Aminoácidos , proteinas estruturas

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Aminoácidos e 
Proteínas 
↪ → ○ ↓ ↑ 
 
↪Proteínas são polímeros de aminoácidos 
↪Aminoácidos fazem ligações peptídicas entre si 
Sequencia de aminoácidos (estrutura primaria ) 
 
 
O mundo das proteínas 
↪1 a estrutura tridimensional é determinada pela 
sequencia de aminoácidos 
↪ 2 a função de uma proteína depende de sua 
estrutura 
↪ 3 uma proteína isolada normalmente existe em um 
ou um pequeno número de formas estruturalmente 
estáveis 
↪ 4 as forças mais importantes de estabilização de uma 
proteína são as interações não covalentes.--- ex 
ligações de hidrogênio 
↪ 5 alguns padrões estruturais comuns ajudam a 
organizar a entender a arquitetura das proteínas 
 
 
Classificações das proteínas 
1° - Por sua função 
Catalítica; Estrutural; Movimentação; Regulação; 
Estocagem ;Transporte; Defesa 
2º - Por sua composição 
↪ Algumas proteínas apresentam apenas aminoácidos 
em sua composição e são chamadas de proteínas 
simples 
↪ Outras proteínas apresentam grupamentos químicos 
ligados, sendo denominados proteínas conjugadas e 
seus grupamentos químicos são grupos prostéticos 
Prooteínas conjulgadas : Glicoproteinas ,Fosfoproteinas 
,Nucleoproteinas ,lipoproteínas , metaloproteinas. 
3 º - Pelo número e cadeias polipeptídicas ... 
↪ Algumas proteínas são formadas por uma única 
cadeia peptídica ,cada uma destas cadeias são 
denominadas monômeros e a proteínas com um todo 
é denominado oligômero 
↪Outras proteínas são sintetizadas como uma cadeia 
que posteriormente é clivada em duas ou mais cadeias. 
4º - Quanto a forma 
↪ As proteínas fibrosas , geralmente possuem longas 
cadeias retilíneas e paralelas ao eixo da FIBRA 
↪As proteínas globulares apresentam estrutura 
especial complexa e geralmente esférica 
 
↪A peça chave para decifrar a função de uma proteína 
é o entendimento de sua estrutura 
↪As propriedades funcionais das proteínas dependem 
da sua estrutura tridimensional. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Estrutura primária 
↪ Consiste na sequência de aminoácidos da sua cadeia 
polipeptídica. 
↪ É a sequência de aminoácidos que irão formar a 
proteína, através das ligações peptídicas. Possui a cadeia 
principal, que é a porção da cadeia polipeptídica 
formada pela região dos aminoácidos que é semelhante 
e a cadeia lateral, que é a porção variável da cadeia 
polipeptídica ®, nos aminoácidos. A cadeia principal 
apresenta um potencial elevado para a formação de 
ligações de hidrogênio através de suas porções C e N 
terminal , aceptoras e doadoras de ligações de 
hidrogênio, respectivamente. Possuem apenas um 
grupo amina e um grupo carboxila livres, em 
extremidades opostas da cadeia, N e o C -terminal . 
↪As estruturas secundarias, terciárias e quaternárias 
referem-se as estruturas tridimensionais das cadeias 
polipeptídicas dobradas 
 
 
Conformação de proteínas 
 
↪ É o arranjo de todos os átomos que compõem uma 
proteína , incluindo todos os estados estruturais que 
podem ser alcançados sem que as ligações covalentes 
sejam rompidas 
 
↪ As proteínas em qualquer uma de suas 
conformações enoveladas funcionais são chamadas de 
proteínas nativas 
↪ A estabilidade reflete a tendência da proteínas 
manterem sua forma nativa 
↪ As múltiplas conformações refletem a necessidade 
de se ligar a diferentes moléculas 
 
Estrutura primária 
↪ Consiste na sequência de aminoácidos da sua cadeia 
polipeptídica. 
↪ É a sequência de aminoácidos que irão formar a 
proteína, através das ligações peptídicas. Possui a cadeia 
principal, que é a porção da cadeia polipeptídica 
formada pela região dos aminoácidos que é semelhante 
e a cadeia lateral, que é a porção variável da cadeia 
polipeptídica ®, nos aminoácidos. A cadeia principal 
apresenta um potencial elevado para a formação de 
ligações de hidrogênio através de suas porções C e N 
terminal , aceptoras e doadoras de ligações de 
hidrogênio, respectivamente. Possuem apenas um 
grupo amina e um grupo carboxila livres, em 
extremidades opostas da cadeia, N e o C -terminal . 
↪As estruturas secundarias, terciárias e quaternárias 
referem-se as estruturas tridimensionais das cadeias 
polipeptídicas dobradas 
Como ela é formada 
↪Dois aminoácidos são ligados covalentemente através 
de uma reação de condensação que forma a ligação 
peptídica, na qual libera uma molécula de água 
 
