Aula 5 Proteínas bioq 2014-1 [Modo de Compatibilidade]

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Proteínas
Proteínas são macromoléculas complexas, 
compostas de aminoácidos. São os 
constituintes básicos da vida e 
necessárias para os processos químicos 
que ocorrem nos organismos vivos. 
Proteínas
Nos animais, 
correspondem a cerca 
de 80% do peso dos 
músculos, cerca de 70% 
da pele e 90% do 
sangue seco. Mesmo nos 
vegetais as proteínas 
estão presentes.
A importância das 
proteínas está relacionada 
com suas funções no 
organismo. Todas as 
enzimas conhecidas são 
proteínas. 
Estas substâncias catalisam todas as reações 
metabólicas e capacitam aos organismos a 
construção de outras moléculas - proteínas, 
ácidos nucléicos, carboidratos e lipídios.
Proteínas
Proteínas
As proteínas podem ser simples, constituídas somente por 
aminoácidos, ou conjugadas, que contém outros grupos 
(grupo prostético) não-protéicos como carboidratos, íons, 
etc. 
A hemoglobina é um 
exemplo de proteína 
conjugada. Contém 4 
proteínas ligadas a uma 
porfirina e a um íon de ferro. 
As liproproteínas, tal como 
LDL e HDL, são também 
exemplos de proteínas 
conjugadas - neste caso, com 
lipídeos.
Proteínas
Outra forma de classificar as proteínas é baseado na 
sua função. Podem ser divididas em proteínas 
estruturais e biologicamente ativas. 
A maioria das proteínas estruturais são 
fibrosas. São compostas por cadeias alongadas. 
Dois exemplos 
são o colágeno
(ossos, 
tendões, pele e 
ligamentos) e a 
queratina
(unhas, 
cabelos, penas, 
cascos e bicos).
Proteínas
As proteínas biologicamente ativas são 
globulares. Muitas delas ficam na 
membrana celular, e atuam de diversas 
maneiras. 
A porina é uma proteína 
trans-membrana, que 
atua como um canal 
iônico em bactérias. 
Existe um "buraco" na 
estrutura protéica onde 
os íons passam, 
seletivamente. 
A Estrutura tridimensional 
de proteínas
Níveis de organização
A ESTRUTURA DITA A FUNÇÃO.
A FUNÇÃO DE UMA PROTEINA DEPENDE DIRETAMENTE DE 
SUA ESTRUTURA TRIDIMENSIONAL, QUE POR SUA VEZ É 
DETERMINADA PELA SEQUÊNCIA DE AMINOÁCIDOS
Síntese 
ProteínasA seqüência dos 
aminoácidos na proteína 
é determinado 
geneticamente a partir 
da seqüência dos 
nucleotídeos no DNA 
celular. 
Quando uma proteína em 
particular é necessária, o 
código do DNA para esta 
proteína é transcrito em uma 
seqüência complementar de 
nucleotídeos chamada de 
RNA mensageiro. 
Uma seqüência de 
3 nucleotídeos no 
RNA mensageiro 
especifica o 
aminoácido. Desta 
maneira, o 
organismo é capaz 
de sintetizar as 
várias proteínas 
com as funções 
mais diversas de 
que precisa.
Assim a seqüência de aminoácidos é ditada pelo 
RNA mensageiro. 
Síntese 
Proteínas
CC
O
HO
NH2
R
H
CHOOC N
R
H H
H
CHOOC N
R
H H
CC
O
NH2
R
H
HOH
Proteínas
As proteínas também são chamadas de 
polipeptídeos, porque os aminoácidos são 
unidos por ligações peptídicas. 
Ligação peptídica é a 
união do grupo amino
de um aminoácido com 
o grupo carboxila de 
outro amino ácido, 
através da formação de 
uma amida. 
Através destas ligações, os aminoácidos formam cadeias 
longas. A maioria das proteínas tem mais de 200 resíduos de 
aminoácidos e podem ser formadas por uma ou mais cadeias 
polipeptídicas. 
