Estrutura e função de proteínas

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Aminoácidos, Peptídeos e 
Proteínas:
Anderson Assaid Simão
Importância das Proteínas
• Proteínas são as moléculas biológicas mais abundantes, ocorrendo em 
todas as células e em todas as suas partes.
• Presentes em todos os seres vivos; principal molécula da célula para 
adaptação e sobrevivência.
• Ocorrem em grande variedade, milhares de diferentes tipos podem ser 
encontrados em uma mesma célula.
• É a principal forma pela qual a informação genética se expressa.
Funções das 
Proteínas
Estrutural
Hormonal
Proteção
Transporte
Energética
Movimentação
Catalise
Fonte de aa
(Enzimas)(Insulina)
(Queratina, colágeno)
(Miosina, actina)
(Hemoglobina, albumina
lipoproteínas)
(Anticorpos)
(10 a 15 %)
Proteínas são polímeros de aminoácidos
Estes aa provem a chave para estrutura das milhares proteínas existentes
Todas as proteínas são construídas a partir do mesmo conjunto de 20 aa
Quando combinados em sequências e combinações diferentes = proteínas com
propriedades de atividades absolutamente diferentes. 
Estrutura Geral dos Aminoácidos
Composto orgânico contendo as funções amino e ácido carboxílico
Unidades (monômeros) responsáveis pela formação das proteínas

Cadeia lateral ou grupo R – varia em 
estrutura, tamanho e carga elétrica
AMINOÁCIDOS ESPECIAIS
Cisteínas Cistina
Ausência de 
Carbono Assimétrico
Aminoácidos incomuns
• Modificações após a síntese de Ptn
– 4-hidroxiprolina
– 5-hidroxilisina
– 6-N-metil-lisina
– Gama-carboxiglutamato
– Fosforilação de resíduos
• Selenocisteína
– Selênio ao invés de enxofre na Cys
– É adicionado durante a tradução por
mecanismo específico e regulado
Grupo R apolar e alifáticos: Hidrofóbicos
estabilizam a estrutura proteica através de interações hidrofóbicas 
CLASSIFICAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS
Baseada na polaridade da cadeia lateral = da ênfase a possível estrutura e função
Grupo R aromáticos
Hidrofóbicos
Grupos R polares, sem carga – Hidrofílicos
cadeias laterais tem grupos funcionais que formam LH com a água
Grupos R carregados - Hidrofílicos
• Aminoácidos básicos
– Carga positiva
– Lisina, segundo grupo amino
– Arginina, grupo guanidina
– Histidina, grupo aromático 
imidazol
• Aminoácidos ácidos
– Carga negativa
– Possuem segundo grupo
ácido carboxílico
CLASSIFICAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS
ESTRUTURA GERAL DOS AMINOÁCIDOS
(exceção Glicina)
Carbono α é quiral = Assimétrico
Apresenta dois possíveis estereoisômeros
Enantiômeros denominados D e L
Os resíduos de aa nas Ptn são L-aa
Aminoácidos são ionizáveis
• Substâncias 
anfóteras: possuem 
natureza dual
• Podem funcionar 
assim como ácidos ou 
bases
– Doam ou recebem 
prótons
Titulação de um aminoácidos
• pKa: tendência de um grupo fornecer 
um próton ao meio
• Aminoácidos podem perder até 2 
prótons para o meio
• No pI (ponto isoelétrico) o aminoácido 
está em sua forma eletricamente 
neutra.
• Conclusão: a função das proteínas 
depende do pH ao qual estão 
submetidas
pI = PKa1 + PKa2
2
LIGAÇÃO PEPTÍDICA 
Ligação peptídica (amídica - covalente)
Tripeptídeo_ 3 aminoácidos_ 2 ligações peptídicas
Tetrapeptídeo_ 4 aminoácidos_ 3 ligações peptídicas
Pentapeptídeo_ 5 aminoácidos_ 4 ligações peptídicas
.
Oligopeptídeos_ 
Polipeptídeos_ Massa molecular menor que 10.000 dáltons
Proteínas_ Massa molecular maior que 10.000 dáltons
Peptídeos
Extremidade
Amino terminal
Extremidade
Carboxi terminal
PEPTÍDIOS DE IMPORTÂNCIA BIOLÓGICA
ENCEFALINAS 5 ADRENAL ANALGESIA
OCITOCINA 9 HIPÓFISE CONTRAÇÃO 
UTERINA
VASOPRESSINA 9 HIPÓFISE PRESSÃO 
SANGUÍNEA
GLUCAGON 29 PÂNCREAS GLICEMIA
GRAMIDICINA 10 Bacillus brevis ANTIBIÓTICO
GLUTATIONA 3 CÉLULAS
PROTEÇÃO 
RADICAIS LIVRES
PEPTÍDIOS AMINOÁCIDOS PRODUÇÃO EFEITOS
PEPTÍDEOS BIOLOGICAMENTE ATIVOS
Ocitocina – Contração da musculatura
uterina no parto e da glândula mamária
na lactação – produzida pela pituitária
posterior
Vasopressina – Aumento da pressão
sangüínea e da reabsorção de água pelo
rim – produzida pela pituitária posterior
Peso
molecular
Nº
resíduos
Nº
cadeias
Dados moleculares de algumas proteínas
Qual é o comprimento das cadeias polipeptídicas das Ptn?
