Enovelamento proteico

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Enovelamento 
proteico 
↪ → ○ ↓ ↑ 
 
Conformação 
↪ É o arranjo espacial de todos os átomos que 
compõem uma proteína, incluindo todos os estados 
estruturais que podem ser alcançados sem que as 
ligações covalentes sejam rompidas . 
 
Enovelamento 
↪ Termodinamicamente, as proteínas nativas são 
apenas marginalmente estáveis em condições 
fisiológicas 
 para uma proteína de 100 resíduos 
 estado enovelado 21Kj.mol 
 estado desenovelado 63 Kj.mol ( maior grau de 
desordem ) 
 
↪ Mudanças nas conformações das proteínas são 
necessárias para elas interagirem com outras 
moléculas e realizarem suas funções metabólicas 
↪O processo de enovelamento começa co-
traducionalmente, então, a porção N-terminal de uma 
proteína começa a se enovelar mesmo antes da 
proteína estar completamente traduzida, ou seja, a 
porção C-terminal ainda pode estar seno sintetizada 
no ribossomo. 
 
 
Desnaturação de proteínas 
↪ A estrutura proteica permite o funcionamento das 
proteínas em ambientes celulares particulares. 
-↪Mudanças destas condições – perda de estrutura = 
perda de função 
↪ A desnaturação ocorre quando a perda de 
estrutura tridimensional é suficiente para causar uma 
perda de função. 
↪Baixa estabilidade conformacional – maior 
suscetibilidade à desnaturação ( alteração no balanço 
das forças que mantêm a estrutura nativa. 
 
 
↪ O estado desnaturado de uma proteína não 
necessariamente corresponde a um desenovelamento 
completo, por exemplo, a desnaturação de um 
domínio da proteína ( função da proteína ) mesmo 
que o restante da proteína esteja enovelado 
naturalmente. 
↪ A desnaturação de algumas proteínas é reversível, 
a isto chama-se Renaturação 
 
O que ocorre quando desnaturamos uma proteína ? 
↪Estrutura quaternária – a subunidades são 
dissociadas 
↪Estrutura terciária - rompimento das ligações de 
encofre e das forças de van der Waals 
↪Estrutura secundária – desfaz a conformação em 
alga- hélice e folhas beta rompendo ligações de 
hidrogênio 
↪Estrutura primaria – não é afetada pela 
desnaturação 
 
↪ Como desnaturamos proteínas ? 
1) aquecimento 
2) pH 
3) Detergentes 
4) Agentes caotrópicos (guanidina e uréia ) 
5) Alta pressão 
6) Agendes desnaturantes ( quebra de ligações de 
disulfeto) como Beta mercaptoetanol 
 
Aquecimento: 
↪ Desfaz – ligações de hidrogênio e interações 
Hidrofóbicas . 
↪ Porque o calor inserido aumenta a energia cinética 
fazendo com que haja uma rápida e violenta vibração 
das moléculas = rompimento de ligações 
↪ Se a temperatura for vigorosamente aumentada, a 
conformação da proteína permanece a mesma até 
que há uma abrupta perda da estrutura em na 
pequena faixa de temperatura 
 
 
↪ A desnaturação é um processo cooperativo , ou , 
seja , a perda de estrutura em uma parte da proteína 
desestabiliza outras partes da proteína. 
Ex: desnaturação da Albumina ( a desnaturação do 
ovo é irreversível ,entretando, muitras proteínas são 
capazes de se reenovelar após as perturbações 
↪ Baixas temperaturas também desnaturam as 
proteínas 
↪ Afeta principalmente as interações hidrofóbicas ; 
↪Menor temperatura = maior hidratação dos 
resíduos apolares 
↪Agregação 
↪Perda de solubilidade 
 
pH 
↪ Desfaz: ligações de hidrogênio, interações 
eletrostática porque altera o estado iônico das cadeias 
dos aminoácidos, alterando a distribuição de cargas 
 
Detergentes 
↪Desfaz interações hidrofóbicas 
↪ Porque faz associação da porção hidrofóbicas da 
proteínas com a porção hidrofóbica do detergente – 
as porções hidrofóbicas não se associam-se mais 
entre sim 
 
Agentes caotrópicas ( ureia e guanidina) 
↪ Desfaz: ligações de hidrogênio, interações de van 
de Waals e interações hidrofóbicas. 
Ureia- rompe grande número de interações fracas 
G↪ ndHCL – as únicas ligações intramoleculares que 
permanecem intactas são as ligações de dissulfeto 
Alta pressão 
↪ Desfaz: ligações de hidrogênio, interações 
hidrofóbicas e interações eletrostática 
↪ Qualquer aumento na pressão dos sistema vai 
forçar o sistema ao menor volume possível, levando à 
compressão limitada das cavidades da proteína e 
forçando a água a penetrar nessa atividade 
 