 
↪A condensação ocorre quando o polímero é formado 
a partir de dois ou mais monômeros diferentes com 
eliminação de um produto inorgânico – na ligação 
peptídica – a água 
↪ Todas as ligações gastam energia 
↪Ativação de aminoácidos para a síntese de um 
polipeptídeo, são etapas fundamentais : 
↪A ativação do grupamento carboxila para facilitar a 
formação da ligação peptídica e a interação entre cada 
novo aminoácido da cadeia polipeptica é o RNA m que 
codifica. estas duas etapas são alcançadas através da 
ligação do AA ao seu t RNA 
↪Diversas ligações peptídicas são responsáveis pela 
manutenção das cadeias polipeptídica que apresentam 
apenas uma extremidade-terminal e c-terminal livre .A 
leitura sempre é feita da esquerda para a direita – N 
terminal para C terminal 
 
 
 
A formação dessas ligações peptídicas 
↪A porção da cadeia polipeptídica formada pela região 
dos aminoácidos que é semelhante é denominada de 
cadeia principal 
↪ A porção variável da cadeia polipeptídica (R) nos AA 
é denominada cadeia lateral 
 
 
↪ A cadeia lateral apresenta um potencial elevado para 
a formação de ligações de hidrogênio através de suas 
porções C e N terminal aceptoras e doadores de 
ligações de hidrogênio respectivamente 
↪ Os peptídeos possuem apenas um grupamento 
amina e um grupamento carboxila livres em 
extremidades opostas da cadeia 
↪Estes grupos se ionizam mas o pK é diferente 
daquele apresentado pelo aminoácido livre 
 
↪ A estrutura primaria é responsável pelo grau de 
enovelamento da proteína e pela função da proteína 
Conclusão toda a informação necessária para que um 
proteína seja capaz de atingir a estrutura nativa ( 
funcional) está contida em sua sequencia primária 
↪ Em geral as proteínas possuem pelo menos 40 
resíduos, sendo polipeptídeo menores denominados 
peptídeos 
↪ A maioria dos polipetídeos contem entre 50 e 2000 
resíduos 
Peptídeos 
↪ Podem apresentar vários tamanhos e funções 
variáveis 
↪ Podem exercer suas funções em pequenas 
contrações, como é o caso dos hormônios 
Tamanho das proteínas 
↪Dipeptídeo (2 resíduos de AA ) tripeptídeo ( 3 
resíduos de AA ) 
↪Oligopeptídeo – pequeno número de AA 
↪Polipetideo – peso molecular a baixo de 10 000 daltons 
↪Proteína – peso molecular acima de 10 000 daltons 
↪Quando calculamos o peso molecular da proteína 
levamos em consideração a massa molecular de um 
aminoácido 
↪A massa molecular média de um aminoácidos é 110 
daltons. Sendo assim, a massa molecular média das 
proteínas varia de 5 500 a 220 000 daltons 
 
↪O que é 1 Dalton ? 
Um Dalton é igual a uma unidade de massa atômica 
É uma unidade de massa equivalente a um duodécimo 
(1/12) da massa de um átomo de Carbono 
 
Composição de proteínas 
↪Além de ter um peso variável , as proteínas 
apresentam composição variável. 
↪Sequência primaria :apresenta papel fundamental na 
estrutura tridimensional Sendo assim, apresenta papel 
fundamental na função das proteínas . 
↪ A partir da sequencia primaria de uma proteína 
podemos avaliar o grau de diferenciação que a proteína 
já sofreu durante a evolução 
↪ Sequências em espécies próximas = semelhantes , 
conservadas. 
 