Ligação Peptídica
FORMAÇÃO DE UMA LIGAÇÃO PEPTÍDICA POR CONDENSAÇÃO.
Proteínas – Estrutura primária
A seqüência de aminoácidos é conhecida como 
estrutura primária. É esta estrutura que, de 
fato, determina a forma e a função da proteína. 
A estrutura primária é somente a seqüência dos 
aminoácidos, sem se preocupar com a orientação 
espacial da molécula. 
O oxigênio carbonílico possui uma carga parcial negativa e o nitrogênio 
amídico, uma carga parcial positiva, gerando um pequeno dipolo elétrico �
unidade peptídica
A ligação peptídica apesar de ser representada por um único traço de 
ligação, tem características intermediárias entre uma ligação simples e uma 
dupla ligação, devido à interação entre as duas formas de ressonância.
Assim, não há possibilidade de rotação em torno da ligação peptídica. 
Apenas há rotação em torno das ligações do carbono α.
A CADEIA POLIPEPTÍDICA CONSISTE EM UM ARRANJO FLEXÍVEL DE 
UNIDADES PEPTÍDICAS, CONECTADAS POR UMA ARTICULAÇÃO: O 
CARBONO αααα.
ESTRUTURA PRIMÁRIA DE PROTEÍNAS: É A SEQUÊNCIA DE AMINOÁCIDOS 
AO LONGO DA CADEIA POLIPEPTÍDICA. 
Leu-encefalina, um peptídeo opióide que modula a percepção de dor
A seqüência de aminoácidos determina a 
estrutura espacial da proteína
• A organização espacial da proteína é resultante do tipo de
aminoácido que a compõem e de como eles estão dispostos uns
em relação aos outros.
• A seqüência de aa irá determinar o tipo de interação possível entre
as cadeias laterais.
• A organização tridimensional de uma proteína, desde a seqüência
de aminoácidos, passando pelo enrolamento da cadeia
polipeptídica até a associação de várias cadeias, pode ser descrita
em níveis estruturais de complexidade crescente.
Proteínas
Os ângulos formados pelas ligações peptídicas
fazem com que a cadeia protéica assuma uma 
conformação espacial chamada de estrutura 
secundária.
Esta conformação espacial é 
reforçada pelas interações 
intramoleculares e 
intermoleculares entre os 
aminoácidos. A principal é a 
ligação hidrogênio que 
acontece entre os hidrogênios
dos grupos amino e os átomos 
de oxigênio dos outros 
aminoácidos. 
Proteínas
Estas ligações forçam a 
proteína a assumir uma 
forma helicoidal, chamada 
de αααα−−−−hélice. 
Ou a forma de folhas β 
pregueadas (ββββ-sheets), 
onde uma cadeia interage 
paralelamente com outra. 
α-hélice
ββββ-sheets
A estrutura secundária
• É dada pelo arranjo espacial de aminoácidos próximos 
entre si na seqüência primária da proteína.
• São dois os tipos principais de arranjo secundário 
regular:
– alfa-hélice; 
– folha-beta. 
• A α-hélice e a folha β-pregueada estabilizam-se por 
pontes de hidrogênio entre o nitrogênio e o oxigênio dos 
grupos –NH e –C=O, constituintes das ligações 
peptídicas.
•O grupamento CO de cada 
aminoácido forma ponte de 
hidrogênio com o grupamento 
NH do aminoácido que está 
situado a quatro unidades 
adiante na seqüência linear, 
sendo que todos os 
grupamentos NH e CO formam 
pontes de hidrogênio. 
α-Hélice
• Alfa-hélice está presente na estrutura secundária dos níveis de
organização das proteínas. Se assemelha a uma escada em
espiral.
• Nesta estrutura o esqueleto polipeptídico está estreitamente
enrolado ao longo do maior eixo da molécula e os grupos R dos
resíduos de aminoácido projetam-se para fora do esqueleto
helicoidal
• A estabilização se dá pela presença das ligações de hidrogênio
entre os grupamentos NH e CO (integrantes da ligação peptídica)
da cadeia principal.
MODELO BOLA – BASTÃO DE UMA αααα-HÉLICE.
