02 - Resumo Proteínas

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ - UFC
DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA E BIOLOGIA MOLECULAR
MONITORIA DE BIOQUÍMICA
Monitora: Laisa Araújo
PROTEÍNAS
● São formadas por 20 aminoácidos existentes, que se unem através da
ligação peptídica.
● Diversidade de formas e funções
LIGAÇÃO PEPTÍDICA
- Formada quando 2 aminoácidos se condensam. Há o ataque do
Nitrogênio sobre o carbono da carbonila, e nisso, uma molécula de
H2O será perdida. Portanto é uma reação de desidratação e
condensação. Forma uma ligação covalente simples entre o N e o C.
- A ligação é simples, porém ela contém caráter de dupla, pois os
elétrons que vêm da carbonila do oxigênio que está ligado através de
uma dupla ligação ao carbono, ficam migrando sobre os elementos
(ressonância), por isso o caráter de dupla ligação. Apresenta como
consequência uma certa rigidez nessa região da ligação peptídica,
então há um limite de rotação em torno da ligação por conta da
rigidez da ligação, mas as vizinhanças não, pois há a possibilidade de
torções.
- Reação exergônica com elevada energia de ativação.
➔ Peptídeos
- São compostos formados pela união de poucos resíduos de AA através
de ligações peptídicas.
- Todo peptídeo possui uma extremidade amino-terminal (o início da
proteína) e uma extremidade carboxi-terminal (fim da proteína)
➔ Proteínas
- As proteínas são formadas pela união de muitos resíduos de
aminoácidos através de ligações peptídicas, com variadas sequências
de aminoácidos .
- O peso da proteína varia de acordo com o número de aminoácidos
que é formado.
- O número de aminoácidos que formam a proteína também é bem
variável.
- O número de cadeia polipeptídicas também varia. Existem proteínas
com apenas uma cadeia polipeptídicas, com 1 extremidade
amino-terminal e 1 carboxi-terminal
- A composição de aminoácidos é diferente da sequência de
aminoácidos pois a composição de resíduos de aminoácidos é o
quanto têm de cada aminoácido em uma proteína. Já a sequência é a
ordem dos aminoácidos .
- As Proteínas conjugadas contém outros grupos químicos além dos
aminoácidos, chamados de Grupo Prostético:
● Lipoproteínas
● Glicoproteínas
● Fosfoproteínas
● Hemoproteínas
● Metaloproteínas
NÍVEIS ESTRUTURAIS DAS PROTEÍNAS
● Nível primário:
o Descreve a sequência, ordem, pela qual os aminoácidos estão
dispostos em uma proteína (o esqueleto da proteína). É
importante pois é a estrutura primária de uma proteína que
determina sua estrutura tridimensional. Pode acontecer
mutações que podem levar a uma substituição de aminoácidos
na proteína.
o Substituições:
- Substituição conservativa: Substituição de um aminoácido por
outro de polaridade semelhante.
- Substituição não-conservativa: Substituição de um aminoácido
por outro de polaridade diferente (característica química
diferente). Muda a natureza do aminoácido.
- Aminoácidos invariantes: Aminoácidos que são regularmente
encontrados na mesma posição. Possuem papel essencial na
estrutura ou função da proteína.
● Nível secundário:
o Estruturas regulares (que se repetem) tridimensionais formadas
por segmentos da cadeia polipeptídica (alfa-hélice, fitas-beta)
▪ Alfa-hélice
● Sequência de aminoácido circunda um eixo. A alfa-hélice
se forma porque o oxigênio da carbonila forma uma
ligação de hidrogênio com um H do nitrogênio localizado
3,6 resíduos à frente dele, “achatando” a fita que forma a
alfa-hélice, por conta da atração da ligação.
