Estrutura e Classificação de Proteínas

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PROTEÍNAS – ESTRUTURA E CLASSIFICAÇÃO
Professora: Fernanda Patti Nakamoto
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PROTEÍNAS
 São polímeros formados por 20 tipos de aminoácidos ligados por ligação pepitídica
 As proteínas são formados por 100 ou mais aminoácidos
 As proteínas podem ser formadas por uma ou mais cadeia polipepitídica ou subunidade
 A função da proteína depende da sua estrutura
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Conformação das Proteínas
 Arranjo espacial dos átomos de uma proteína
 Qualquer estado estrutural sem romper ligações covalentes
 Proteínas nativas: proteínas em quaisquer de suas conformações enoveladas funcionais
 Quatro níveis de organização: estrutura primária, secundária, terciária e quaternária
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Quantidade de aminoácidos presente nas proteínas
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Características da composição de algumas proteínas
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Papel Biológico das Proteínas
Enzimas (catalisador)
Transporte (no sangue ou membrana) 
Estrutural (sustentação e/ou proteção)
Regulatória (hormônios protéicos)
Contrátil (movimento)
Defesa (anticorpos e coagulação sanguínea)
Receptor de membrana (sinalização)
Armazenamento (de nutrientes como ferro)
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Os Quatro Níveis de Organização de uma Proteína 
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Níveis de organização das Proteínas
Estrutura Primária  sequência de aminoácidos na cadeia polipeptídica
É determinada por um gene (trinca de bases do DNA)
Determina todos os outros níveis de organização
É o “RG” da proteína
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Seqüência de Aminoácidos da Cadeia A e Cadeia B da Insulina
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Estrutura Secundária  arranjo regular e repetitivo da cadeia polipeptídica, presença de um padrão de repetição
Existem dois tipos mais comuns de estrutura secundária: a -hélice e a conformação  ou folha  pregueada
Níveis de organização das Proteínas
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-Hélice
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-Hélice
 A -hélice é mantida por pontes de hidrogênio que ocorrem entre a primeira e a quarta ligação peptídica subseqüente, e assim por diante (intracadeia), conferindo grande estabilidade
 A distância entre as hélices é de 0,54 nm (3,6 aminoácidos por volta)
As cadeias laterais dos aminoácidos estão projetadas para fora
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-Hélice
Nem todos formam a-hélice estável:
Interações entre as cadeias laterais de aminoácidos podem estabilizar ou desestabilizar a estrutura
 bloco de resíduos de Glu (-) em pH 7 → repulsão
 muitos resíduos de Lys e/ou Arg (+) em pH 7 → repulsão
 volume e forma de Asn, Ser, Thr e Cys → desestabilização
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Conformação  ou Folha  pregueada
Estrutura mantida por pontes de hidrogênio entre as cadeias polipepitídicas (intercadeia)
As cadeias polipepitídicas se dispõem lado a lado (paralelas)
As cadeias laterais dos aminoácidos são projetadas para cima ou para baixo
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 Conformação  ou Folha  pregueada
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Conformação  ou Folha  pregueada
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Presença das estruturas secundárias 
-Hélice e Conformação  nas proteínas
 Cada proteína tem seu próprio conteúdo de -Hélice e Conformação  determinado pela estrutura primária
A -Hélice está presente em 100% das -Queratinas (proteínas presentes nos cabelos, unhas, chifres, cascos, penas, etc.)
 A -Hélice aparece em cerca de 80% da estrutura da mioglobina
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Estrutura
 da 
-Queratina 
do Cabelo
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Presença da -Hélice na estrutura da Mioglobina
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Presença das estruturas secundárias 
 Hélice e Conformação  nas proteínas
 A conformação  aparece em 100% das -Queratinas (presentes no fio de seda e teia de aranha)
A conformação  está presente na maior parte estrutura da concavalina (sistema imune) 
 Muitas proteínas exibem os dois tipos de estrutura secundária
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Porcentagem de -Hélice e Conformação  na Estrutura terciária das Proteínas
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Estrutura Terciária
 Descreve o enovelamento ou “dobras” da cadeia polipepitídica
Contém trechos de estrutura regular (-Hélice e Conformação ) e trechos sem estrutura definida 
É estabilizada por ligações fracas (pontes de H, interação iônica e hidrofóbicas) e pontes dissulfeto
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Estrutura Terciária
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Estrutura Quaternária
 Descreve a associação entre duas ou mais cadeias polipepitídicas ou subunidades para compor uma proteína funcional
As subunidades podem ser iguais ou diferentes
É estabilizada por ligações fracas entre as subunidades, mas pode conter pontes dissulfeto 
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Estrutura Quaternária da Hemoglobina
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Estrutura Quaternária da Hemoglobina
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Manutenção da Estrutura
A conformação nativa das proteínas é estabilizada por:
 Ligações Dissulfeto (-S-S-)
 Interações fracas (não-covalentes) – ligações de hidrogênio, interações hidrofóbicas e iônicas
↓
Mais numerosas
 Resíduos hidrofóbicos mantidos dentro da molécula
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Classificação das Proteínas
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Conceito de proteína Simples e Conjugada
As proteínas conjugadas apresentam outras substâncias (orgânicas ou inorgânicas) associadas à sua estrutura
Denominamos estas substâncias de grupos prostéticos
As proteínas simples apresentam apenas aminoácidos
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Proteínas Conjugadas
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Estrutura do grupo Heme 
(Ferro-Porfirina)
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Alguns autores também consideram como proteína conjugada aquela que apresenta aminoácidos derivados
↓
São aminoácidos que sofrem modificação na cadeia 
lateral após serem inseridos na cadeia polipepitídica
↓
Hidroxi-prolina, metil-lisina
Proteínas Conjugadas
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Conceito de Proteína Globular e Fibrosa
 Globular  forma esférica, geralmente solúvel, desempenha funções dinâmicas
(enzimas, transportadores, proteínas motoras e regulatórias, imunoglobulinas, etc)
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 Fibrosa  forma alongada, são em geral insolúveis, desempenham papel estrutural: resistência e/ou flexibilidade 
(-queratinas, -queratinas, colágeno)
Conceito de Proteína Globular e Fibrosa
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Proteína Fibrosa
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Proteína Fibrosa
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Colágeno
Proteína encontrada em todos animais multicelulares, secretada pelas células do tecido conjuntivo, componente da matriz extracelular 
Pele, matriz orgânica dos ossos, tendões, cartilagens, córnea dos olhos
Nos mamíferos, esta proteína compõe 25% da massa protéica do organismo
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Colágeno é formado por três cadeias polipeptídicas enroladas umas nas outras, para formar uma hélice tripla (tipo de corda retorcida) também chamada super hélice
Colágeno
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Evolução no sentido de fornecer resistência mecânica
As fibras de colágeno formam estruturas longas e rígidas (cabo rígido)
 Uma enzima modifica a cadeia lateral da lisina que faz ligação covalente com outra lisina modificada da mesma super hélice ou de outra adjacente 
(As fibrilas são unidas por tipos de ligações cruzadas envolvendo resíduos de Lys, HyLys ou His)
Colágeno
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Composição dos Aminoácidos do Colágeno e sequência das cadeias
33 a 35% Gly
11% Ala
12 a 13% Pro
9% Hyd
Colágeno possui uma sequência única de aminoácidos 
Gly - Pro - Y ; Gly - X - Hyd 
 X pode ser qualquer aminoácido 
 Y  muitas vezes é a alanina 
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Gelatina – derivada do colágeno
 Apresenta pequeno valor nutricional como proteína, pois o colágeno é pobre em diversos aminoácidos essenciais para a dieta humana
Colágeno
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Empacotamento denso da estrutura da tripla hélice do colágeno fornece uma força tensional maior do que a de um fio de aço de mesma secção transversal, formando o tropocolágeno
As moléculas de tropocolágeno se associam de diversas maneiras para fornecer diferentes graus de força tensional, formando as fibrilas de colágeno
(As fibrilas são unidas por tipos de ligações cruzadas envolvendo resíduos de Lys, HyLys ou His)
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Aumento da rigidez e a inelasticidade do tecido conjuntivo
Envelhecimento
Acúmulo de ligações covalentes cruzadas nas fibrilas
Colágeno
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Mamífero típico: mais de 30 variantes estruturais de colágenoocorrendo em tecidos particulares
Defeitos genéticos humanos: ilustram a relação próxima entre sequência de aminoácidos e estrutura tridimensional da proteína
	Osteogenesis imperfecta: formação óssea anormal em bebês
	Síndrome de Ehlers-Danlos: juntas frouxas
- Podem ser letais 
Resultam da substituição de um resíduo de glicina (Gly) por um resíduo de aminoácido com um grupo R maior (Cys ou Ser)
 Rompem a repetição Gly-X-Pro que dá ao colágeno sua estrutura helicoidal característica
 Crucial importância da Gly na tripla hélice do colágeno – efeitos substancialmente deletérios na estrutura pela sua substituição.
Colágeno
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Desnaturação de Proteínas
Perda da estrutura tridimensional suficiente para causar perda da função
É decorrente do rompimento das ligações fracas que estabilizam a estrutura tridimensional das proteínas
Não necessariamente ocorre um desenovelamento completo da proteína
Agentes que causam a desnaturação 
Aumento de temperatura 
Alteração de pH 
Detergentes
Solventes orgânicos (álcool ou acetona)
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Renaturação
A renaturação é possível quando para algumas proteínas quando o agente causador da desnaturação for removido
A estrutura primária da proteína não pode ter sido afetada para que haja renaturação
 
Algumas proteína depois de desnaturadas não sofrem renaturação (albumina da clara do ovo)
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Proteína nativa 
Proteína desnaturada
Proteína nativa
Ribonuclease
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