A αααα-HÉLICE É UMA ESTRUTURA ENROLADA MANTIDA POR PONTES H INTRACADEIA.
OS 4 MODELOS DA αααα - HÉLICE, MOSTRANDO DIFERENTES ASPECTOS DE 
SUA ESTRUTURA REGULAR.
α-hélice
Modelo bola-bastão. Vista por cima.
Modelo espaço cheio.
FERRITINA, UMA PROTEÍNA QUE ARMAZENA FERRO, TEM 75% DE SUA 
ESTRUTURA EM αααα - HÉLICE.
Folha beta pregueada
• Folha-beta é um padrão estrutural encontrado em
várias proteínas, nas quais regiões distantes da
cadeia polipeptídica ou regiões de cadeias
polipeptídicas diferentes associam-se por meio de
pontes de hidrogênio resultando em uma estrutura
achatada e rígida.
• As pontes de hidrogênio são perpendiculares ao eixo
das cadeias, e os grupos R dos aminoácidos projetam-
se para cima e para baixo do plano da folha pregueada.
UMA FOLHA ββββ ANTIPARALELA. 
FITAS ββββ VIZINHAS CORREM EM DIREÇÕES OPOSTAS. 
UMA FOLHA ββββ PARALELA. 
FITAS ββββ ADJACENTES CORREM NA MESMA DIREÇÃO. 
ESTRUTURA DE UMA FOLHA ββββ MISTA.
Estrutura terciária:
• Refere-se a todos os aspectos do enovelamento tridimensional de
um peptídeo.
• Descreve o dobramento final da cadeia polipeptídica por interação
com regiões de estrutura regular ou sem estrutura definida.
• A estruturaterciária das proteínas é mantida por interações fracas
entre as cadeias laterais dos aminoácidos que constituem a
proteína ���� o grande número destas ligações é responsável pela
manutenção da estrutura terciária das proteínas.
Estrutura terciária:
• Ligações fracas:
– Pontes de hidrogênio: entre grupos R de aminoácidos polares com
ou sem carga.
– Interações hidrofóbicas: entre cadeias laterais hidrofóbicas de aa
apolares. Ocorre na presença da molécula protéica no ambiente
aquoso. As cadeias hidrofóbicas ficam no interior da molécula para
se “protegerem” da água.
– Ligações iônicas ou salinas: entre grupos com cargas opostas. Mas a
maioria destes grupos se localiza na superfície fazendo interação
íon-dipolo com a água, que forma uma camada organizada de água
ao redor da molécula = camada de solvatação.
Tipos de interação químicas na 
estrutura terciária
• Pontes de hidrogênio
• Interações hidrofóbicas
• Ligações iônicas ou 
salinas
• Pontes de dissulfeto: 
ligação covalente formada 
entre 2 resíduos de 
cisteína (cistina) � grande 
estabilidade. Ocorre mais 
em proteínas 
extracelulares.
ESTRUTURA TERCIÁRIA DESCREVE O DOBRAMENTO FINAL DA 
CADEIA POLIPEPTÍDICA, ONDE SEGMENTOS DISTANTES NA 
SEQUÊNCIA PODEM SE APROXIMAR E INTERAGIR POR INTERAÇÕES 
FRACAS.
MODELO BOLA- BASTÃO 
DA MIOGLOBINA.
Interações ou ligações que estabilizam a estrutura 
terciária das proteínas
Ligação de 
hidrogênio Ligação iônica
Interação
hidrofóbica
VISÃO ESQUEMÁTICA DA MIOGLOBINA QUE TEM 80% DE SUA ESTRUTURA 
EM αααα HÉLICE
DISTRIBUIÇÃO DE AMINOÁCIDOS NA MIOGLOBINA. 
Proteínas
Certas proteínas são 
compostas por mais de 
uma unidade 
polipeptídica. A 
imunoglobulina, por 
exemplo, é constituída por 
4 cadeias protéicas. A 
conformação espacial 
destas cadeias, juntas, é 
que determina a estrutura 
quaternária. 
