1 - ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS

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Estrutura das Proteínas 
Recaptulando:
aa são unidades fundamentais das proteínas, apresentam como estrutura base um carbono alfa associado a quatro ligamentos: um grupo amino (protonado em pH fisiológico), um grupo carboxila (dissociado em pH fisiológico), um atomo de Hidrogênio e o radical variando de acordo com o tipo de aa.
20 aminoácidos comuns que fazem parte das estruturas das proteínas (glicina, alanina, prolina, valina, leucina, isoleucina, fenilalanina, tirosina, triptofano, asparagina, glutamina, serina, treonina, metionina, cisteína, aspartato, glutamato, arginina, lisina, histidina). A Selenocisteína é considerado o 21° aa, advindo de uma serina modificada, contendo um átomo de Selenio em sua estrutura. Essa Selenocisteína é formada a partir de um stopcódon.
Para poderem constituir as proteínas os aa realizam ligações entre si, chamadas de ligações peptídicas. Essa ligação se dá a partir do grupamento carboxila de um aa (contribui com o OH) e o grupamento amino do outro (contribui com o H), numa reação de desidratação (como o grupamento carboxila e o grupamento amino se encontram protonados em pH fisiológico, seria mais correto dizer que o grupamento carboxila contribui com o atomo de O e o grupamento amino contribui com dois atomos de H para a formação da molecula de agua que sai da ligação peptidica). Essa ligação peptídica é mais curta que as outras ligações do aa, o que confere uma certa rigidez à essa estrutura (carater semelhante a uma dupla ligação: rígida e planar). O primeiro aminoácido é chamado de extremidade aminoterminal pois o grupamento alfa amino não está fazendo ligação peptídica, enquanto que o ultimo aminoácido é chamado de extremidade carboxiterminal pois seu grupo alfa carboxílico não está fazendo parte de nenhuma ligação peptídica. 
É possível encontrar também em algumas proteínas e peptídeos a ligação dissulfeto entre duas cisteínas compondo um aminoácido especial chamado de Cistina.
Níveis estruturais das proteínas
Estrutura primaria: Sequência de aminoácidos na cadeia polipeptídica;
Estrutura secundária: Arranjo espacial dos aa adjacentes da cadeia polipeptídica formando padrões estruturais;
Estrutura terciária: Descreve todos os aspectos do enovelamento da proteína;
Estrutura quaternária: Quando a proteína possui mais de uma cadeia polipeptídica, ela apresenta um quarto nível estrutural, que tem a ver com o arranjo espacial dessas cadeias polipeptídicas na proteína.
A ESTRUTURA PRIMÁRIA
É a sequência de aa na molécula de uma proteína, é a descrição de todas as ligações covalentes que ligam os aa na cadeia polipeptídica, sendo a ligação peptídica a principal. É o nível de estrutura mais simples, a partir do qual todos os outros derivam.
Cada proteína possui a sua sequência de aa, é predeterminada pela sequência de nucleotídeos de seu gene. 
Variações na estrutura primária:
Entre espécies: A insulina é um exemplo de proteína com variação de estrutura primária entre espécies: as substituições de aminoácidos nas insulinas bovina e porcina ocorrem em locais que não afetam a atividade da molécula (tendo sido usada por anos no tratamento do diabetes mellitus).
Dentro de uma mesma espécie: polimorfismos – variações populacionais; isoformas ou isozimas – variações de acordo com a localização celular, variações tecido-específicas, e variações durante os diferentes estágios de desenvolvimento embrionário ou fetal. As ISOFORMAS de uma proteína possuem a mesma função. As ISOZIMAS (se a proteína for uma enzima) catalisam a mesma reação, entretanto possuem estrutura primária diferente. 
Essas variações podem ser toleradas desde que: 
> ocorram nas regiões não críticas, não afetando nem a função nem a estrutura tridimensional dessa proteína; 
> forem substituições conservativas (quando há troca por um aminoácido estruturalmente similar – mesma polaridade, volume ou área de superfície);
> quando conferirem alguma vantagem adaptativa.
Se a região da proteína for importante para o seu funcionamento (formação do sítio de ligação e/ou da estrutura tridimensional) então a sequência é INVARIÁVEL ou CRÍTICA.
A insulina, para se tornar ativa, sofre uma modificação em sua estrutura primária, chamada de modificação pós-traducional do tipo redução do tamanho da cadeia primária, que se inicia no retículo endoplasmático e é finalizado no complexo de golgi. Suas duas cadeias tem origem da mesma cadeia polipeptídica que se fragmenta e mantém-se unida por meio das pontes de dissulfeto.
A fosforilação (adição de um fosfato à estrutura de uma cadeia), glicosilação (adição de um açúcar - proteínas que desempenham função extracelular), adp-ribosilação, entre outras, também são modificações pós traducionais que podem ocorrer nas cadeias primárias. Geralmente são as Serinas, Treonina e Tironina que sofrem fosforilação, e essa fosforilação pode levar à ativação ou inativação de uma enzima, e são modificações temporárias na estrutura primaria dessa proteína. 
As isoformas da Hemoglobina (compostas por mais de uma cadeia polipeptídica) são um exemplo de variação de estrutura primária durante o desenvolvimento.
As isozimas da Creatina Cinase (CK) são um exemplo de variação de estrutura primária tecido-específica. 
A ESTRUTURA SECUNDÁRIA
É a disposição espacial que adquire a espinha dorsal da cadeia polipeptídica, ou seja, o arranjo espacial (conformação) de resíduos de aminoácidos sucessivos e próximos na cadeia polipeptídica. Alguns tipos de estrutura secundária são estáveis, dando origem a padrões estruturais que ocorrem extensamente nas proteínas (se repetem em diversas proteínas). Quando não se observa um padrão regular, a estrutura secundária é chamada de indefinida, não repetitiva ou espiral aleatória (se arranja de uma forma que confira função biológica àquela proteína).
ESTRUTURA α-HÉLICE
É um tipo de estrutura secundária que se caracteriza por ter uma cadeia polipeptídica estruturada em espiral ao redor de um eixo central imaginário. A α-hélice é mantida pelas pontes de H que se formam entre átomos de ligações peptídicas próximas (entre o grupo NH de um resíduo e o grupo CO do 4° resíduo em direção ao N-terminal). A cadeias laterais dos aa se estendem para fora da hélice.
A alfa-hélice encontrada em proteínas é voltada para a direita. 
ESTRUTURA EM CONFORMAÇÃO β OU FOLHA β
 
