Aula 4 Introdução a Proteína (2)

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Estrutura Quaternária
❖  As proteínas se enovelam em estruturas globulares e excluem a água de seu 
interior. 
❖  As regiões de contato entre as subunidades são semelhantes ao interior de 
uma proteína de subunidade única, contendo cadeias apolares muito 
agregadas, ligações de hidrogênio e pontes de enxofre. 
Desnaturação de Proteínas
❖  As estruturas protéicas evoluíram de modo que as proteínas possam 
funcionar em ambientes celulares particulares. Condições diferentes das 
celulares podem resultar em mudanças estruturais pequenas ou grandes. 
❖  A perda de estrutura tridimensional que é suficiente para causar uma 
perda de função é denominada desnaturação. 
❖  O estado desnaturado não é necessariamente igual ao estado 
completamente desenovelado, existindo na forma de diversos estados 
parcialmente enovelados ainda pouco compreendidos. 
❖  As baixas estabilidades conformacionais das proteínas nativas tornam-nas 
muito suscetíveis à desnaturação por alteração do balanço das forças fracas 
que mantêm a conformação nativa. 
❖  Como ocorre a desnaturação das proteínas? 
Estrutura Quaternária – As subunidades são dissociadas. 
Estrutura Terciária – Rompimento de ligações de enxofre e das forças de van der Waals. 
Estrutura Secundária – Desfaz a conformação em α-hélice e folha-β, rompendo ligações de 
hidrogênio. 
Estrutura Primária – não é afetada pela desnaturação. 
Desnaturação de Proteínas
❖  As proteínas podem ser desnaturadas em diversas condições: 
1) Aquecimento, 
2) pH, 
3) Detergentes, 
4) Agentes caotrópicos (Guanidina e Uréia), 
5) Alta Pressão. 
Desnaturação de Proteínas
❖  Aquecimento – Desfaz principalmente as ligações de hidrogênio, mas também 
desfaz as interações hidrofóbicas, uma vez que o calor aumenta a energia cinética 
fazendo com que as moléculas vibrem tão rápido e violentamente que as ligações são 
desfeitas. 
❖  A proteína se desenrola ou agrega. 
❖  Se a temperatura for vagarosamente aumentada, a conformação da proteína 
permanece a mesma até que há uma abrupta perda de estrutura em uma pequena 
faixa de temperatura. A temperatura a partir da qual ocorre a desnaturação 
geralmente está entre -10 oC e 35 oC. 
❖  A mudança abrupta da conformação sugere que a 
desnaturação é um processo cooperativo, onde a perda 
de estrutura em uma parte da proteína desestabiliza 
outras partes da proteína. 
❖  Altera rotação ótica, viscosidade e absorção de UV. 
Desnaturação de Proteínas
❖  pH – Altera o estado iônico das cadeias laterais de aminoácidos, alterando 
a distribuição de cargas e a exigência de ligações de hidrogênio e interações 
eletrostáticas. 
Desnaturação de Proteínas
❖  Detergentes – Associam-se com os resíduos apolares interferindo nas interações 
hidrofóbicas. As porções hidrofóbicas do detergente se associam com as porções 
hidrofóbicas da proteína. Já as porções hidrofílicas da molécula de detergente 
interagem de maneira favorável com a água. Sendo assim, as porções hidrofóbicas da 
proteína não mais se associam entre si e ocorre a dissociação protéica. 
❖  Agentes caotrópicos (Guanidina e Uréia) – Interferem nas interações 
intramoleculares que estabilizam as proteínas, desestabilizando as ligações de 
hidrogênio, as forças de van der Waals e as interações hidrofóbicas. 
❖  Os agentes caotrópicos podem exercer seus efeitos através da ligação direta à 
proteína ou através de alterações no solvente, 
❖  Incluem a uréia (6 a 8 M) e o hidrocloreto de guanidina (6 M). 
Desnaturação de Proteínas
❖  Alta Pressão Hidrostática - 
Desnaturação de Proteínas
❖  A desnaturação da proteína leva à: 
1) Diminuição da solubilidade das proteínas, 
2) Alteração da capacidade de ligação de moléculas de água, 
3) Diminuição da atividade biológica. 