B mercaptoetanol 
↪ Desfaz pontes de enxofre 
 
↪ A desnaturação das proteínas 
1 – diminuição da solubilidade das proteínas 
2 – alterações da capacidade de ligações de molécula 
de água 
3- diminuição ou perda da atividade biológica 
 
 
 
Proteínas extremófilas 
↪ Halófilos – ( Grandes concentrações de Sal ) – 
acumulam íons orgânicos para contrabalancearem a 
pressão osmótica externa. As proteínas destes 
organismos contêm um excesso considerável de 
resíduos carregados negativamente 
↪ Acidófilas e Basófilas – Embora sobrevivam em 
valores de PH extremos; o pH intracelular varia muito 
pouco. Assim os componentes celulares não precisam 
de estratégias de adaptação 
↪ Termófilas – Alta densidade de resíduos de 
aminoácidos carregados na superfície e interior 
altamente hidrofóbico, formando pares iônicos, o que 
propicia uma maior rigidez da estrutura 
 
Por que entender o enovelamento ? 
↪As proteínas desempenham papéis importantes; 
↪Algumas dessas proteínas estão profundamente 
relacionadas com as doenças, e as informações 
estruturais de uma proteína são necessárias tanto 
para explicar e prever a função dos genes, como 
para desenhar moléculas capazes de se ligar à 
proteína, tendo ação como fármaco . 
 
 
 
Enovelamento 
↪ Toda informação necessária para que uma 
proteína seja capaz de atingir sua estrutura nativa 
(funcional) ,está contida em sua sequência primária . 
↪ Uma vez que o refolding é espontâneo, então o 
estado nativo é o estado mais estável, isto é, de mais 
baixa energia 
↪A proteína enovela até a estrutura nativa, porque 
corresponde ao estado mais estável 
↪O estado nativo de cada proteína é único porque é 
determinado por uma sequencias de aminoácidos 
específica 
↪ O enovelamento é um processo espontâneo de 
estruturação a partir do qual uma cadeia polipeptídica 
origina uma estrutura nativa tridimensional em 
condições fisiológicas 
 
Hipótese termodinâmica do enovelamento proteico 
↪ As proteínas se dobram nas suas conformações 
nativas via rotas diretas, e não por encontra-las 
ocasionalmente na procura da melhor conformação 
↪ A proteína percorre um caminho de folding bem 
definido, composto por vários estados intermediários 
e no fim se encontrar no estado nativo 
 
Rotas do enovelamento 
↪ Hierárquica – na qual elementos de estrutura 
secundária como a-hélice, fitas b, loops e voltas se 
formam e , em seguida se encaixam para formar a 
estrutura terciária 
↪Nucleação – onde um elemento local de estrutura 
secundaria se forma a partir dele há um crescimento 
rápido sem a formação de intermediários de 
enovelamento 
↪Colapso hidrofóbico – em que um glóbulo fundido 
(molten globule) é produzido a partir das interações 
hidrofóbicas terciárias e estas favorecem a formação 
da estrutura secundaria 
 
 
Enovelamento hierárquico 
↪ Processo na qual o enovelamento se dá através da 
formação de estruturas secundárias locais 
marginalmente estáveis. – rota mais comum - 
↪ Estas estruturas locais interagem entre si 
produzindo intermediários de enovelamento de 
complexidade crescente que levam à conformação 
nativa. 
 
 
↪ Neste processo, coexistem múltiplas rotas de 
enovelamento e a estabilidade de intermediários 
formados, assim como suas combinações, determinam 
a rota de enovelamento dominante 
 
 
↪ Via de enovelamento hierárquico , exemplo 
computacional 
 
 
Nucleação 
↪ Enovelamento desencadeado pela formação de um 
núcleo de estrutura secundária, que cresce 
rapidamente formando a estrutura nativa de uma 
proteína. As estruturas secundárias e terciárias são 
formadas paralelamente e os intermediários de 
enovelamento não são detectáveis 
 
 
Colápso hidrofóbico 
↪ A formação de estruturasecundária não é a força 
que dirige o enovelamento já que os resíduos polares 
de uma proteína desenovelada fazem ligações H com 
a água e no estado nativo fazem pontes de H entre si 
↪ Os resíduos apolares precisam se proteger da água 
e isso limita o número de possíveis conformações 
acessíveis ,iniciando o enovelamento 
 