● 1 volta da alfa-hélice envolvem 3,6 aminoácidos; a
distância entre eles é de 5,4 Å
● As cadeias laterais não fazem parte da alfa-hélice (não
participam das ligações de H) porém influenciam
● Nem todas as sequências de aminoácidos podem formar
alfa-hélice
Restrições que influenciam a estabilidade de uma α-hélice
- Resíduos de aminoácidos que tenham uma cadeia lateral muito
grande. Volume dos grupos R adjacentes (Asn, Ser, Thr, Cys);
- Tendência intrínseca de um resíduo de aminoácido de formar α-hélice
- Resíduos de prolina (cíclico) e glicina (aminoácido mais simples; pouco
volume, desestabilizando a α-hélice
- Interações entre os grupos R adjacentes (se as cadeias laterais tiverem
a mesma carga, vizinhos aos outros, a repulsão seria grande ao ponto
de não conseguir formar as ligações de Hidrogênio)
- Interações entre os resíduos de aminoácidos das extremidades do
segmento helicoidal e o dipolo elétrico da α-hélice
▪ Folha-β-pregueada
● Também é mantida por ligações de H entre unidades
peptídicas (o oxigênio da carbonila e o Hidrogênio do
Nitrogênio). Ligações entre duas cadeias de proteína ou
entre apenas 1 que se dobrou sobre si mesma
● Cadeias com conformação mais distendidas
● Folhas-β-pregueadas antiparalela: O N-terminal e o
C-terminal se ligam. Fitas ligadas em direções opostas.
● Folha-β-pregueada paralela: As fitas na mesma direção,
os N-terminais se ligam com os N-terminais de outras
fitas, da mesma forma com os C-terminais.
Fatores que limitam a formação de folhas β:
- Grupos R dos resíduos de aminoácidos muito volumosos.
Normalmente as estruturas em folha beta são ricas em aminoácidos
com grupos R pouco volumosos como Gly e Ala.
- Estruturas supersecundárias: proteínas formadas por α-hélice e
Folhas-β.
● Nível terciário:
o Descreve o dobramento final da cadeia polipeptídica por
interação de regiões com estrutura regular ou de regiões sem
estrutura definida. É a proteína em seu nível final,
biologicamente ativo, tridimensional da molécula
o Nesse nível de organização, as cadeias laterais dos aminoácidos
irão interagir através de ligações fracas (não-covalentes)
permitindo que segmentos distantes da estrutura primária
aproximem-se.
o Ligações de H, interações hidrofóbicas e ligações iônicas
(Interação covalente por ponte dissulfeto (-S-S-) também pode
ocorrer em algumas proteínas)
OBS: A estrutura primária de uma proteína determina a sua estrutura terciária
● Nível quaternário:
o Proteínas que apresentam mais de uma cadeia polipeptídica
(subunidades). Estabilizada por interações fracas e, raramente,
covalentes (pontes dissulfeto)
CONFORMAÇÃO NATIVA DAS PROTEÍNAS
- É o arranjo espacial dos átomos em uma proteína (conformação ativa
da proteína, apta a realizar suas funções biológicas). Geralmente uma
proteína apresenta poucas conformações sob condições biológicas.
Corresponde ao nível terciário ou quaternário, se tiver.
- O que vai contribuir para a manutenção da estabilidade da
conformação nativa: Interações fracas (principalmente) e ligações
dissulfeto (existentes apenas em algumas proteínas)
DESNATURAÇÃO DAS PROTEÍNAS
- Proteína nativa: Conformação mais estável que a molécula pode
assumir
- Proteína desnaturada: Quando sua conformação nativa é destruída
devido à quebra de ligações não-covalentes ou pontes dissulfeto.
- Agentes desnaturantes: Calor, ácidos e álcalis fortes, adição de
solventes orgânicos polares, adição de detergentes
FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS
A estrutura tridimensional está relacionada à função da proteína:
● Função enzimática (catalisadores biológicos)
Ex: Lipases, tripsina, quimiotripsina
● Função hormonal
Ex: Insulina (captação da glicose)
● Função estrutural: Sustentação dos tecidos conjuntivo e muscular, da
pele, dos cabelos e das unhas
Ex: Colágeno, queratina
● Função de defesa
Ex: Anticorpos- imunoglobulinas, defesa de plantas contra fungos,
bactérias, insetos, nematóides, etc
● Função motora: Proteínas responsáveis pelo transporte intracelular e
pela motilidade do sistema contrátil muscular.
Ex: Actina, miosina, tubulina, cinesina
● Função de transporte: Carreiam substâncias através de membranas ou
através do sangue.
Ex: Proteínas de membrana
Proteínas que se ligam ao oxigênio
- Mioglobina: Tem a função principal de armazenar oxigênio nos
músculos de mamíferos. Afinidade constante, oxigênio fica preso, por
isso não é interessante que transporte oxigênio. 1 cadeia apenas, só
possui 1 grupo Heme, liga-se a 1 molécula de O.
- Hemoglobina: Tem a função de transportar oxigênio do sangue para
os tecidos. Possui 4 cadeias; cada cadeia possui um grupo Fe2+. Liga-se
a 4 moléculasde O.
