04 Proteínas

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Aminoácidos e Proteínas 
 
Quando não consideramos a água, as proteínas são as 
moléculas mais abundantes de uma célula. Ao lado, é 
mostrado a composição de uma célula bacteriana. Como pode 
ser visto, metade das substâncias químicas de uma célula 
bacteriana é composta por proteínas. 
As proteínas moléculas mais complexas e 
funcionalmente sofisticadas. Conforme visto, anteriormente 
as proteínas são polímeros de aminoácidos ligados em cadeia, 
formando assim uma macromolécula. A forma (e a função) de 
uma proteína tem relação direta com a sequência de aminoácidos dessa proteína. Uma proteína específica 
sempre terá uma mesma sequência de aminoácidos. 
 
As proteínas podem várias de funções, como por exemplo: 
 Enzimas  catalisam as reações químicas. Para cada reação química existe uma enzima específica. É 
IMPORTANTE RESSALTAR QUE TODA ENZIMA É UMA PROTEÍNA, MAS NEM TODA PROTEÍNA É 
UMA ENZIMA. 
 Formar estruturas  proteínas como colágeno, elastina, queratina, tubulina, actina são exemplos de 
proteínas que dão rigidez ou estrutura para uma célula ou estrutura 
 Transporte  a hemoglobina é uma proteína presente nas hemácias com a função de transportar 
oxigênio. nas membranas celulares existem proteínas que transportam substâncias específicas como 
íons de cálcio, íons de hidrogênio, glicose, entre outros 
 Movimentaçãos  a miosina é uma proteína que possibilita a contração muscular. As cinesinas, 
dideínas possibilitam movimentos dentro da célula 
 Proteínas de armazenamento  o ferro é armazenado no fígado no ligado a uma proteína. a 
ovoalbumina é uma proteína da clara do ovo utilizada como para nutrir o embrião das aves 
 Sinalização  muitas células se comunicam através de proteínas como por exemplo alguns 
hormônios. A insulina produzida pelo pâncreas dá um sinal a célula para a maior entrada de glicose 
 Recepção  as células possuem diversos receptores que atuam na identificação da insulina e outras 
proteínas, sendo também importante na identificação de organismos estranhos pelas células de 
defesa 
 Regulação gênica  um gene pode ser ligado ou desligado através da interação com uma proteína. 
é importante ressaltar que é uma proteína é produzida através de um gene específico. 
 Finalidades específicas  existem várias proteínas com finalidades específicas como por exemplo 
proteínas congelantes, proteínas florescentes, proteínas que possibilitam a fixação, entre outros 
 
Conforme visto anteriormente, todos os aminoácidos possuem uma estrutura comum, formada por: 
(1) um grupo amino, (2) um grupo carboxila e (3) um grupo lateral (ou radical) ligado a um átomo de carbono. 
Os aminoácidos de uma proteína são ligados entre si através de uma ligação covalente (isso é compartilham 
elétrons) entre 2 aminoácidos. essa ligação é chamada de ligação peptídica. a ligação peptídica sempre 
ocorrerá entre o grupo carboxila de 1 aminoácido com o grupo amino do aminoácido seguinte. 
 
 
 