ESTRUTURA QUATERNÁRIA DE PROTEÍNAS: O TETRÂMERO αααα2ββββ2 DA 
HEMOGLOBINA HUMANA.
Proteínas Fibrosas x Proteínas 
Globulares
FIBROSAS
• Colágeno
• Queratina
GLOBULARES
• Enzimas
• Mioglobina
• Hemoglobina
• Têm forma alongada, são geralmente insolúveis e
desempenham um papel basicamente estrutural nos sistemas
biológicos.
• Possuem cadeia polipeptídica muito longa com estrutura
secundária regular
• Fornecem suporte, formas e proteção externa aos
vertebrados.
• Possuem diversas funções dinâmicas nos sistemas vivos.
• Uma ou mais cadeias polipeptídicas organizadas em
forma esférica.
• Geralmente são solúveis em meio aquoso.
ESTRUTURA DO CABELO: A ααααHÉLICE DA QUERATINA SE ENROLA AOS 
PARES, QUE SE COMBINAM FORMANDO PROTOFILAMENTOS E 
PROTOFIBRILAS. 
As α- queratinas são componentes principais da epiderme 
dos vertebrados � cabelo, lã, unhas, chifres , bicos e 
penas
A estrutura do fio de 
cabelo
PROCESSO DE FAZER PERMANENTE NOS CABELOS É ENGENHARIA 
BIOQUÍMICA.
Enovelamento de proteínas
O enovelamento de uma proteína geralmente 
ocorre via um processo em etapas
• Segmentos se dobram dentro de estruturas 
secundárias
• Forças dirigem as regiões hidrofóbicas para o interior 
da proteína
Proteínas Auxiliares auxiliam o dobramento:
• Chaperonas
• Proteína dissulfeto isomerase
• Prolina cis-trans isomerase
Diversas patologias têm origem na alteração 
do enovelamento de proteínas
Sintomas incluem: demência e perda de coordenação
As encefalopatias espongiformes transmissíveis ou doença do Príon são doenças
neurodegenerativas fatais, caracterizadas por perda neuronal, resultantes da
deposição de agregados protéicos insólúveis nas células neuronais.
• A PrPc (forma celular) é encontrada normalmente
no tecido nervoso
• Suas funções são ainda discutíveis:
• manutenção da concentração intracelular adequada de
íons Cu2+;
• participação no transporte ou metabolismo de zinco;
• proteção ao estresse oxidativo;
• participação na excitabilidade celular e transmissão
sináptica;
• apoptose celular.
• A doença é causada pela alteração estrutural da proteína PrPc cerebral
para PrPsc (scrapie) � aumento do conteúdo de folhas-beta e diminuição
daquele de alfa-hélice.
• A proteína se torna insolúvel e precipita formando os agregados.
• A PrPsc induz as alterações na proteína PrPc, o que explica ser uma
doença infecciosa.
Doença de Alzheimer
• O enovelamento incorreto de uma proteína
endógena ao tecido cerebral humano, β-
amilóide, é uma característica marcante da
doença.
Nos pacientes com a doença, os níveis da proteína
β-amilóide se tornam elevados. Esta proteína sofre uma
mudança conformacional de um estado rico em α-hélices
solúvel para um estado rico em folhas β e propenso à auto-
agregação.
Estrutura primária: é a seqüência de aminoácidos ao longo da cadeia polipeptídica,
que é determinada geneticamente, sendo específica para cada proteína. A estrutura
primária das proteínas é mantida por ligações covalentes, mais especificamente, as
ligações peptídicas.
Estrutura secundária: refere-se a arranjos estáveis dos resíduos de aminoácidos,
originando padrões estruturais recorrentes. Descreve as estruturas regulares
tridimensionais formadas por segmentos da cadeia polipeptídica. A estrutura secundária
das proteínas é mantida por pontes de H entre os grupos C=O e N – H que fazem parte
da ligação peptídica.
Estrutura terciária: refere-se a todos os aspectos do enovelamento tridimensional de
um peptídeo. Descreve o dobramento final da cadeia polipeptídica por interação com
regiões de estrutura regular ou sem estrutura definida. A estrutura terciária das
proteínas é mantida por interações fracas entre as cadeias laterais dos aminoácidos
que constituem a proteína.