Proteínas homólogas 
Proteínas que são evolutivamente relacionadas – são 
chamadas de proteínas homólogas 
 
↪Sabe-se que as proteínas são homólogas quando 
comparando a sequência de AA que se repetem em 
ambas as proteínas 
↪Se repetem as regiões conservadas geralmente são 
cruciais para a manutenção da função biológica da 
proteína 
↪Aminoácidos conservados indicma que estes resíduossão essenciais para a função 
↪As proteínas homologas apresentam função, 
sequencias de aminoácido e estrutura 3d semelhantes 
Ortólogos: são homólogos que desempenham funções 
idênticas ou mt semelhantes em diferentes organismos 
– ex : ribonuclease – catalise , digsestao de ácidos 
nucleicos tanto em bovinso quanto em seres humanos 
Parálos: são homólogos que desempenham diferentes 
funções dentro de um organismo 
 
Ligações peptídicas 
 
↪ A estrutura primária das proteínas é mantida pela 
ligações peptídicas. 
 
Ligações muito estáveis 
↪A energia de ativação para rompimento das ligações 
peptídicas é muito grande e por isso a hidrólise destas 
ligações ocorre de maneira lenta - prtns estáveis 
↪ São ligações muito estáveis e rígidas 
↪A formação das ligações peptídicas ocorrem quando 
há o compartilhamento parcial de 2 pares de elétrons 
entre o oxigênio do grupo carbonila e o nitrogênio do 
grupo amina = dipolo elétrico 
 
↪ A ligação oscila entre os dois átomos 
 
 
Ligações mais maleáveis 
Geometria da ligação peptídica 
1 º A ligação peptídica é essencialmente planar ( dois 
AA ligados tem todos os seus átomos a cadeia principal 
em um mesmo plano ) devido à ressonância das 
ligações 
 
 
 
 
 
↪Formação do dipolo elétrico dependendo da dupla 
ligação 
2 º A ligação peptídica C - N apresenta um tamanho 
intermediário de 1,32 Angtrons 
↪ Diferenciando do tamanho das ligações simples , que 
são um pouco maiores , e também não é do tamanho 
das ligações duplas . 
↪Apresentando em si ângulos de rotação 
 
3 º Apenas duas foramções são possíveis para a ligação 
planar 
 
 
 
↪ Trans – os dois átomos de carbono alfa estão em 
lados opostos da ligação peptídica 
↪ Cis – os dois átomos de carbono alfa estão do 
mesmo lado da ligação peptídica 
OBS : maior parte dos peptídeos estão em ligação 
trans - Exceção : prolina - 10% dos resíduos da prolina 
nas proteínas apresentam ligação peptídicas CIS ----- 
 
4 º As ligações ao redor da ligação peptídica são 
ligações simples puras , possibilitando a rotação ao redor 
desses ligações, o que permite várias orientações . Essa 
liberdade rotacional é a propriedade que permite o 
enovelamento 
↪ A rotação ao redor dessas ligações é especificada 
por ângulos de diedro ou de torsão – importantes para 
a rotação e enovelamento protéico. 
↪ O ângulo de rotação entre os átomos nitrogênio e 
o carbono alfa , ligação phi (φ), 
↪ O ângulo de rotação entre o carbono alfa e o 
carbono carbonil, ligação psi (ψ) 
↪ A rotação positiva é obtida pela rotação horária ao 
redor da ligação quando observados a partir do carbono 
– alfa 
Ângulos de diedro ---- temos o ângulo phi e psi 
Ômega – 99% na forma trans 
 
 
↪ Os ângulos de diedro ou de torsão variam de -180º 
e + 180 º 
↪ Um peptídeo com cadeia linearizada = 180º 
↪ Os ângulos de torsão apresentam uma contenção 
espacial 
↪ Algumas combinações de ângulos phi e psi podem 
causar colisões de H amídico, oxigênio , carboxílico ou 
entre resíduos adjacentes ao trazerem tais átomos 
mais próximos que as distâncias de van der Walls 
correspondente 
↪ As configurações permitidas são indicadas pelo 
diagrama bidimensional de Ramachandran 
Plot de Ramachandran 
Pesquisador indiano 
1963 ; Baseados nos raios de van der Walls e ângulos 
da ligações conhecidos 
1954: descreveu a tripla hélice do colágeno . 
 