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As proteínas também são chamadas de peptídeos, e os aminoácidos ligados em cadeia formam o que 
é chamado de cadeia polipeptídica. Várias cadeias polipeptídicas diferentes podem se unir para formar uma 
proteína mais complexa, como por exemplo a hemoglobina que é formada por 4 cadeias polipeptídicas. 
Independente do tamanho da cadeia polipeptídica sempre haverá uma extremidade formada por um grupo 
amino (chamado de aminoterminal) e a outra extremidade terminada no grupo carboxila (chamada de 
carboxiterminal). 
Em uma proteína, podem ser identificados a 
cadeia principal polipeptídica e as cadeias laterais. uma 
vez que as ligações peptídicas são ligações covalentes 
simples as cadeias laterais podem rotacionar estando 
voltadas para cima ou para baixo dependendo da 
interação com outros aminoácidos, como iremos explicar 
mais adiante. 
Ao todo existem 20 aminoácidos diferentes, que 
podem ser abreviados por 3 letras. As cadeias laterias (ou 
radicais) dos aminoácidos podem ter 
características químicas diferentes, permitindo 
que sejam agrupados ou classificados com base 
em suas características. existem ainda 
aminoácidos chamados de aminoácidos 
essenciais, que não são produzidos pelo 
organismo dos seres humanos, são necessários 
para a sobrevivência do organismo, sendo 
obtidos através da alimentação. 
As cadeias polipeptídicas podem apresentar diferentes níveis de organização espacial. Sendo assim, 
as proteínas podem ter 4 níveis de estrutura: 
 Estrutura primária  “linha” de aminoácidos sem uma forma/interação específica 
 Estrutura secundária  grau inicial de interação entre os aminoácidos de uma cadeia. podem 
apresentar estrutura α-hélice ou folha β (ou β pregueada). estas 
formas ocorrem devido aos diferentes tipos de interação entre os 
aminoácidos. 
o Na alfa hélice os aminoácidos interagem de maneira a 
formar uma estrutura parecido com um fio de telefone ou o 
cabelo cacheado. A alfa hélice pode ter giros para a 
esquerda ou para direita 
o A organização em folha β é caracteritizada por uma 
interação em ziguezague ou em paralelo 
 Estrutura terciária  enovelamento de uma cadeia polipeptídica. A forma terciária pode apresentar 
estrutura primária (em branco) e secundária (verde e vermelho) em diferentes 
regiões da cadeia polipeptidica (figura ao lado ). A estrutura terciária é a 
consequência da interação entre os aminoácidos existentes ao longo de toda a 
cadeia. Essas interações e esse enovelamento, na grande maioria das vezes, 
ocorrem de maneira natural, não sendo necessário gasto de energia. A forma 
e a função da proteína é determinada pelas interações químicas existentes 
nela. Em uma mesma proteína podem haver regiões distintas com funções 
diferentes. Essas poções são chamados de domínios de uma proteína. 
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 Estrutura quaternária  quando 2 ou mais cadeias polipeptídicas 
diferentes se unem para formar uma proteína funcional. podemos citar a 
proteína CAP, que possui 2 cadeias polipeptídicas(uma verde e marrom), e 
a hemoglobina, que possui 4 cadeias. Essas cadeias polipeptídicas são 
chamadas de subunidades. As subunidades de uma proteína quarternária 
não se ligam através de ligações covalentes, ligando-se através de ligações 
não covalentes em partes específicas de uma proteína. Essa ligação entre 
cadeias é possibilitada por conta das diferentes características 
químicas dos aminoácidos. Apresentamos ao lado um esquema 
simplificado de interações que matêm 2 sunidades (verde claro e 
verde escuro) ligadas de maneira não-covalente. 
 
Conforme foi repetido 
várias vezes, uma proteína 
possui uma estrutura devido às 
interações existentes os átomos 
presentes na cadeia principal ou 
nos grupo radicais. Essas ligações 
químicas podem ser covalentes 
(pontes dissulfeto) e interaçoes 
não-covalentes (atraçoes 
eletrostáticas, ligações de 
hidrogênio, atrações de van der 
Waals). 
Os anticorpos, presentes no sistema imune, são proteínas externas 
às células, podendo esta ligados a porção externa da membrana ou estando 
livres na corrente sanguínea. Por estar em um ambiente menos estável, o 
anticorpo apresenta ligações dissulfeto a sua estrutra (-S-S- em vermelho). 
Além disso, os sitíos de ligação ao antígeno do anticorpo pode possuir uma 
capacidade de se ligar a moléculas ligeiramente diferente. 
Alguns grupos radicais possuem 
característica apolar (hidrofóbica), isto é, 
“aversão” à água enquanto outros são polares 
(hidrofílicos). Devido a essa característica estes 
grupos radicais tendem a se “esconder” nas 
regiões mas internas da proteína, afastando-se 
assim das interações com a água. Desta maneira, 
os grupos hidrofílicos tendem a ficar apontados 
para a região externa dá proteína. Essa 
característica somente é possível por conta das 
ligações simples que permitem a rotação dos radicais na cadeia principal. 
Apesar de geralmente a proteína 
formar a sua estrutura enovelada de 
maneira natural,em algumas situações 
outras proteínas, chamadas de proteínas 
chaperonas, auxiliam no enovelamento 
final da proteína, podendo se ligar diretamente à proteína ou formando uma 
câmara com condições ideais para o dobramento da proteína. 
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Uma vez que a maioria das interações químicas que dão forma a proteína são interações não 
covalente e esse tipo de ligações são relativamente fracas, essas interações/ligações podem ser rompidas e 
esta proteína pode ter a sua forma enovelada desfeita, dependendo dos fatores ambientais em que a 
proteína está inserida. Isto pode ocorrer devido a (1) altas temperaturas, por exemplo no ovo frito), (2) 
choque mecânica, por exemplo clara do ovo em neve, (3) alteração do pH em que a proteína se encontra 
(ambiente com muita uréia). Esse processo, em que a proteína perde a sua forma enovelada e 
consequentemente a sua função, é chamado de desnaturação. Na célula, sim o fator desnaturante for 
retirado, a proteína pode voltar naturalmente a sua forma enovelada, esse processo tem o nome de 
renaturação. Proteínas que possuem ligações dissulfeto, que são ligações covalentes (e são relativamente 
mais fortes), são mais resistentes a desnaturação, sendo encontradas em regiões externas da célula, como 
por exemplo na porção externa da membrana celular. 
 