Estrutura quaternária: descreve a associação de duas ou mais cadeias
polipeptídicas para compor uma proteína funcional. A estrutura quaternária das
proteínas também é mantida por interações fracas entre as cadeias laterais de
aminoácidos, só que estes aa. estão localizados em sub-unidades diferentes.
A solubilidade das proteínas
A solubilidade das proteínas
• Carga elétrica total da proteína = somatório das cargas
apresentadas pelos radicais dos aa
• pI das proteínas = pH no qual o número de cargas positivas
equivale ao número de cargas negativas � eletricamente neutra
• pI é determinado experimentalmente = valor do pH em que a
proteína não migra quando submetida a um campo elétrico
• pI > 7 = proteína básica
• pI < 7 = proteína ácida
• A solubilidade de uma proteína é
determinada fundamentalmente por sua
estrutura primária, que define a relação
espacial entre os aminoácidos na estrutura
tridimensional e sua interação com a água.
Mas, características do meio tais como pH,
concentração de sais interferem na
solubilidade.
• No pI a solubilidade é menor do que em
outros valores de pH, onde as moléculas tem
todas a mesma carga e por isso se repelem
eletrostaticamente, estabilizando-se em
solução.
A SOLUBILIDADE DAS PROTEÍNAS É INFLUENCIADA PELA COMPOSIÇÃO DO 
MEIO AQUOSO.
CARGA ELÉTRICA E SOLUBILIDADE DE PROTEÍNAS.
O VALOR DO pI DE UMA PROTEÍNA REFLETE SUA COMPOSIÇÃO 
EM AMINOÁCIDOS.
“SALTING IN”: Acredita-se que os íons adicionais presentes em solução interagem com os
grupos carregados das moléculas de proteínas, atenuando as interações entre elas.
“SALTING OUT”: Ocorre com sais di ou trivalentes, que competem com a proteína por
moléculas de água para solvatação. Em altas concentrações desses sais, há tantos íons
solvatados, que a quantidade de água disponível é insuficiente para dissolver todos os
solutos: as interações proteína-proteína tornam-se mais fortes que as interações proteína-
solvente; a proteína sofre agregação e precipita.
Concentração de sais x solubilidade
EFEITOS “SALTING IN” E “SALTING OUT”
Alterações estruturais das 
proteínas
Alterações estruturais das proteínas
• Conformação nativa = conformação mais
estável assumida pela molécula � enzimas
estão ativas
• Proteína desnaturada = conformação nativa
destruída � quebra dasligações não-
covalentes = cadeia polipeptídica distendida
• Agentes desnaturantes:
– Aquecimento
– Ácidos e álcalis fortes � afetam a ionização dos grupamentos
das proteínas
– Uréia � estabelece pontes de hidrogênio com os radicais das
proteínas
– Detergentes e sabões (agentes anfipáticos) � sua cauda
hidrofóbica é introduzida no interior da molécula desfazendo as
interações hidrofóbicas que mantém a estrutura nativa da
proteína
Alterações estruturais das proteínas
• Renaturação:
– Retirado o agente desnaturante algumas
proteínas podem voltar a sua conformação
nativa
Alterações estruturais das proteínas
Um exemplo de 
desnaturação e 
renaturação da 
enzima ribonuclease
Estado nativo
Estado 
desenovelado
Ligações dissulfeto 
reduzidas
Renaturação.
Ligações dissulfetos
refeitas
PROTEINAS DESNATURADAS PODEM 
RENATURAR.
A RENATURAÇÃO DEMONSTRA QUE A 
ESTRUTURA TRIDIMENSIONAL DE UMA 
PROTEINA É CONSEQUÊNCIA DE SUA 
ESTRUTURA PRIMÁRIA.
CONFORMAÇÃO NATIVA DA RIBONUCLEASE
A DESNATURAÇÃO DA PROTEÍNA ACARRETA PERDA DE SUA 
ESTRUTURA ORIGINAL.