 
 
 
 
 
 
Geometria da ligação peptídica E plot de Ramachandran 
Exceções 
↪ A cadeia lateral cíclica da prolina limita sua variação 
de valores de 0 phi ( com linha no meio ) a ângulos 
em torno de -60º sendo este o AA mais restrito 
conformacionalmente 
 
 
 
Exceção 
A glicina é , por outro lado , o aminoácido menos 
limitado especialmente. Sendo assim, as variações de phi 
e psi cobrem uma maior área do diagrama 
 
 
↪ Ângulos de torção em estruturas peptídicas : 
↪ Alguns peptídicos tem ângulos de conformação 
específicos 
 
 
 
 
Estrutura secundária 
↪ A estrutura secundária é o dobramento de 
segmentos curtos ( 3 a 30 resíduos ) adjacentes do 
polipeptídeo em unidades geometricamente ordenadas 
e repetitivas que ocorrem pela atração de certos 
átomos de aminoácidos próximos., sem levar em 
consideração a conformaçao das suas cadeias laterais 
Ela inclui padrões regulares de dobramentos de 
polipeptídeos, ocorrendo quando os ângulos de diedro 
phi e psi são constantes ao longo de um segmento. A 
estrutura secundária pode ter conformações distintas, 
sendo as mais comuns, a alfa hélice , as folhas betas e 
as curvas betas. 
 
↪ A estrutura secundaria é o arranjo espacial dos 
átomos na cadeia polipeptídica principal ... 
↪ Sem levar em consideração a conformação de suas 
cadeias laterais 
↪ A estrutura secundaria inclui padrões regulares de 
dobramentos de polipetideos 
↪ Ângulos de diedro !!!!! 
↪Os elementos de estrutura secundaria mais comuns 
são as alfas hélices ,as folhas betas e curvas betas 
 
Quando ocorrem as estruturas secundárias? 
↪ Quando os ângulos de diedro psi e phi são 
constantes ao longo de um segmento 
Ângulo de diedro – constância nos ângulos 
 
 
 
 
 
 
 
Espiral Aleatória 
 ↪Sem estrutura secundária definida 
 
 
 
 
Alfa hélice 
Descritas por West Asbury 1930 
Pauling e Corey 1948 
↪ Maximização do uso das ligações de hidrogênio 
↪ Estáveis e bastante ordenadas 
↪ Proteínas com estrutura regular 
↪Arranjo mais simples que uma cadeia pode assumir 
↪ ¼ dos resíduos de aminoácidos 
↪ Predominante em a-queratina 
 
 
 ↪Ângulos de características - 57 phi e -47 em psi 
↪ As alfa hélices apresentam 3,6 resíduos por volta e 
cada volta se estendem por 5,4 A 
↪Geralmente, as hélices das proteínas possuem um 
comprimento médio de 12 resíduos 
↪ Corresponde a mais de três voltas de hélice e um 
comprimento de 18ª 
 
 
Deslocamento de 1.5 A e rotação de 100º para cada 
aminoácido ao longo do eixo principal da a-hélice 
1ª = 0,15 nm 
5,4 A = 0,54 nm 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
↪ A a-hélice orientada para a direita é formada mais 
comum . 
↪ É torcida na mesma direção em que os dedos da 
mão direitas e fecham quando o polegar aponta na 
direção em que a hélice sobre 
↪ A a-hélice orientada para a esquerda é menos 
favorável . ( como demonstrado no gráfico de 
Ramachadran ) 
 
 
↪ É a única hélice polipeptídica que possui um padrão 
de ligação de hidrogênio e valores de phi e psi que 
estão dentro da região totalmente permitida no 
diagrama de Ramachandran 
 
Por que as a-hélices se forma mais facilmente ? 
↪ Por ter um arranjo mais simples que uma cadeia 
pode assumir, devido a 
↪Possuir rigidez e rotação da ligação peptídica 
↪Maximização das ligações de hidrogênio 
 
 
 
↪ As cadeias laterais se projetam para fora e para baixo 
da hélice evitando os impedimentos estéricos (no 
centro as cadeias principais e por fora os radicais ) 
 
 
 
 
 
 
 
↪A ligação C = O do resíduo N aponta para a direção 
de N - H do resíduo N + 4 , resultando em uma ligação 
de hidrogênio forte que estabiliza este tipo de estrutura 
 
 
Quais os parâmetros que influenciam a estabilidade de 
uma a-hélice ? Porque são ligações de hidrogênio 
formadas podem ser facilmente desfeitas .... 
↪Os resíduos de aminoácidos podem ser mais ou 
menos propensos e compor estruturas em a-hélice 
↪Essa capacidade reflete as propriedades do grupo R, 
a maneira como esse afeta os átomos da cadeia 
principal ( formação dos ângulos phi e psi 0e seu efeito 
nos aminoácidos vizinhos) 
 