Um determinada proteína 
sempre terá uma mesma forma final, 
no entanto as proteína podem ter 
diferentes configurações. As 
proteínas também podem ser 
representadas de diferentes 
maneiras. Apresentamos a forma de 
diferentes proteínas e diferentes 
maneiras de representar 
visualmente a proteína carreadora 
Hpr (canto superior esquerdo). As 
cores são meramente ilustrativas. 
Note que, apesar de representado na 
imagem o DNA NÃO É UMA 
PROTEÍNA, mas a Desoxinuclease é 
uma proteína que se liga ao DNA. 
Conform pode ser visto, as 
proteínas podem se agregar e formar 
estruturas maiores, formando 
filamento, lâminas ou esferas. 
 
Como uma proteína funciona 
 
As diferentes formas e configurações possíveis das proteínas conferem a 
estas diferentes capacidades. No entanto TODAS AS PROTEÍNAS se ligam a outras 
moléculas. Em alguns casos, essa ligação pode ser muito forte e de longa duração ou 
fraca e de curta duração. Independente da força, uma proteína sempre se ligará a 
uma molécula específica, podendo, em alguns casos, haver ligação de moléculas com 
forma ou composição similares. Essa seletividade é uma 
consequência direta da composição e forma da proteína. A 
substância que se liga a proteína é chamada de ligante e a região 
da proteína onde ocorre a ligação é chamada de sítio de ligação. 
Geralmente, o sítio de ligação é formado por uma cavidade, em 
que os aminoácidos presentes nesta cavidade interagem com o 
ligante de forma específica. É importante ressaltar que os aminoácidos 
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responsáveis por formarem o sítio de ligação não estão necessariamente próximos uns dos outros na cadeia 
peptídica, de maneira que esses aminoácidos podem se aproximar devido ao dobramento da proteína. 
Algumas proteínas possuem que possuem mais de um domínio podem ter a capacidade de alterar 
sua estrutra. Essas alterações geralmente ocorrem devido a leves mudanças no ambiente ou a interação com 
outras moléculas. Como exemplo, podemos citar as proteínas de membrana. A proteína canal de sódio tem 
uma comporta que pode ser aberta se houver uma alteração elética na célula. Já a bomba de sódio e potásio 
pode mudar sua confomação após a ligação de íons de sódio (Na+) e a adição de grupo fosfato (Pi) (adicionado 
pela própria proteína da bomba se sódio e potássio ). Após a alteração incial da sua forma, a proteína permite 
a ligação de íons de potassio (K+) e volta a sua posição inicial através da retirada do grupo fosfato e ligação 
de potassio (K+). As proteínas motoras são outras proteínas que mudam sua forma, gerando “movimentação. 
Essas alteraçoes nas formas são chamadas de alteração na conformação de uma proteína. 
 
 
 
 
Quando tratamos de enzimas (lembre-se que toda enzima é uma proteína), utilizamos termos 
diferentes. Nas enzimas, o ligante é chamado de substrato e o sítio de ligação é chamado de sítio ativo. 
 
As enzimas 
 
As enzimas podem ser agrupadas em classes funcionais, com base no tipo de reações químicas que 
catalisam. Cada tipo de enzima é altamente específico, catalisando apenas um tipo de reação. As enzimas 
são indicadas pela terminação -ase. Com algumas poucas exceções, toda enzima tem a terminação -ase. 
Hidrolase Denominação geral para enzimas que catalisam reações de quebra hidrolítica. 
Nuclease Promove a quebra entre os nucleotídeos. 
Protease 
Promove a quebra de proteínas pelo rompimento das ligações peptídicas entre os 
aminoácidos. 
Ligase Catalisa a ligação entre duas moléculas 
Isomerase Catalisa o rearranjo de ligações em uma única molécula. 
Polimerase Catalisa reações de para formação de polímeros. 
Cinase 
Catalisa a adição de grupos fosfato a moléculas, adicionando grupos fosfato a outras 
proteínas. 
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Fosfatase Catalisa a remoção, por hidrólise, de grupos fosfatos de uma molécula. 
Oxidorredutase 
Denominação geral para enzimas que catalisam reações onde uma molécula é oxidada, 
enquanto outra é reduzi da. Enzimas desse tipo são frequentemente chamadas de oxidases, 
redutases ou desidrogenases. 
ATPase 
Diversas proteínas possuem atividade de consumo de energia como parte da sua função, 
incluindo as proteínas motoras e as proteínas transportadoras de membrana 
 