➔ Proteína alostérica
- São aquelas na qual a interação com um ligante em um sítio afeta as
propriedades de ligação de outro sítio na mesma proteína. (efeito
colaborativo, cooperação de subunidades).
- A hemoglobina é uma proteína alostérica
○ Hemoglobina:
As 4 subunidades da hemoglobina atuam em cooperação, ela oscila
na sua conformação, ora não possui afinidade com o O2, ora possui.
Quando ela está na conformação que não tem afinidade com o O2
- Grupo Heme: O Fe2+ é preso no núcleo, e é ele que vai se ligar ao
oxigênio (o núcleo das subunidades). Ora o Fe2+ está exposto,
interagindo com O2, ora está retraído.
A hemoglobina chega ao pulmão sem ter afinidade com o O2, mas
devido à alta concentração, o O2 acaba se ligando ao Fe2+, causando
uma modificação na molécula, fazendo com que as subunidades
projetem o Fe2+ pra fora. Dessa forma, o O2 se liga nas 4 cadeias e,
assim, a hemoglobina vai transportar o O2 para os tecidos periféricos.
Já nos tecidos periféricos, a quantidade de O2 é baixa e a de CO2 é alta
(muitos na forma de bicarbonato). Sendo assim, como a quantidade
de prótons H+ é alta, eles se ligam à hemoglobina, mudando
novamente sua conformação e retraindo o Fe2+, que perde a afinidade
por O2, e o libera no tecido periférico. A hemoglobina se carrega com
CO2 e os prótons, e volta novamente no estado tenso para o pulmão,
recomeçando o ciclo.
○ Mioglobina:
A curva de saturação da mioglobina pelo oxigênio é diferente da curva
da hemoglobina. No começo, à medida que aparece o O2 no meio, a
mioglobina vai se ligando à molécula (capta tudo). Em determinado
momento, não adianta aumentar a concentração de O2, pois haverá a
saturação de mioglobina (ela não solta o O2). Já a curva de
hemoglobina mostra a oscilação de saturação com o O2.
Efeito do H+ e CO2:
- Produtos da respiração celular (CO2 + H2O) é maior nos tecidos
periféricos do que no pulmão
- Afetam a afinidade da Hb pelo O2
- Efeito Bohr (pH mais baixo no tec periférico, faz a hb perder a
afinidade pelo O2)
OBS: O O2 (grupo heme) e H+ não são ligados nos mesmos sítios na Hb
TRABALHANDO COM PROTEÍNAS
Para que se estude uma proteína (tamanho, forma, função, pH que ela tem a
carga líquida 0), tem que isolar a proteína e purificar para que as análises
sejam exatas
1. Isolamento e purificação de proteínas:
● Etapa 1: Extração (de tecidos ou células)
● Etapa 2 : Fracionamento
○ Técnicas baseadas nas diferenças de:
- Carga
- Solubilidade (pH, temperatura, concentração de sal etc)
- Tamanho
● Etapa 3: Caracterização
○ Determinação de:
- pI
- Massa molecular
- Modificações pós-traducionais
- Estrutura primária, secundária, terciária etc
2. Cromatografia: Técnica de separação de moléculas.
- Cromatografia de troca iônica: Separação baseada nas diferenças de
cargas.
- Cromatografia de exclusão molecular: Separação baseada nas
diferenças de massas moleculares.
- Cromatografia de afinidade: Separação baseada nas especificidades de
interação existente entre algumas biomoléculas.
3. Eletroforese: Técnica para avaliar o grau de pureza de um material. A
amostra é colocada, adiciona um campo elétrico. As moléculas vão
migrar no gel e serão atraídas pelo pólo positivo. Há uma rede que
prende as moléculas maiores (moléculas pequenas passam
facilmente e as grandes vão ter maior dificuldade para passar). Possui
marcadores de massas moleculares de proteínas conhecidas para
saber a massa da proteína que está sendo estudada.
4. Focalização isoelétrica: Determinação do PI. Uma amostra de
proteína é aplicada numa extremidade de uma fita de gel, que tem
um gradiente de pH, e a proteína vai migrando até atingir o pH em
que a proteína atinge a carga líquida 0.
5. Eletroforese bidimensional: Primeiramente há uma separação
baseada nas diferenças de PI. Posteriormente uma separação baseada
nas diferenças de massa molecular (tamanho)
OBS: As Proteínas podem ser utilizadas como fármacos-drogas com especificidade
e eficácia muito alta.