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PROTEÍNAS | Ana Flávia Medeiros Silva PROTEINAS São polímeros lineares constituídos de unidades monoméricas denominadas aminoácidos. O conjunto de aminoácidos formam as proteínas São macromoléculas versáteis que serve para funções cruciais em quase todos processos biológicos, já que inclui enzimas (catálise enzimática-aumenta velocidade da reação) Proteínas compõem membranas e organelas, citoesqueleto, matriz extracelular, permite reconhecimento (de bactérias por exemplo); faz transporte de moléculas (O2, lipídeos, etc.) e íons pelo plasma e transfere essas moléculas através da membrana. Também possuem função imunitária (citocinas e anticorpos); atividade dos genes- proteínas reguladoras se ligam ao DNA sinalizando o início e término da transcrição. Atua nos mecanismos contráteis- actina e miosina; controle do metabolismo (hormônios insulina e glucagom) Proteínas se diferem pelo- tipo, sequência e quantidade de aminoácido Humano- produz 12 aminoácidos naturais e 8 essenciais (são obtidos pela alimentação) - que são a isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, triptofano, treonina e valina Aminoácidos: tem 20 tipos diferentes—constituem o bloco de contrução das proteínas, o conjunto de aminoácidos formam as proteínas São polipeptídeos= aminoácidos se ligam por ligações peptídicas Células produzem proteínas com propriedades e atividades diferentes, podendo ligar os mesmos 20 aminoácidos em combinações e sequências diversas. Aminoácidos: apresentam um carbono quiral que se liga a um grupo carboxílico (carboxila- COOH), um grupo amino (NH2), um hidrogênio e um grupo radical (R) que varia, diferenciando os aminoácidos e proteínas Aminoácidos tem 20 tipos de cadeias laterais (R)- variações: tamanho, forma, carga, capacidade de formar pontes de hidrogênio, caráter hidrofóbico, reatividade química Representação estrutural da molécula de aminoácido: As propriedades das cadeias laterais dos aminoácidos são importantes para conformação e função das proteínas- principalmente pela afinidade com água. De acordo com a polaridade do grupo R os aminoácidos são classificados em: Apolares: Grupo R hidrofóbico (grande cadeia de hidrocarbonetos) que não interage com água e por isso são encontrados no interior da molécula proteica As estruturas tridimensionais das proteínas hidrossolúveis são estabilizadas- efeito hidrofóbico Faz parte: glicina, alanina, valina, leucina, isoleucina, metionina, prolina, fenilalanina e triptofano Podem ser apolares aromáticos ou alifáticos PROTEÍNAS | Ana Flávia Medeiros Silva Polares: Grupo R hidrofílico Tem nas cadeias laterais grupos com carga elétrica líquida ou grupos com cargas residuais que permite a interação com água; geralmente ficam na superfície da molécula de proteína São divididos em 3 categorias de acordo com a carga: Básicos (carga positiva); ácidos (carga negativa, tem segundo grupo de ácido carboxílico); sem carga ou neutro (cadeia sem carga líquida) Grupos R formam ligações de Hidrogênio com água. Pode conter hidroxilas que torna hidrofílica e reativa Exemplo- serina 20 tipos de aminoácidos que produzem proteínas- porém pode ter outros tipos de aminoácidos, por exemplo- em parede celular vegetal, colágeno, proteína de coagulação protombina, constituintes da miosina, proteína contrátil do músculo. Alguns resíduos de aminoácidos podem ser modificados para alterar a função da proteína- adição de grupo fosforil, metil, acetil, adenilil, ADP- ribosil A fosforilação e modificação covalente são estratégias reguladoras Cerca de 300 aminoácidos foram encontrados nas células, mas não são todos constituintes de proteínas Grupos R são capazes de doar ou aceitar prótons- facilita reações e forma pontes iônicas- dos 20 aminoácidos, 7 tem cadeia lateral ionizável O estado de ionização de um aminoácido varia com o pH. pH alto= mais básico, tira H+, ácido carboxílico perde 1 próton (H), pois seu pKa é próximo de 2) Ligação peptídica: os aminoácidos podem formar polímeros lineares pela ligação do grupo α-carboxila de um aminoácido com o grupo α-amino de outro, tendo exclusão/perda de uma molécula de água. Cadeias peptídicas tem polaridade- qualquer n° de aminoácidos os peptídeos apresentam grupamento amina livre em uma das extremidades (amino terminal) e um grupo carboxila livre na outra extremidade (carboxila terminal) A sequência de aminoácidos determina a estrutura espacial da proteína Proteínas desempenham funções específicas cada uma tem estrutura tridimensional definida Níveis de estrutura da proteína: organização tridimensional- Primária Sequência de aminoácidos lineares, com ligação peptídica. É determinada geneticamente e específica para cada proteína. Amino carboxílico. Dobramento forma a estrutura secundária Secundária Formada a partir de ligação de H entre as moléculas da ligação peptídica- a partir de dobramentos da estrutura primária. Radicais não se ligam. Pode estar em forma de α-hélice ou Folhas β pregueadas. Terciária Dobramento final da cadeia peptídica, arranho tridimensional em todos átomos da proteína os radicais que fazem interação. Pode ter ligação de H, interações hidrofóbicas, ligações iônicas e forças de van der Walls Quaternária Associação de 2 ou mais cadeias peptídicas (estruturas terciárias) para compor uma proteína funcional. Ex- dímero, tetrâmero (hemoglobina) PROTEÍNAS | Ana Flávia Medeiros Silva Estrutura secundária: a partir de ligações de H entre amino e carboxila, podem estar em forma de α-hélice (enrolamento da cadeia) ou Folha β pregueada (sequência de aminoácidos que se ligam a outra sequência paralela, pode ter arranjo anti-paralelo ou paralelo) Apesar da ligação de H ser fraca o grande n° dessas ligações permite a estabilidade α-hélice: estrutura espiralada, estabilizada por ligações de H dentro da cadeia (entre uma unidade peptídica e a quarta unidade peptídica por exemplo), essas ligações ficam paralelas ao eixo da hélice. Cadeias laterais dos aminoácidos (R) estão projetadas para fora da hélice e não participam da ponte de H. as hélices com sentido de giro para direita são mais favoráveis energeticamente. Folhas β pregueadas: os aminoácidos ficam lado a lado (paralelo), são estabilizadas por ligações de H entre unidades peptídicas; podem ser paralelas, antiparalelas ou mistas Exemplo de alteração da estrutura de proteínas- Príon (proteinaceous infectious particle)- partícula infecciosa constituída apenas de proteína, responsável por encefalopatias transmissíveis em mamíferos. A mudança consiste no aumento do conteúdo de folha β pregueada e redução de α-hélice Estrutura terciária> dobramento final da cadeia polipeptíca, com arranjo tridimensional em todos átomos. A partir da estrutura secundária começa a ter conexões entre α-hélice distantes; nesse caso são os radicais (Grupo R) que fazem interações; Pode ter ligações de H, interações hidrofóbicas, ligação iônica, forças de Van der Walls. Além das ligações não covalentes a estrutura proteica pode ser estabilizada por ligação covalente- ponte dissulfeto, formada entre dois resíduos de cisteína Proteínas são classificadas em globulares ou fibrosas de acordo com sua forma PROTEÍNAS | Ana Flávia Medeiros Silva Proteínas fibrosas Formada por um único tipo de estrutura secundária; forma alongada, cadeias polipeptícas em feixes, geralmente insolúveis (aminoácidos mais apolares) e desempenham papel estrutural em sistemas biológicos- suporte, forma, proteção externa de vertebrados. Ex= α-queratina, colágeno Proteínas globulares Uma ou mais cadeias polipeptídicas organizadas em forma parecida com esfera; geralmente solúveis, funções dinâmicas. Compõem principalmente enzimas e proteínas regulatórias Proteínas fibrosas- exemplo: α-queratina, com filamento intermediário, em- cabelo, lã, unha, garras, chifres, cascos,pele. São 2 longas α-hélice que se conectam e