 
A ESTRUTURA TERCIÁRIA
É o arranjo tridimensional total de todos os átomos de uma proteína. Arranjo espacial de todos os aminoácidos na estrutura proteica, é o padrão de enovelamento da proteína.
PROTEÍNAS FIBROSAS
PROTEÍNAS GLOBULARES
 
CONFORMAÇÃO NATIVA: é a estrutura tridimensional, é a conformação espacial na qual a proteína possui atividade biológica. Essa estrutura não é algo estático, e sim uma estrutura bastante dinâmica que se adapta à ligação do ligante. A proteína quando recebe o ligante em seu sítio de ligação ela se molda à esse ligante, interagindo com ele, conformando-se à ele.
 
POSIÇÃO DOS AMINOÁCIDOS NAS CADEIAS
Quando vão ser enoveladas, proteínas que são polares (solúveis em agua) terão seus aa de radicais polares voltados para fora da cadeia, podendo estabelecer ligações de Hidrogênio com a água, solubilizando a proteína, já seus radicais apolares estarão voltados para o interior da cadeia, estabilizando a sua estrutura tridimensional. (Isso não quer dizer que não existam radicais polares voltados para dentro, ou radicais apolares para o lado de fora da molécula, há sim um predomínio dessas estruturas de acordo com a polaridade da substância com as quais se solubilizam). Da mesma forma, proteínas que estão em ambiente hidrofóbicos, como as proteínas de membrana, nessas regiões transmembranas os radicais apolares ficarão em contato com a parte apolar da membrana, já naqueles segmentos que estão voltados para o meio intra ou extracelulares, teremos radicais polares voltados para esse meio aquoso. 
 
Ligação iônica: ocorre entre grupos eletricamente carregados. Atração eletrostática entre grupamentos com cargas opostas
Pontes de Hidrogênio: Ocorrem pela atração entre um átomode H e outro elemento mais eletronegativo, geralmente O ou N.
Ligassões Dissulfeto: Unem átomos formando moléculas duráveis e resistentes. Ocorre quando átomos compartilham elétrons. Ex: formação da Cistina.
Interações hidrofóbicas: São estabelecidas entre radicais de aminoácidos apolares. Estes radicais se aproximam e repelem água, voltados para o interior da molécula.
ESTRUTURA QUATERNÁRIA
 
Desnaturação, rematuração, conformação nativa e patologias associadas
DESNATURAÇÃO PROTEICA
O mais comum é a alteração de temperatura como agente desnaturante devido à energia cinética das moléculas até que haja um afastamento dos grupamentos químicos. 
pHs extremos afetam a carga líquida da proteína causando uma repulsão eletrostática, afetando as ligações de H.
Detergente é formado por uma porção polar que vai interagir sobre radicais carregados positivamente, impedindo assim que se formem ligações iônicas que estabilizam a estrutura da proteína, e uma porção apolar que vai reagir cobre os radicais hidrofóbicos, desestabilizando-os
Solventes orgânicos (como a ureia, álcool e cetona) tem o efeito de romper as ligações hidrofóbicas desestabilizando as ligações hidrofóbicas e a proteína globular.
Não há quebra de ligação peptídica, não há quebra de estrutura primária. Para haver ruptura das ligações peptídicas é necessário haja hidrólise dessa ligação. Os agentes desnaturantes não fazem hidrólise, mas rompem as estruturas secundárias, terciárias e quaternárias se houver, total ou parcialmente.
Se expusermos a proteína à um pH ácido essa proteína irá se desnaturar pois esses prótons serão capturados pelos radicais ionizáveis das proteínas e as ligações iônicas entre esses radicais serão rompidas. Assim como o pH do meio interfere na estrutura da proteína, a estrutura da proteína também interfere no pH do meio, como uma tentativa dessa proteína de neutralizar esse pH ácido, diminuindo a concentração de H+ (tampões biológicos). Da mesma forma ocorre no meio básico.
Uma proteína desnaturada/desenovelada tem mais facilidade de ser digerida, tendo suas ligações peptídicas rompidas por uma enzima proteolítica. O pH do estômago desnaturam as proteínas, indo para o intestino onde as enzimas proteolíticas romperão as ligações peptídicas muito mais facilmente.
A proteína desnaturada não tem sítio ativo, não tendo função biológica.
Muitas proteínas necessitam das CHAPERONAS para um enovelamento completo, sua conformação tridimensional nativa. Chaperonas são proteínas que auxiliam outras proteínas a assumirem sua conformação tridimensional.
Proteínas mal dobradas e que não conseguiram ser novamente enoveladas pelas chaperonas são marcadas para serem degradadas. Essa degradação é feita em proteossomos e a marcação é feita pela ubiquitina.