 
Estado intermediário 
↪ A força que dirige o dobramento é proveniente de 
cerne hidrofóbico, gerando intermediários de 
montagem conhecidos como glóbulos fundidos ( 
molten globule ). Os glóbulos fundidos contém muito 
da estrutura secundaria da proteína, mas pouco de 
sua estrutura terciária 
 
 
 
 
Funil de enovelamento 
 
↪ Elementos pequenos de estrutura aceleram a 
formação de estruturas adicionais 
↪ A proteína passa de um estado de alta energia e 
entropia para um estado de baixa energia e entropia 
 
 
↪ Um funil simples, mas relativamente largo e liso 
representa uma proteína que tem múltiplas vias de 
dobramento. 
Tipos de funis 
↪Um simples, mas relativamente largo e liso 
representa uma proteína que tem múltiplas vias de 
dobramento 
↪ A ordem em que diferentes partes da dobra da 
proteína é um tanto aleatória, mas assume sua 
estrutura tridimensional sem intermediários de 
dobramento que têm estabilidade significativa 
 
 
 
 
↪ Funil representa uma proteína mais típica 
↪ Tem vários intermediários de dobramento possíveis 
com estabilidade significativa nas múltiplas vias que 
levam à estrutura nativa 
 
 
↪ Uma proteína com estrutura nativa estável – que 
já parte da estrutura nativa que a rota de 
enovelamento acontece muito rápido 
↪ Essencialmente sem outros intermediários dobrados 
com estabilidade significativa 
↪ Apenas uma ou muito poucas vias de dobramento 
produtiva é mostrada com um funil com pouco 
depressão estreita levando à forma nativa 
 
 
 
leose
Realce
leose
Realce
leose
Realce
leose
Realce
↪ Uma proteína com intermediários de dobramento 
de estabilidade substancial em virtude todas as vias 
que levam ao estado nativo 
↪ Uma proteína em que um determinado motivo ou 
domínio sempre dobra rapidamente, mas outras 
partes da proteína se dobram mais lentamente e de 
forma aleatória 
↪ É presentada por um funil com uma grande 
depressão em torno da depressão levando á forma 
nativa 
↪ Ela começa a se enovelar mas ela precisa passar 
por um segundo estado de alta energia para se 
enovelar novamente 
 
 
 
O Enovelamento da proteína 
↪ Embora a forma desnaturada apresente uma 
entropia mais elevada, o estado nativo prevalece 
sobre o estado desnaturado 
↪ Ambas as formas nativas e desnaturada estão 
rodeadas por moléculas de água organizadas em 
camadas de hidratação, onde a quantidade de energia 
livre envolvida é proporcional ao tamanho da camada 
 
 
 
Chaperonas 
↪ As chaperonas são proteínas que ajudam outras 
proteínas na sua rota de enovelamento 
 
Por que isso acontece ? 
↪Problemas que dificultam a passagem do estado 
desenovelado para enovelado 
↪Agregação devido a superfícies hidorfóbicas 
expostas 
↪Formação de pontes de enxofres incorretas 
↪ Interconverção dos isômeros cis e trans das 
ligações peptídicas enovelando a prolina 
 
↪Algumas proteínas se comportam como a 
ribonuclease A e se enovelam sozinhas 
↪ Entretanto, algumas proteínas não são capazes de 
se enovelar sozinhas ( ou de forma lenta ) 
 
Chaperoinas 
↪ Proteínas dissulfeto isomerase 
↪ Cis trans prolil isomerases 
↪ As proteínas constituem uma família de muitas 
proteínas diferentes com funções semelhantes. Elas 
usam energia da hidrólise do ATP para possibilitar ou 
auxiliar enovelamento correto 
↪ As chaperonas são proteínas essenciais que se 
ligam a proteínas não dobradas ou a cadeias 
polipeptídicas dobradas para evitar a associação 
imprópria de segmentos hidrofóbicos expostos, os 
quais poderiam levar a um dobramento não nativo, à 
agregação de polipetideos e à precipitação 
leose
Realce
leose
Realce
↪ Essas proteínas têm sua atividade aumentada em 
temperaturas elevadas cerca de 42ºCpara células que 
vivem a 37ºC 
↪ Em temperaturas mais altas, a quantidade total de 
proteínas era maior do que na temperatura normal. 
 