Qual o número de cadeias polipeptídicas em uma Ptn?
Classificação quanto a composição
Proteínas simples
(contém apenas aa em sua Estrutura)
Proteínas conjugadas
(contém componentes químicos
associados permanentemente)
Classes Grupos prostéticos Exemplo
Proteínas conjugadas
Níveis estruturais das proteínas
Níveis estruturais das proteínas
Estrutura primária:
definida pela sequência
de aminoácidos.
Estrutura secundária:
definida pelo arranjo
espacial de um segmento
da cadeia polipeptídica
sem considerar
interações das cadeias
laterais
Estrutura terciária:
arranjo tridimensional de
todos os átomos de uma
Ptn.
Estrutura quartenária:
combinação entre várias
estruturas terceárias
Estrutura Primária
Descrição de todas as ligações peptídicas que conectam os aa em uma Ptn
Difere uma proteína da outra
Determina a estrutura tridimensional e a função da Ptn
-Pequeno dipolo;
-Carbonila e
hidrogênio do grupos
estão em posição trans
Átomos são complanares
Anemia falciforme
 Substituição da valina pelo glutamato;
 Formato de foice;
 As hemácias não conseguem ligar-se eficiente ao oxigênio;
 O único tratamento curativo para a anemia falciforme é o transplante de 
medula óssea;
 Sintomas de dores ósseas, na barriga, icterícia, úlceras cutâneas, 
infecções, entre outros.
Estrutura Tridimensional
Conformação das proteínas
 Arranjo espacial dos átomos;
 Numerosas conformações são possíveis;
 Proteínas nativas conformações termodinamicamente estáveis (menor 
energia de Gibbs);
 Estabilidade  refere-se a tendência em manter a conformação ativa.
ESTRUTURA SECUNDÁRIA - ALFA-HÉLICE
Descreve a formação de
estruturas regulares ao longo da
cadeia Polipeptídica formando
organizações estáveis. Não se
considera a conformação das
cadeias laterais dos aa.
Estrutura em alfa-hélice – é o
enrolamento da cadeia polipeptídica ao
redor de um eixo, é mantida por pontes de
hidrogênio entre oxigênio do –C=O de uma
unidade peptídica e o nitrogênio do grupo –
NH da quarta unidade subseqüente.
Estrutura secundária α-hélice
Estrutura formato helicoidal
Mantida por ligações intramoleculares
Voltas β
Elementos conectores q ligam estruturas sucessivas de α- hélice e conformação β
Quando um padrão regular não é observado a estrutura secundária 
é chamada de indefinida ou esperial aleatória
ESTRUTURA SECUNDÁRIA - BETA-PREGUEADA
jjj
6,8Å 6,4Å
2,7Å
As ligações são estabelecidas entre cadeias polipeptídicas diferentes, distendidas ou entre
segmentos distantes e distendidos de uma mesma cadeia.
Os grupos R dos aminoácidos projetam-se para cima ou para baixo do plano da folha
pregueada.
Estrutura de folha pregueada ou conformação beta é a interação lateral de 
segmentos de uma cadeia polipeptídica, através de ligações de hidrogênio.
ESTRUTURA TERCIÁRIA
Estrutura Terciária – descreve o dobramento final da cadeia polipeptídica
por interações de regiões com estrutura regular (alfa-hélice, folha pregueada
e curvaturas) ou de regiões sem estrutura definida – interações através do
grupo R.
Interações de Hidrogênio – união do grupo C=O e o próton de um grupamento NH.
Interações eletrostática ou iônica – interação de grupos de carga positiva com os de
carga negativa – Camada de Solvatação – íon dipolo com a água
Ligaçõesdissulfeto – ligação covalente entre cadeias laterais através de dois grupos
SH de cisteína por desidrogenação.
INTERAÇÕES QUE MANTÉM A ESTRUTURA TERCIÁRIA
ESTRUTURA QUATERNÁRIA
Descreve associação de duas ou mais cadeias polipeptídicas (subunidades) para compor
uma proteína funcional. A estrutura quartenária é mantida por ligações não covalentes.
