Estrutura e Função das Proteínas

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Proteínas
Módulo 1, aula 2
Introdução:
Proteínas são formadas por uma sequência de aminoácidos unidos por ligações peptídicas com função decorrente da forma. Proteínas são os agentes funcionais da célula, formadas com base na informação genética.
Ligação peptídica: É uma ligação covalente que ocorre entre as moléculas unindo o grupo carboxílico de um aminoácido ao grupo amino de outro, liberando uma molécula de água. Cada aminoácido que se junta ao peptídeo vai ser chamado de resíduo.
-Os quatro átomos da ligação (O=C-N-H) se encontram em um mesmo plano no espaço
- A ligação peptídica, apesar de ser representada por uma ligação simples entre o "C" e o "N", possui característica de dupla ligação, pois um dos 
elétrons que é compartilhado entre o "C" e o "O" será, por ressonância, 
compartilhado entre o "C" e o "N". Neste sentido, a ligação peptídica não é 
passível de sofrer rotações.
Função:
1. Estrutural: citoesqueleto
2. Transporte: hemoglobina
3. Plástica: colágeno 
4. Adesão: desmossomos
5. Defesa: anticorpos
6. Hormonal: insulina
7. Enzimática: acelera reações
Estrutura proteica: A estrutura das proteínas pode ser dividida em quatro níveis de organização: 
1. Estrutura primária: indica a sequência linear de aminoácidos da proteína, a qual é determinada geneticamente. Cada proteína possui uma sequência de aminoácidos específica. Qualquer alteração na estrutura primária (mutação) resulta em uma proteína distinta da original. 
2. Estrutura secundária: segmentos da cadeia polipeptídica forma estruturas tridimensionais, mantida por ligações de hidrogênio. Pontes de hidrogênio entre agrupamentos N-H e C=O na cadeia principal, cadeias laterais não participam na formação das pontes de H. Podem ser, basicamente, de dois tipos:
a) α-Hélice: Nessa estrutura, a cadeia polipeptídica adquire uma conformação em que os resíduos de aminoácidos se enrolam em torno de um único eixo longitudinal imaginário, sendo que as cadeias laterais (grupos R) se projetem para fora da estrutura helicoidal. Cada volta em uma hélice contém 3,6 resíduos de aminoácidos. Assim, o hidrogênio da primeira ligação peptídica fará uma ligação de hidrogênio com o oxigênio da quarta ligação peptídica. Enquanto o hidrogênio da segunda ligação peptídica realiza ponte de hidrogênio com oxigênio da quinta ligação peptídica e assim por diante. NÃO CONFUNDIR COM A TRIPLA HELICE DO COLÁGENO. Rico em alanina.
b) Folha β-pregueada: Nessa estrutura, segmentos da cadeia polipeptídica são dispostos, lado a lado, sendo que as ligações de hidrogênio ocorrem entre o “H” de uma ligação peptídica e o “O” de uma outra ligação peptídica. Duas cadeias beta.
Volta beta: formada por 4 aminoácidos. Serve como elementos conectores entre alfa hélice e folha beta pregueada. Prolina 
3. Estrutura terciária: Ganha uma conformação 3D mais robusta. Descreve o dobramento final da cadeia polipeptídica por interações de regiões com estrutura regular (alfa-hélice e folha beta-pregueada) ou de regiões sem estrutura definida. Segmento da cadeia polipeptídica capaz de enovelar-se de forma independente em estrutura compacta e estável. Ocorre uma interação dos grupos laterais. Interagem entre si por meio de:
a) Ligações de Hidrogênio.
b) Interações hidrofóbicas (Van der Walls).
c) Ligações iônicas entre aminoácidos polares de carga oposta.
d) Ligações dissulfeto entre resíduos de cisteína (ligação covalente).
 
4. Estrutura quaternária: descreve a associação de duas ou mais subunidades para compor uma única proteína funcional multimérica. A estrutura quaternária é mantida apenas por ligações não covalentes, ou seja, não há ligações dissulfeto em estruturas quaternárias. Nem todas as proteínas tem estrutura quaternária.
Classificação da estrutura:
 Considerando níveis mais altos de estrutura, é conveniente separar dois grandes grupos dos quais muitas proteínas podem ser classificadas: proteínas fibrosas, com cadeias polipeptídicas arranjadas em longos filamentos ou folhas, e proteínas globulares, com cadeias polipeptídicas enoveladas em forma esférica ou globular. Os dois grupos também se diferenciam funcionalmente.
· Proteínas fibrosas: cadeias polipeptídicas arranjadas em longos filamentos, insolúvel em água (propriedade conferida pela alta concentração de resíduos de aminoácidos hidrofóbicos tanto no interior quanto no exterior da proteína). As proteínas fibrosas possuem função estrutural e tem propriedades que dão força e/ou flexibilidade às estruturas das quais elas fazem parte.
1) α-queratina: constituída por uma associação de proteínas com estruturas secundárias de α-hélices. Encontradas somente em mamíferos, essas proteínas constituem cabelos, pelos, unhas, garras, penas, chifres, cascos e grande parte da camada mais externa da pele. A resistência das proteínas fibrosas é aumentada pelas ligações covalentes (ligações dissulfeto). Dependendo da quantidade de cisteína, quanto mais ligações dissulfeto, maior o grau de enovelamento, mais cacheado vai ser o cabelo. 