Existem duas classes de chaperonas 
Hsp70 e Hsp40 
Chaperonas: hsp 60 e as hsp 10 
Heat Shock protein 
↪ As hsp 70 se ligam ao polipetideo recém 
sintetizado provavelmente assim que a polimerização 
de seus primeiros 30 resíduos de aminoácido 
,evitando dobramentos prematuros. 
↪ Atuam em proteínas citoplasmáticas e naquelas 
translocadas ao RE 
 
 
↪ Algumas chaperonas bloqueiam o dobramento de 
algumas proteínas que devem se manter 
desenoveladas até um determinado momento para 
que possam ser translocads através de membranas ( 
TOM70) 
 
 
Chaperoninas 
↪ Proteínas que não são completamente enoveladas 
 
 
↪ As Chaperonas podem fazer a desagregação de 
proteínas 
 
 
 
 
↪Proteínas dissulfeto isomerase (PDI) 
↪Corrige ligações dissulfeto 
↪Ruptura e formação de novas pontes 
↪Atingir a conformação nativa 
↪Eliminar intermediários com ligações inadequadas 
 
 
 
Peptídeo prolil cis-trans isomerase (PPI) 
Os resíduos de prolina que estão na fomra cis não 
favorecem a formação da estrutura terciária da 
proteína e precisam ser convertidos na forma trans 
 
 
Dinâmica das proteínas 
↪ A estrutura nativa de uma proteína é a 
constituídas por uma grande coleção de 
conformações rapidamente interconversíveis 
↪ A flexibilidade conformacional ou breathing com 
deslocamentos de até 2ª,permite a difusão de 
pequenas moléculas para dentro e para fora do 
interior de determinadas proteínas 
 
Doenças de Enovelamento 
 
↪O maior problema do enovelamento incorreto das 
proteínas é a agregação, que ocorre devido à 
exposição de resíduos hidrofóbicos, e a consequente 
formação de fibras. Ambas, as formas agregadas e 
fibrilares apresentam perda de função e podem se 
tornarem tóxicas 
↪ Algumas proteínas apresentam uma propensão a 
assumir essas conformações patológicas e que muitas 
vezes e torna evidente com o avanço da idade ou 
quando estas proteínas apresentam altas 
concentrações no organismo 
↪O problema de enovelamento pode ser decorrente 
de mutações pontuais ou resultar da exposição a 
toxinas, ou modificações pós traducionais, aumento da 
degradação, impedimento do tráfego ou dano 
oxidativo 
↪ As doenças causadas por proteínas 
incorretamente enoveladas pode afetar apenas um 
órgão ,mas também pode se espalhar por diversos 
tecidos 
↪ Elas podem causar desordens neurodegenerativas 
e amiloidoses ( quando a proteína passa de sua forma 
globular nativa a uma forma filamentosa agregada 
conhecida como fibra amilóide ) 
↪Nos dois estados patológicos proteínas solúveis 
passam a um estado agregado de forma fibrilar 
insolúvel que se deposita em órgão levando ao 
desenvolvimento da patologia 
 
 
↪ As fibras amilóides são constituidas de folhas B 
dispostas perpendicularmente ao eixo da fibra 
 
 
↪ As fibras amilóides são coradas utilizando corantes 
específicos – vermelho congo e tioflavina T 
 
 
1) Mutação pontual 
Ex: anemia falciforme – os agregados não 
são tóxicos mas tornam a célula alongada e 
dificultam o transporte de o2 . Ocasionado 
pela mutação do ácido glutâmico poara valina 
na cadeia Beta ( sexto aminoácido ) - 
formação da hemoglobina S ( gera caráter 
falciforme) e as interações das moléculas de 
hemoglobina formando fitas e por fim 
formação de uma fibra – justamente por 
causa dessa agregação há uma redção do 
transporte de o2 dos pulmões para os tecidos 
 
 
2) Mudança conformacional 
Ex : Doença de Prion – a proteína PrPC passa 
assumir uma conformação diferente que 
apresenta grande propensão em sofrer 
agregação 
 
↪ Os príons são proteínas responsáveis pelo 
amadurecimento e prolongamento de neurônios e 
modulação de respostas imunes. Sua conversão 
estrutural é causador de doenças crônicase 
degenerativas do sistema nervoso central . 
 
Mal da vaca louca ( encefolopatia espongiforme 
bovina) 
↪ EEB ataca o gado provocado a morte de células de 
sues sitema nervoso central. Devido a degeneração 
cerebral formam-se buracos no cérebro. 
 
