06-Proteínas

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Aminoácidos, Peptídeos e Proteínas
Proteínas são as macromoléculas mais abundantes nas células
Ocorrem em todas as células e em todas as partes destas
Grande variedade
Diversidade de funções biológicas
Introdução
Proteínas são polímeros resultantes da desidratação de aminoácidos (AA).
Cada AA liga-se ao seu vizinho por ligação peptídica
Aminoácidos
Hormônios – Insulina
Enzimas – Pepsina
Proteção – Imunoglobulinas
Estruturais – Colágeno
Contração muscular – actina
Transporte – hemogobina
Proteínas - funções
Função energética: As proteínas fornecem energia quando os carboidratos e lipídios são insuficientes para suprir as demandas energéticas. 
Em exercícios prolongados, 5 a 10% do total da energia é proveniente das proteínas. 
Proteínas – função energética
20 aminoácidos
Grupo amino (básico) e grupo carboxila (ácido)
Aminoácidos
Carbono quiral
Estereoisômeros => enantiômeros
L-aminoácidos: Grupo amino (NH3) a esquerda
D-aminoácidos: Grupo amino (NH3) a direita
Aminoácidos – Isômeros
Relacionamento estérico entre os estereoisômeros de alanina e do gliceraldeído
Exceção: Glicina – dois ligantes iguais
Aminoácidos: Classificação
Grupos R não polares e alifáticos
Grupos R apolares => hidrofóbicos
Aminoácidos: Classificação
Grupos R aromáticos
Grupos R aromáticos
Relativamente apolares => hidrofóbicos
Absorvem luz ultravioleta
Aminoácidos: Classificação
Grupos R polares, não carregados
Grupos R polares => hidrofílicos
Capacidade de formar ligações de H com água
Aminoácidos: Classificação
Grupos R carregados positivamente
Grupos R muito hidrofílicos
Básicos
Aminoácidos: Classificação
Grupos R carregados negativamente
Grupos R muito hidrofílicos
Segundo grupo carboxila (COO-) na molécula
Ácidos
Doenças genéticas
Hemácias não conseguem ligar O2
Troca de resíduo de AA na sequencia primária
Glu => Val
Proteína mutante: Anemia falciforme
Hemácias em forma de foice
Aminoácidos podem agir como ácidos ou bases
AA em solução aquosa => íons dipolares
Aminoácidos podem agir como ácidos ou bases
A forma iônica pode agir como ácido (doador de prótons)
A forma iônica pode agir como base (aceptora de prótons)
Estado de ionização como função do pH
Ligação peptídica
Ligação peptídica
Pentapeptídeo
Ser-Gly_Tyr-Ala-Leu
Resíduo amino-terminal por convenção fica a esquerda
Ligação dissulfeto pela oxidação de duas moléculas de cisteína
Ligações dissulfeto entre resíduos de Cys estabilizam as estruturas de muitas proteínas
Cisteína forma ligação dissulfeto
As proteínas são polímeros de aminoácidos
Proteínas
Algumas proteínas contém uma única cadeia de polipeptídios
Proteínas multisubunitáris possuem mais de um polipeptídio associado
Cadeias iguais ou diferente
Hemoglobina possui quatro unidades polipeptídicas: duas cadeias α idênticas e duas cadeias β idênticas, unidas por interações não covalentes
Estrutura primária: resíduos de AAs em uma cadeia polipeptídica
Estrutura secundária: Arranjos estáveis dos resíduos de AAs
Estrutura terciária: dobramento tridimensional do polipetídeo
Estrutura quaternária: Estrutura tridimensional de uma proteína com subunidades. Maneira pela qual as subunidades se combinam. 
Níveis de estrutura proteica
Ligação peptídica: grupo -carboxila e grupo -amino;
Grupos no radical R: NUNCA participam da ligação peptídica;
Número de aminoácidos e ordem que se encontram caracteriza uma proteína.
Estrutura primária
Arranjo espacial entre os resíduos de aminoácidos adjacentes na estrutura primária 
Arranjos estáveis dos resíduos de AAs
A função de uma proteína implica em uma inter conversão entre as formas estruturais. 
Estrutura secundária
Estrutura secundária: α-hélice 
Estrutura helicoidal mais compacta
Estabilizada por ligações dissulfeto e interações não covalentes (ligações de H, interações iônicas e hidrofóbicas)
Arranjo mais simples que a cadeia polipeptídica pode assumir (ligação peptídica é rígida)
Esqueleto polipeptídico está enrolado ao redor do eixo maior da molécula, enquanto que os grupos R dos resíduos de AAs projetam-se para fora da hélice
Formação de ligações de H entre os átomos de H ligados aos de N da ligação peptídica e o átomo de O da carbonila. 