2) Colágeno: o colágeno é uma proteína fibrosa abundante no tecido conjuntivo e é formado por uma associação de proteínas em forma de hélice (tripla hélice). Esta hélice, entretanto, é mais compacta do que a α-hélice, devido ao seu alto teor de glicina e hidroxiprolina (A hidroxiprolina, por sua vez, é formada pela modificação pós-traducional da prolina, dependente da vitamina C. Assim, a carência nutricional de vitamina C, resultará em baixa formação de 
hidroxiprolina, o que resulta em um colágeno frágil, caracterizando o ESCORBUTO.
· Proteínas globulares: Em uma proteína globular, segmentos das cadeias polipeptídicas (ou de múltiplas cadeias) se dobram uns sobre os outros, gerando uma forma mais compacta do que a observada nas proteínas fibrosas. O enovelamento também garante a diversidade estrutural necessária para que as proteínas possam realizar um grande leque de funções biológicas. As proteínas globulares são solúveis e desempenham funções dinâmicas como:
1) Proteção: imunoglobulinas
2) Transporte: hemoglobina e albumina
3) Catálise: enzimas
4) Reguladora
Desnaturação proteica: : É a perda da função biológica da proteína, pela desorganização de sua estrutura tridimensional, sem haver a hidrólise da ligação peptídica. A desnaturação de proteínas pode ocorrer ao se elevar a temperatura, acarretando o rompimento de ligações químicas que estabilizam a estrutura nativa, ou através de alterações nos valores de pH do meio em que a proteína se encontra solubilizada. Neste caso, alterações de pH podem resultar em perda de ligações iônicas à medida que um grupo amino protonado (carga positiva) pode se tornar desprotonado (carga neutra); ou um grupo ácido desprotonado (carga negativa) pode se tornar protonado (carga neutra). Em uma eventual desnaturação proteica, caso a nova estrutura molecular adquirida pela proteína (ou aglomerado de proteínas) seja de menor energia livre se comparado com a estrutura nativa, a desnaturação se torna irreversível, já que seria muito complicado para a proteína retornar a um nível de maior energia livre. Caso a desnaturação seja reversível, a célula dispõe de CHAPERONAS, as quais são proteínas que auxiliam na renaturação proteica. Caso a desnaturação seja irreversível, as proteínas desnaturadas são marcadas (ubiquitinadas) e direcionadas à degradação.
Agentes desnaturantes:
a. Calor, pH, alguns solventes orgânicos miscíveis com água como álcool e acetona.
b. Mercaptoetanol, rompe pontes de dissulfeto.
c. Detergentes.
Proteína monomérica: uma cadeia polipeptídica.
Proteína multimérica: 2 ou mais cadeias polipeptídicas.
Proteínas oligomérica: 2 subunidades idênticas. Ex: hemoglobina.
Questões do estudo dirigido:
1. Dado os seguintes polipeptídeos: 
I. Ala-Phe-Tyr-Phe-Ala-Met-Gly-Ser-Trp-Gly-Thr 
II .Ala-Glu-Phe-Met-Ile-Arg-Val-Cys-Leu-Ala-Pro-Gly-Met
Explique:
a. Qual a consequência na estrutura do peptídeo II se fosse provocadauma mutação e o resíduo de Arg fosse trocado por Asp?
b. Explique como a presença de um resíduo de Pro no peptídeo II possibilita a formação de uma dobra-β.
2. Quais são as características e as ligações da estrutura primária, secundaria, terciaria e quaternária da proteína?
3. Cite três exemplos de proteínas conjugadas, destacando seu grupo prostético.
As proteínas conjugadas são constituídas por aminoácidos mais outro componente não-proteico. Grupo prostético é qualquer outro componente não-proteico. Fosfoproteínas: grupo prostético: grupo fosfato
Glicoproteínas: grupo prostético: cadeias de oligossacarídeos (glicanos)
Lipoproteínas: grupo prostético: lipídio
Grupo prostática da hemoglobina: heme. 
4. No que consiste a desnaturação da proteína?
5. O que é uma ponte dissulfeto?
A ponte dissulfeto é uma ligação covalente entre dois átomos de enxofre (nas proteínas: das cadeias laterais de duas cisteínas).
6. Escrever a classificação das proteínas quanto à conformação. Citar exemplos de cada tipo:
7. Citar e descrever os padrões de estrutura secundária das proteínas. Relacionar proteínas que apresentam esses padrões na sua estrutura.
8. Sequência de aminoácidos e estrutura proteica – nossa crescente compreensão de como as proteínas se enovelam permite aos pesquisadores fazer predições sobre a estrutura proteica, baseadas nos dados de sequência de aminoácidos: Ile-Ala-His-Thr-Tyr-Gly-Pro-Phe-Glu-Ala-Ala-Met-Cys-Lys-Trp-Glu-Ala-Gln-Pro-Asp-Gly-MetGlu-Cys- Ala-Phe-His-Arg
Considerando que esta sequência faça parte de uma proteína globular maior, indique a localização provável (a superfície externa ou o interior de uma proteína) dos seguintes resíduos de aminoácidos: Asp, Ile, Thr, Ala, Gln, Lys
9. Comente sobre as consequências do processo de dobramento inadequado das proteínas. Cite exemplos.
10. Defina amiloidoses.