Efeitos da desnaturação
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Altera a solubilidade
❖  Salting out: 
A solubilidade de uma proteína aumenta à proporção que 
sais são adicionados à solução, uma vez que os íons 
adicionados blindam as cargas da proteína, enfraquecendo 
as forças de atração entre as proteínas, evitando a 
agregação e precipitação. Entretanto, a adição exagerada de 
sal também torna a solubilidade menor, efeito conhecido 
como salting out. Isso ocorre devido à competição de 
moléculas de água pelo sal adicionado, restando na solução 
muitos íons solvatados e pouco solvente para dissolver as 
proteínas. 
Como uma proteína adota sua conformação nativa e funcional? 
Como ela se mantém enovelada? 
Cristian Anfinsen 
(1916-1995) 
Ribonuclease A 
Essa observação o levou a concluir que toda a 
informação necessária para que uma proteína seja 
capaz de atingir a estrutura nativa (funcional) está 
contida em sua sequência primária. 
Enovelamento
Experimento de Christhian Anfinsen 
década de 50 
Ribonuclease: 124 aa com 4 pontes de S 
Enovelamento
“The protein folding problem” 
➢ Como uma cadeia polipeptídica é capaz de alcançar um única 
estrutura tridimensional funcional a partir de sua sequência de 
aminoácidos? 
Enovelamento
3 Questões importantes: 
➢  Como é o balanço das forças interatômicas que determinarão 
a estrutura da proteína, para uma dada sequência de 
aminoácidos; 
➢  Quais são as rotas utilizadas pelas proteínas que permitem 
que elas se enovelem rápida e corretamente? 
➢  É possível prever a estrutura nativa de uma proteína 
baseando-se apenas na sequência primária de aminoácidos? 
Enovelamento
Interações que mantém a 
estrutura nativa: 
➢  ligações de hidrogênio; 
➢  interações de van der 
Waals; 
➢  interações iônicas - entre 
resíduos carregados; 
➢  interações hidrofóbicas - 
entre resíduos apolares; 
➢  pontes de enxofre; 
Proteínas são marginalmente estáveis 
Cyclic nucleotide-gated channel 
(CNG) 
✓  Mudanças na conformação de uma proteína são necessárias para que estas 
possam, por exemplo, interagir com outras moléculas para executar suas funções. 
Enovelamento
Rotas de enovelamento
❖  O enovelamento é em grande parte dirigido pelos resíduos que ocupam o 
interior da proteína dobrada. 
❖  Este processo ocorreria por meio da exploração aleatória, pela proteína, de 
todas as conformações disponíveis até que finalmente ela encontre a 
conformação correta. 
Paradoxo de Levinthal
❖  Entretanto, um cálculo simples realizado pela primeira vez por Cyrus 
Levinthal demonstrou que isso não pode ocorrer: 
Supondo que n resíduos de uma proteína com 2n ângulos de torção (Φ e Ψ) possuam, cada um, três 
conformações estáveis (isso sem contar as cadeias laterais). Isso fornece 32n ~10n conformações possíveis. A 
cada 10-13 s as ligações simples são reorientadas, então t seria o tempo necessário para que uma proteína 
explorasse todas as conformações possíveis: 
T (s) = 10n x 10-13 
Para uma proteína pequena de 100 resíduos t = 1087 s, o que é imensamente superior à idade do universo 
(6.1017s). 
As proteínas se dobram nas 
suas conformações nativas via 
rotas diretas, e não por 
encontrá-las ocasionalmente na 
procura da melhor 
conformação. O enovelamento 
demora de 0,1 a 1000 seg in 
vivo e in vitro. 
➢  De uma forma geral, as oscilações 
inerentes à conformação de uma cadeia 
polipeptídica parcialmente enovelada 
permitem que resíduos em posições 
muito distantes na seqüência de 
aminoácidos entrem em contato uns com 
os outros; 
➢  As interações corretas (nativas) entre 
diferentes resíduos são em média mais 
estáveis do que as incorretas (não 
nativas); 
➢  Assim, durante o enovelamento, a 
cadeia polipeptídica é capaz de 
encontrar a estrutura de menor energia 
experimentando apenas um pequeno 
número conformações possíveis. 
Dobson C.M., 2004; Dill K. A., 2010
Como umacadeia polipeptídica é capaz de se 
enovelar corretamente numa escala de tempo tão 
pequena?