vão de enrolando e podem interagir com outras (protofilamento)- conexão entre protofilamentos vai formando protofibrilas Tem frequente formação de pontes dissulfeto (ligação covalente de cisteínas) entre cadeias laterais de cisteínas, o padrão dessas pontes deterina grau de ondulação do cabelo, lã. Cabelo liso- ligações cisteínas alinhadas; alisar: desfaz pontes dissulfeto por agentes redutores; cachear- refaz novas posições por tratamento com agentes oxidantes Colágeno- proteína fibrosa, pobre em aminoácidos. Cadeias polipeptícas tem conformação helicoidal (forma α-hélice que se ligam). O aumento da inelasticidade do tecido conjuntivo a medida que envelhece resulta na acumulação de ligações covalentes cruzadas nas fibrilas de colágeno Proteínas globulares: enzimas, proteínas transportadoras, proteínas motoras, proteínas regulatórias, imunoglobinas. Em uma proteína globular os polipeptídeos se enovelam um sobre os outros gerando estruturas compactas. O interior é constituído de radicais apolares (hidrofóbicos), o exterior tem mais hidrofílicos Proteínas de alto valor biológico: mais n° de aminoácidos essenciais na quantidade e relação adequada para manter o equilíbrio nitrogenado, crescimento e reparo de tecidos. Origem animal- ovos, leite, carne, peixes, aves; vegetal- soja Proteínas de baixo valor biológico- quantidade reduzida de aminoácidos essenciais ou não contém eles. Origem vegetal- lentilha, feijão, ervilha... Desnaturação proteica: condição que desestabiliza; alterações estruturais- ruptura e destruição da estrutura secundária, terciária e quaternária (estrutura primária fica intacta pois tem ligação covalente que é mais firme). Processo induzido por alterações físicas e químicas no ambiente proteico que resulta na destruição da conformação nativa por causa do rompimento de ligações não covalentes Em casos de pH extremo, aumento de temperatura, solventes orgânicos (álcool, acetona), concentração de sais, polaridade do meio. Ex- albumina (proteína do ovo-clara) quando aquece tem desnaturação- fica branco PROTEÍNAS | Ana Flávia Medeiros Silva Desnaturação pode ser um processo irreversível Mutações: alterações na estrutura primária, perda da função de uma proteína. Ex- anemia falciforme. Enzimas- tipo de proteína globular; São catalisadores- atua diminuindo a energia de ativação e aumentando a velocidade da reação, menos gasto energético. São específicas para um substrato (reagente), esse substrato se conecta a enzima Enzimas não alteram o equilíbrio e a energia livre da reação (determina se é endotérmica ou exotérmica) Sítio ativo- região que permite a ligação com substrato e onde ocorre a reação catalítica- alterações no aminoácido altera o sítio ativo e a reação não ocorre Modelo chave-fechadura: errado, pois considerava que a enzima possuía sitio ativo complementar ao substrato, com espaço certinho. Porém o certo seria encaixe induzido: a enzima e o substrato sofrem mudanças de conformação para o encaixe Energia de ligação entre enzima e subtstrato: energia produzida entre a interação enzima-substrato. A energia livre da interação enzima-substrato é chamada de energia de ligação, a energia de ligação é a maior fonte de energia livre usada pelas enzimas para diminuir a energia de ativação das reações Alosteria- as enzimas podem ter conformação alteradas de acordo com a molécula que se liga a ela. Inibidores enzimáticos- inibe a atividade da enzima, são substâncias que reduzem a velocidade de reação enzimática, ao invés de degradar as enzimas pode inibir para que não funcionem- para inibir ou desinibir pode ser feito- regulação alostérica, associação com molécula inibidora, modificação covalente, compartimentalização Tem inibidores reversíveis competitivos: compete com o substrato por lugar no sítio ativo e se conseguir a reação não ocorre Inibidores reversíveis não competitivos Inibidores irreversíveis
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