OBS : longas sequências de Glutamina e / ou de 
Arginina e Lisina criam repulsão e desestabilizam a a-
hélice 
↪ Aminoácidos com cargas positivas costumam ser 
encontrados a três resíduos de distâncias dos 
Aminoácidos de cargas negativas formando pares 
iônicos favorecendo a formação e estruturas 
secundárias iônicos 
OBS: metionina, alanina, leucina e lisina – alta propensão 
prolinae glicina – baixa propensão 
↪Grande quantidade de Glutamina ( AA polar ) não 
formam hélice 
↪ A prolina provoca quebras nas hélices ( devido ao 
radical cíclico sem rotação N-C alfa 
 
Momento dipolo 
↪ A hélice apresenta um momento de dipolo causado 
pelo acumulo de dipolos dos grupos carbonil das 
ligações peptídicas ao redor da hélice 
 
↪ Os dipolos das ligações peptídicas são alinhados na 
hélice 
↪ Como os aminoácidos estão orientados na hélice, a 
hélice como um todo apresenta este mesmo polo 
 
↪ Formando dipolo com as cargas negativa e positivas 
 
Tendência de interação dos aminoácidos 
↪Quais os parâmetros que influenciam a estabilidade 
de uma a- hélice / 
↪Há cinco restrições que influenciam a estabilidade de 
uma a-hélice 
 
1 º a tendência intrínseca de um resíduo de AA em 
formar um a-hélice 
2º a interações entre grupos “radicais negativos” 
principalmente os separados por 3 ou 4 Aas 
3º os volumes dos grupos “- Rs” adjacentes 
4º a ocorrência de resíduos de glicina e prolina 
5º a interação entre os resíduos de AA das 
extremidades do segmento helicoidal e o dipolo dipolo 
da a-hélice 
 
 
Fitas -Beta 
Pauling e Corey 1951 
↪ As fitas beta são estruturas mais estendidas 
↪ O conjunto de fitas origina as Folhas B 
↪ Nelas a cadeia principal se organizam em “zigue-
zague” e as cadeias laterais dos aminoácidos estão 
dispostas alternadamente 
↪As ligações de H ocorrem entre as cadeias 
polipeptídicas vizinhas e não no interior da cadeia 
 
 
Ângulo de diedro - Folhas betas anti paralelas e paralelas 
 
↪ Caracterizadas pela orientação N – C terminal 
↪ Anti-pararelas – as cadeias seguem direções 
opostas 
ANTIPARALELAS 
PARALELAS 
 
 
O que diferenciam elas ? 
↪Ângulos característicos 
↪Período de repetição 
↪ Tamanho de cada uma 7 A e 6,5 A para as paralelas 
↪ As folhas paralelas formam angulação com as 
ligações de hidrogênio (linhas azuis) 
↪Período de repetição : a cada 2 resíduos de 
aminoácidos 
 
Folhas Beta 
↪ São chamadas por vezes de folhas B pregueada por 
variarem a quantidade de ligações de H , dando um 
aspecto enrugado 
 
 
↪ As folhas B paralelas são menos estáveis que as 
antiparalelas devido ao fato das ligações de hidrogênio 
estarem retorcidas no primeiro caso 
 
 
↪Ângulos de Diedro 
 
 
Voltas B ou Curvas B ( B-turns ) 
 
↪ São estruturas comuns e extremamente necessárias 
para o envelopamento proteico 
↪Variam de 6 a 16 resíduos 
↪As Voltas B conectam o final de duas fitas B 
antiparalelas, formando uma volta de 180º que contem 
4 resíduos 
 
 
 
Voltas B 
↪A ligação C = O do resíduo 1 forma uma ligação de 
hidrogênio com N-H do resíduo 4 
↪ Prolina (n = 2 , tipo 1 ) e glicina (n=3,tipo 2 ) participam 
fortemente dessa estrutura 
 
 
 
↪ As voltas betas do tipo 1 são duas vezes mais comuns 
do que a volta beta do tipo 2 
↪ Mais de 99,95% das ligações entre aminoácidos que 
não são prolinas estão na forma TRANS 
Dentre as ligações que enovelem o N amino da prolina, 
aproximadamente 65 % das ligações estão na forma 
CIS 
Volta gama (voltas y ) 
↪ Compostas por três resíduos de aminoácidos, 
havendo uma ligação de hidrogênio entre os resíduos 
um e três 
↪São menos comuns 
↪Importantes no reconhecimento molecular 
↪Presentes em peptídeos bioativos ( não são tão 
comuns em proteínas )