Forças estabilizadoras de α-hélice: Pontes dissulfeto (entre resíduos de Cys), e interações fracas
A sequência de AAS afeta a estrutura da α-hélice
Grande bloco de resíduos de AAs positivos ou negativos irão se repelir fortemente 
Resíduos de Ans, Ser, Thr e Leu próximos tendem a impedir a formação de α-hélice devido à forma e volume dos grupos R
Resíduos de Pro (não formam ligações de H) e Gly (maior flexibilidade)
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Estrutura secundária: folha β
Estrutura em “ziguezague” => mais estendidas
Ligações de H unem 2 segmentos da cadeia polipeptídica
Estrutura secundária: folha β
Estrutura estendida semelhante à uma série de pregas
Formação de ligações de H intercadeias
Os grupos R dos AAs projetam-se para “fora” da estrutura em ziguezague
α hélice
Folha β
Probabilidade de um resíduo AA ocorrer na estrutura secundária
Relação entre estrutura proteica e sua função biológica
Estrutura terciária diz respeito ao arranjo tridimensional global de todos os átomos de uma proteína.
Estrutura terciária
Proteínas fibrosas: possuem cadeias polipeptídicas em arranjos de folhas ou feixes.
De forma geral contém um único tipo de estrutura secundária
Proteínas globulares: possuem cadeias polipeptídicas enoveladas em formas esféricas ou globulares. 
De forma geral contém diversos tipos de estruturas secundárias. 
α-queratina: 
Α-hélice
Resistente;
Cabelo, lã, unhas, garras, espinhos, chifres, cascos e maior parte da camada externa da pele;
Proteínas fibrosas
Estrutura de fio de cabelo
Fibroína da seda
Folha β
Produzidas por insetos e aracnídeos
Estrutura flexível pois as folhas são mentidas por interações fracas
A seda não estica porque as folhas β já estão estendidas
Proteínas fibrosas
Curiosidade:
Enrolar ou alisar os cabelos permanentemente?? 
1ª etapa: redução: Clivagem das ligações dissulfeto, formado resíduos de Cys. 
O calor úmido rompe as ligações de H causando desenovelamento das α-hélices
2ª etapa: imprimir ao cabelo a forma lisa ou ondulada desejada e remoção do agente redutor
3ª etapa: oxidação: formação de novas ligações dissulfeto entre resíduos de Cys.
Resfriamento faz as cadeias polipeptidicas retornarem à sua conformação de α-hélice
Mioglobina: proteína com uma única cadeia polipeptídica e um grupo de ferro. 
Segmentos de α-hélice de comprimentos diferentes, interrompidos por folhas β
Maior parte dos grupos R hidrofóbicos localizam-se
Proteínas globulares
no interior da molécula, longe da exposição à água. 
Grupos R polares localizam-se no exterior, são hidratados
Diferentes estruturas terciárias refletem diferenças nas funções das proteínas
Proteínas globulares: Diversidade de estruturas terciárias
Proteínas globulares
Algumas proteínas possuem duas ou mais cadeias polipeptídicas. O arranjo destas subunidades em complexos tridimensionais constitui a estrutura quaternária
Proteínas multiméricas podem ter de duas a centenas de subunidades
Estrutura quaternária
Estrutura quaternária
Hemooglobina humana: Duas subunidades alfa e duas beta. 
GRUPO HEME
O que leva uma proteína a adquirir um certo enovelamento?
Desnaturação proteica
Desnaturação é a perda da estrutura tridimensional (2ª, 3ª ou 4ª) das proteínas. Com a desnaturação há perda da função. Não há perda da estrutura primária
Proteína nativa é aquela que se apresenta numa conformação espacial que permite a sua funcionalidade. 
A desnaturação proteica é a perda da funcionalidade em decorrência de uma alteração conformacional, originada pela ruptura de algumas ligações de sua estrutura (em nível de estruturas quaternária, terciária e secundária).
Desnaturação de uma proteína pode ser reversível ou irreversível. 
variações de temperatura e pH. 
Solventes orgânicos (Álcool e acetona)
Desnaturação proteica
A perda da estrutura proteica resulta na perda de função.
ATENÇÃO: na desnaturação proteica NÃO há perda da estrutura primária, ou seja, os aminoácidos continuam unidos na mesma sequência.
A estrutura primária da proteína não é rompida pois é mantida por ligações covalentes que são ligações fortes.
Desnaturação proteica
Desnaturação por temperatura
Encefalopatia espongiforme “Mal da vaca louca”
Demência
Perda de coordenação
PrP (proteína príon)
PrPc normal
PrPSc proteína mutante
Enovelamento incorreto: A doença do príon
Sabendo que a célula possui milhares de proteínas, como purificar uma única delas?
Basta selecionar por propriedade
Tamanho, carga e propriedades de ligação
Obter o extrato bruto
“correr” em cromatografia de coluna
Fase estável (matriz)
Fase móvel (solução com tampão)
Coluna maior permite maior resolução na separação
Proteínas podem ser separadas e purificadas
Cromatografia de troca iônica
Ex: Polímero carregado negativamente
Proteínas positivas ligam ao polímero e demoram mais a ser eluídas da coluna
Cromatografia de exclusão molecular
Grânulos porosos na matriz seguram as moléculas menores
Moléculas grandes não entram nos poros e são eluídas primeiro
Cromatografia de afinidade
Adiciona-se à matriz da coluna algum tipo de molécula ligante da molécula de interesse
Ex: Molécula ligadora de ATP; adiciona-se ATP à matriz
O que é desnaturação proteica?
Qual a composição básica de um aminoácido?
Quais os níveis estruturais de uma proteína?
Questões