Em reações que envolvem dois ou mais substratos, o sítio ativo age como um molde que mantém os 
reagentes próximos e na orientação adequada para que a reação ocorra. Em outro tipo de ação enzimática, 
o sítio ativo de uma enzima contém grupos químicos precisamente posicionados para acelerar reações por 
meio da alteração da distribuição de elétrons no seu 
substrato. Além disso, a ligação à enzima também pode 
alterar a estrutura do substrato, curvando ligações para 
deslocar a molécula ligada a um estado de transição 
específico. Vários fármacos tem o seu efeito através da 
inibição da ação das enzimas. 
COMO FUNCIONA UMA ENZIMA – O EXEMPLO DA LISOZIMA 
A lisozima, é uma exceção de nome de enzima que não possui a terminação -ase, sendo uma enzima 
que age como um antibiótico natural na clara-do-ovo, na saliva, nas lágrimas e em outras secreções, clivando 
as cadeias polissacarídicas que formam a parede celular de bactérias, induzindo a ruptura da parede celular 
e a lise da bactéria. A reação catalisada pela lisozima é uma hidrólise: a enzima adiciona uma molécula de 
água na ligação simples entre dois açúcares adjacentes na cadeia polissacarídica, causando a quebra da 
ligação. Essa reação é energeticamente favorável, porque a energia livre da cadeia clivada é menor do que a 
energia livre da cadeia intacta. 
Para uma molécula de água clivar a ligação entre dois açúcares, a molécula do polissacarídeo precisa 
estar distorcida em um ângulo específico – estado de transição –, no qual os átomos ao redor da ligação 
possuem geometria e distribuição eletrônica alteradas. É nesse ponto que as enzimas atuam. 
Como qualquer enzima, a lisozima possui um sítio específico de ligação em sua superfície, chamado 
de sítio ativo, que reconhece e se encaixa ao redor da molécula que serve como seu substrato. É no sítio 
ativo que ocorre a catálise da reação química. Como o seu substrato é um polímero, o sítio ativo da lisozima 
é um longo sulco capaz de se ligar a seis moléculas interligadas de açúcar da cadeia polissacarídica ao mesmo 
tempo. A cadeia clivada é então liberada rapidamente, deixando a enzima livre para novos ciclos de clivagem. 
O processo químico responsável pela 
ligação da lisozima ao seu substrato é o 
mesmo responsável pela ligação do 
anticorpo ao seu antígeno: a formação 
de múltiplas ligações não covalentes. 
A ligação que será rompida é mantida na proximidade de dois aminoácidoscom cadeias laterais 
ácidas localizados no sítio ativo da enzima. No microambiente do sítio ativo da lisozima, são criadas condições 
que reduzem significativamente a energia de ativação necessária para que ocorra a hidrólise. Toda essa 
reação química, desde a ligação inicial do substrato polissacarídico à superfície da enzima até a liberação das 
cadeias clivadas, ocorre milhões de vezes mais rapidamente do que ocorreria na ausência da enzima. 
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Como vimos no exemplo da lisozima, o sítio ativo de uma enzima contém grupos químicos 
precisamente posicionados para acelerar reações por meio da alteração da distribuição de elétrons no seu 
substrato. A ligação à enzima também altera a estrutura do substrato, curvando ligações para deslocar a 
molécula ligada a um estado de transição específico. Por fim, como a lisozima, muitas enzimas participam 
intimamente da reação pela formação transitória de ligações covalentes entre o substrato e uma cadeia 
lateral de aminoácidos no sítio ativo. A restauração do estado original da cadeia lateral ocorre em etapas 
subsequentes da reação; assim, a enzima permanece inalterada ao término do processo e pode catalisar 
muitos outros ciclos de reações. 
Como a ação da proteína pode ser controlada? 
 