Podem atuar de forma independente ou cooperativamente: desempenho da função
bioquímica da proteína
Classificação de acordo com Estrutura tridimensional
Proteínas Fibrosas 
 São formadas geralmente por longas moléculas +/- retilíneas e paralelas ao 
eixo da fibra.
 Insolúveis em água.
 Compartilham propriedades que dão força e flexibilidade as estruturas nas 
quais ocorrem.
 Proteínas estruturais que garantem forma, suporte e 
proteção aos vertebrados. 
 Apenas um tipo de estrutura secundária, terciária 
é simples. 
Proteínas Globulares 
 Estrutura espacial mais complexa, são +/- esféricas. 
 São geralmente solúveis em água.
 Enzimas, transportadores como a hemoglobina, etc.
 Mais de um tipo de estrutura secundária.
Proteínas fibrosas - Queratina – estrutura recorrente α- hélice 
Cadeias de 
aminoácidos
Proteína presente no cabelo, pelo, 
unha, garras, chifres, e camada
externa da pele
ESTRUTURA BIOQUIMICA DO COLÁGENO
Estriações cruzadas.
64 nm
Cabeça das moléculas de 
tropocolágeno 
Secção de uma molécula de 
tropocolágeno
250 nm
Três hélices enrolam-se uma ao redor da
outra em uma torção orientada à direita,
formando o tropocolágeno de 300 kDa. Uma
molécula em forma de bastão com cerca de
300 nm de comprimento e apenas 1nm de
espessura.
Os três polipeptídios do tropocolágeno tem
perto de 1.000 resíduos de aminoácidos. A
hélice do colágeno é uma estrutura
secundária repetitiva única e características
desta proteína.
PRESENÇA DE COLÁGENOS NOS TECIDOS 
Corte transversal do Osso
Tendão
Tecido 
conectivo
Colágeno: tendão, cartilagem, matriz orgânica 
de osso, pele)
Proteína fibrosa obtida de larvas cultivadas (Bicho da seda) da
mariposa. Consiste de folhas  antiparalelas com as cadeias laterais
estendendo-se paralelamente ao eixo da fibra
FIBROÍNA DA SEDA
PROTEÍNAS FIBROSAS
Proteínas globulares
Citocromo c Ribonuclease
Mioglobina
Lisozima
Síntese e Processamento de Proteínas
Transcrito primário
mRNA maduro
Proteína (inativa)
Tradução
Transcrição
Processamento 
pós-transcricional
Dobramento
Modificações 
covalentes nos 
aminoácidos
Processamento
pós-tradução
Proteína ativa
Modificações estruturais nas Proteínas
 
Cadeia polipeptídica
estrutura primária
(sequência de aa)
dobramento
Conformação nativa
Modificações estruturais nas Proteínas
Conformação nativa é mantida por interações fracas Estabilidade frágil
Mudanças no ambiente das Ptn podem causar modificações estruturais podendo
afetar suas funções
Desnaturação das Proteínas
Modificação conformacional da Ptn com perda da forma e consequentemente da função
Perda da Estrutura terciária suficiente para causar perda da função da Ptn
Estado desnaturado não necessita do desdobramento total da Ptn
Ocorre por agentes físicos ou químicos
Calor (afeta interações fracas, principalmente ligações de H)
pH extremos 
Solventes orgânicos (álcool e acetona)
Outros solventes: uréia e cloridrato de guanidíneo
Detergentes
Tratamento são brandos, não alteram a estrutura primária
Efeito do pH na Estrutura de Proteínas
A. pH óptimo B. pH inferior ao óptimo (maior [H+])
Desnaturação de proteína por temperatura
100-
50-
0-
%
 a
ti
v
id
a
d
e
 e
n
z
im
á
ti
c
a
 m
á
x
im
a
Temperatura 
ótima
Desnaturação 
térmica da 
proteína
Pouca energia 
para a reação 
acontecer
Desnaturação e renaturação
Estado nativo
Adição 
de uréia
Estado inativo
Estado nativo
Deformações temporárias (chapinha)  rompimento de algumas interações
intermoleculares (ligações de hidrogênio) na queratina e devido a sua
elasticidade permite deformações.
Efeito alostérico das Proteínas
Modificação conformacional da Ptn, porém sem perda da função
Ligação enzima + substrato
enzima
Composto A (substrato)
Composto B (produto)
Centro ativo 
ou 
sítio catalítico
de uma enzima é a porção 
da molécula onde ocorre a 
atividade catalítica
Observe que não há consumo 
ou modificação permanente da 
enzima
Reação 
catalisada 
pela enzima