3) Formação de intermediário amiloidogênico 
Ex – polineuropatia amilóide familiar- 
transtirretina – atrofia das células do sistema 
nervoso 
↪A transtirretina (TTR) é uma proteína tetramétrica, 
que está presente no plasma e no líquido céfalo 
raquidiano. A TTR participa do transporte do hormônio 
tiroxina e também n auxílio do transporte do retinol 
↪A mutação responsável pela PAF tipo 1 que 
acomete portugueses e brasileiros, é a Val30Met ( AA 
valina da posição 30 é substituída pelo AA metionina ) 
↪Essas mutações acarretam mudanças na estabilidade 
do tetrâmero da TRR , facilitando sua dissociação e 
consequentemente agregação in vivo . 
↪Quando os monômeros se enovelam podem fazer 
isso de forma errada formando oligômeros que se 
organizam formando as fibras amilóides. 
↪A progressão da TTR pode ser produzidas nos 
primeiros anos da nossa vida (assintomáticos mas os 
depósitos da proteínas acontecem em torno de 30 
anos e os sintomas podem aparecer próximo à 50 
anos 
↪Acometimento motor, do sistema nervoso 
autônomo e do sistema cardiovascular. 
↪Formação das fibras – atrofia das células de shivan 
(células presentes no sistema nervoso ) 
↪Formação de intermediários amiloidgênico e 
depósito dessas fitas amilóides. = acometimento, do 
sistema nervoso autônomo e do sistema 
cardiovascular . 
Doença de Parkson - formação de intermediário 
amiloidogênico 
↪E uma doença neurodegenerativa, progressiva 
irreversível associada a um déficit da função motora 
↪Formas esporádicas desta doença afetam 
aproximadamente 2% da população mundial acima de 
65 anos 
↪Perda de neurônios dopaminérgicos – tem sido 
associada à disfunção mitocondrial, aumento do 
estresse oxidativo e alterações na conformação das 
proteínas 
 
 
↪Pacientes saudável – neurônios dopaminérgicos 
ativos secretando bem a dopamina para chegar aos 
receptores na outra célula neuronal 
↪Paciente com Parkson – devido a disfunções nas 
proteínas e no aumento do estresse oxidativo há uma 
redução na síntese de dopamina, que é ocorrente na 
perda desses neurônios dopaminérgicos. 
↪ Doença de Parkson e afla sinucleina 
↪ Proteínas muito dinâmica, cuja a estrutura 
secundária depende do ambiente ao seu redor. 
↪ Sua agregação é facilitada por mutações , clivagem 
da proteína , interação com íons metálicos , 
modificações pós traducionais 
.Doença de Alzheimer - formação de intermediário 
amiloidogênico 
↪A doença de Alzheimer atinge cerca de 10% da 
população acima de 65 anos, chegando a afetar 50% 
da população acima de 85 anos 
↪3 estados da doença Leve Moderado e Avançado 
↪ Proteína precursora amilóide é clivada por três tipos 
de enzimas , se ela for clivada por enzimas corretas 
liberação da proteína , clivada por proteínas erradas 
formação do peptídeo beta amiloide e o 
desencadeamento da doença. 
↪ Três enzimas – se houver clivase pela beta 
secretase e pela gama secretase há a liberação do 
peptido A Beta que forma então as placas cenis 
- Fase inicial – pessoa fica teimosa , não fixa novas 
informações , mudança de comportamento. 
- Fase intermediária – perda da memória mais tenso, 
repetição, maior agressividade, estranhamento 
- Grave – dependência , não anda não fala , não 
reconhece ninguém 
↪ Duas proteínas estão relacionadas a doença de 
Parkson – proteína precursora amilóide – se elas 
forem clivadas pelas proteínas erradas vai haver a 
formação do peptídeo a B amilóide e a formação do 
agregados desses peptídeos e o encadeamento dessa 
doença 
↪ A proteína Tau também está envolvida na doença 
de Alzheimer – o aumento da fosforilização 
desestabiliza as proteínas e desestabiliza os 
microtúbulos. Levando a formação de agregados e de 
intermediários amiloidogênico 
 
 
↪ Doenças amiloidogênicas causadas por erros no 
enovelamento. 
↪As proteínas se dobram nas suas conformações 
nativas vias rotas diretas 
↪Durante o enovelamento, a cadeia polipeptídica é 
capaz de encontrar a estrutura de menor energia 
possível apenas um pequeno número de 
conformação possíveis 
↪Ao dobrar-se , a estabilidade conformacional 
aumenta ( queda da energia livre e entropia) 
↪O dobramento inicia-se com a formação de 
segmentos locais de estruturas secundárias, evoluindo 
para elementos estruturas maiores (estado 
intermediário), até a estrutura terciária 
↪Os aminoácidos hidrofóbicos dirigem o dobramento 
↪O mal enovelamento pode causar doenças