A regulação da atividade proteica ocorre em diferentes níveis. 
 A produção de mais proteína pode ser inibida (regulação da expressão gênica) 
 Regulação da taxa de degradação de proteínas 
 Reduzir a atividade de uma enzima (proteína) em compartimentos específicos na célula 
 Interação com outras proteínas ou substâncias (explicadas abaixo) 
Na retroalimentação negativa, por exemplo, uma enzima de uma etapa 
inicial de uma via metabólica é inibida pelo produto de uma etapa posterior da via. 
Assim, quando grandes quantidades do produto final se acumulam, o produto se 
liga à primeira enzima, diminuindo sua atividade catalítica, e limitando a entrada de 
mais substrato na via metabólica. Na imagem ao lado, a produto Z inibe a primeira 
enzima da via que é específica para a sua própria síntese, limitando a sua própria 
concentração na célula. Esse tipo de retroalimentação é uma regulação negativa: 
ela impede a ação da enzima. 
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As enzimas também podem sofrer regulação 
positiva, na qual a atividade enzimática é estimulada por 
uma molécula regulatória, e não inibida. 
Muitas enzimas possuem pelo menos dois sítios de 
ligação em sua superfície: o sítio ativo que reconhece o 
substrato e um ou mais sítios que reconhecem moléculas 
regulatórias. E todos esses sítios de ligação, de alguma 
maneira, se “comunicam”, permitindo que os eventos 
catalíticos no sítio ativo sejam influenciados pela ligação de uma molécula de regulação em um sítio 
independente. 
Atualmente é sabido que a interação entre sítios de ligação localizados em diferentes regiões de uma 
molécula proteica é dependente de alterações conformacionais na proteína: a associação de um ligante a 
um dos sítios induz uma alteração na estrutura da proteína de uma conformação enovelada para outra 
conformação enovelada ligeiramente distinta, o que altera a ligação de uma molécula ao segundo sítio de 
ligação. Diversas enzimas – se não a for a maioria – possuem duas ou mais conformações ligeiramente 
distintas, sendo chamadas de proteínas alostéricas. Como cada conformação da proteína possui uma 
superfície um pouco diferente, os sítios de ligação para cada um dos ligantes será afetado pelas mudanças 
conformacionais da enzima. 
A fosforilação pode controlar a atividade enzimática pela indução de mudanças conformacionais. e 
A ligação covalente de grupos fosfato (fosforilação)a uma ou mais cadeias laterais de aminoácidos da 
proteína causa uma grande alteração conformacional na proteína. Essa mudança conformacional pode afetar 
a ligação do substrato ou de outros ligantes à superfície da proteína, 
alterando sua atividade. A remoção do grupo fosfato (chamado de 
desfosforilação) por uma segunda enzima retorna a proteína à sua 
conformação original, restaurando sua atividade inicial. Essa adição ou 
retirada do grupo fosfato geralmente é feita por outras enzimas, 
geralmente das famílias das proteína-cinase (fosforilação) e proteína-
fosfatase (desfosforilação). A fosforilação pode estimular ou inibir a 
atividade proteica, dependendo da proteína envolvida e do sítio de 
fosforilação. 
Além disso, algumas Proteínas de ligação ao GTP são 
reguladas pela presença do GTP, que pode ser quebrado por 
uma hidrólise pela própria proteína, que se torna inativa. A 
ativação da proteína pela entrada de um novo GTP, que ativa a 
proteína, geralmente são estimuladas em resposta a um sinal recebido pela célula. Por sua vez, as proteínas 
de ligação ao GTP se ligam a outras proteínas, controlando a sua atividade 
No caso de proteínas motoras, responsáveis pela contração muscular e pela 
maior parte dos movimentos da célula eucariótica, a proteína tem a sua conformação 
alterada em um ciclo de movimentos (e reações químicas) ordenados. No exemplo ao 
lado, a ligação, hidrólise do ATP e saída do ADP e Pi geram alterações estruturais da 
proteína motora, que geram o movimento e consequentemente, a proteína se desloca 
continuamente em um sentido. Por exemplo, as proteínas motoras podem mediar o 
deslocamento dos cromossomos para extremidades opostas da célula durante a mitose 
e o movimento de organelas ao longo da estrutura do citoesqueleto. 
As tarefas mais complexas são desempenhadas por agregados de proteínas, 
formados por muitas proteínas e moléculas. Na maioria dessas máquinas proteicas, é a 
hidrólise de trifosfatos de nucleosídeos ligados (ATP ou GTP) que direciona e ordena 
séries de mudanças na conformação em algumas das subunidades individualmente, 
permitindo que todo o conjunto se mova de forma coordenada. Dessa maneira, as 
enzimas apropriadas podem ser posicionadas de modo a realizar sucessivas reações em 
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série. A imagem abaixo representa a interação entre 3 proteínas hipotéticas distintas, interagindo para abrir 
um cofre, com a utilização de ATP. Um exemplo prático dessa maquinaria proteica é a proteína ATP sintase, 
que é responsável pela síntese de ATP na mitocôndria.