
ácido enquanto no outro apenas em pH básico. Diga qual dos dois homopoĺımeros
corresponde a cada situação e explique a razão para tal comportamento.
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11. O que é a estrutura terciária de uma protéına? O que é estrutura quaternária? O que
é um domı́nio? E um “motivo”?
12. Descreva as interações envolvidas na estabilização da estrutura de protéınas globu-
lares. Qual delas deve ser a princiapal responsável por determinar a geometria dos
segmentos de estutura secundária regular. Qual delas deve ser a principal responsável
por determinar que uma sequencia espećıfica adote uma estrutura terciária e não uma
outra ? Justifique.
13. Interações de van der Waals e o volume excluido entre dois átoms são normalmente
aproximados por um potencial de interação entre cada par de átomos conhecido como
potencial de Lennard-Jones, onde r é a distância entre os dois átomos, enquanto r0 e
� são constantes que dependem de quais são os dois átomos:
U(r) = �
((
r0
r
)12
− 2
(
r0
r
)6)
(a) Esboce o gráfico da energia de interação U(r).
(b) Qual o valor da energia para r = r0, ou seja, U(r0)? Esse é o valor de energia
mı́nimo.
(c) O que acontece com o valor da energia quando r fica muito grande? E muito
pequeno?
(d) Sabendo que a força entre os dois átoms é dada pela inclinação da curva com
sinal trocado, F = −dU(r)/dr, diga se o sinal da força é positivo (repulsivo) ou
negativo (atrativo) para r < r0 e r > r0. Qual é a força quando r = r0?
14. Descreva em termos de ∆G, ∆H e ∆S para o processo de desenovelamento, como que
a presença de ligações dissulfeto torna a protéına mais estável contra a desnaturação
por temperatura, lembrando que as ligações dissulfeto não são rompidas durante o
processo de desnaturação. A distância ao longo da sequencia entre os reśıduos de
cisteina envolvidos deve ou não influenciar no grau de estabilização?
15. Algumas protéınas, ou regiões de protéınas, são intrinsicamente desordenadas, ou seja,
não apresentam estrutura definida por si mesmas. Entretanto, quando interagem com
outras protéınas, que também podem ser intrinsicamente desordenadas, o complexo
adota um estrutura bem definida que é responsável pela função. Uma posśıvel razão
sugerida para tal mecanismo seria a possibilidade de uma interação muito espećıfica
mas sem acarretar uma afinidade excessiva. Explique essa hipótese em termos de ∆G,
∆H e ∆S para o processo de enovelamento concomitante à interação, comparando
com o processo de interação das protéınas previamente enoveladas.
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