A estruturas secundária das proteínas

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE
CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS E DA SAÚDE
DEPARTAMENTO DE FISIOLOGIA
Apostila
Estruturas secundárias das proteínas e conformações e funções biológicas das proteínas fibrosas
Paulo de Tarso Gonçalves Leopoldo
São Cristóvão,
2016.
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II - Tema Central: Estruturas secundárias das proteínas e conformações e funções biológicas das proteínas fibrosas
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III - Duração: 2 horas/aula
IV - Estratégia: Aula Expositiva
V - Meta
Identificar as estruturas secundárias das proteínas e arquitetura molecular das proteínas fibrosas, associando-as com as funções biológicas que essas proteínas exercem na natureza.
VI Objetivos específicos
1. Descrever os níveis estruturais da organização das proteínas fibrosas;
2. Descrever a estrutura da α-hélice;
3. Descrever as condições necessárias à formação de uma α-hélice;
4. Descrever os impedimentos à formação de uma α-hélice;
5. Descrever a organização das α-queratinas no cabelo;
6. Descrever a estrutura secundária da conformação-β;
7. Diferenciar as estruturas secundárias das α- e β-queratinas;
8. Citar as funções biológicas do colágeno;
9. Descrever a conformação tripla hélice;
10. Descrever as características da elastina.
VII - Conteúdo Programático:
1. Introdução
2. Níveis estruturais da organização protéica
3. A estrutura primária
4. A conformação da α-hélice
4.1 Condições a formação de uma α-hélice
4.2 Impedimentos à formação de uma α-hélice
4.3 Organização das cadeias polipeptídicas das α-queratinas no cabelo
5 A conformação-β
5.1 Características da conformação-β
6. Estrutura e funções biológicas do colageno
7. Estrutura da elastina
8. Conclusões sobre o estudo das proteínas fibrosas 
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Capítulo 5
Estruturas secundárias das proteínas e conformações e funções biológicas das proteínas fibrosas
1. Introdução
A estrutura tridimensional de uma proteína está relacionada com os quatro níveis estruturais da organização protéica, a saber: estrutura primária, estrutura secundária, estrutura terciária e estrutura quaternária (figura 1). A combinação desses quatro níveis estruturais é que origina as diversas estruturas, ou a conformação das proteínas. O termo conformação designa as diversas formas que uma molécula pode apresentar devido às ligações simples entre os átomos de carbono poder girar livremente. Essa livre rotação em torno das ligações simples permite a cadeia polipeptídica assumir um número quase infinito de estruturas moleculares.
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Figura 1. Os quatro níveis estruturais da organização protéica.
Nesse capítulo estudaremos a estrutura tridimensional das proteínas sob cinco aspectos, a saber:
A estrutura tridimensional de uma proteína é determinada por sua seqüência de aminoácidos;
A estrutura tridimensional de uma proteína determina a função que essa biomolécula exercerá no ambiente celular;
A estrutura tridimensional de uma proteína é singular ou quase singular;
Entre o número imenso de estruturas possíveis de conformação das proteínas, podem-se reconhecer alguns padrões estruturais comuns na arquitetura protéica;
A estrutura tridimensional é estabilizada por interações químicas covalentes e não covalentes.
2. A estrutura primária
As proteínas são formadas pelos 20 aminoácidos padrões ou primários. Algumas proteínas ainda podem apresentar alguns aminoácidos especiais. Essas biomoléculas diferem entre si tanto na sua sequência de aminoácidos, como as estruturas que apresentam e as funções biológicas que desempenham. A estrutura primária é o nível mais básico de uma proteína, ou seja, seu esqueleto covalente, contendo sua sequência de aminoácidos (figura 2). 
Figura 2. A estrutura primária da insulina, destacando as duas cadeias polipeptídicas A e B, interligadas por ligação dissulfeto (S-S). As extremidades amino terminal (+NH3) e carboxila terminal (COO-), de cada cadeia, também são representadas.
A organização espacial das proteínas é determinada pelo tipo de aminoácidos que a compõe e de como eles estão dispostos uns em relação aos outros. A seqüência de aminoácidos irá determinar o tipo possível de interação entre as cadeias laterais dos aminoácidos. Portanto, a estrutura primária é o nível mais básico da organização estrutural de proteínas, determinando a formação de todos os outros níveis estruturais. A Alteração de um único aminoácido da estrutura primária pode modificar a forma da proteína, o que em alguns casos acarreta um melhor desempenho da função, em outras circunstâncias, pode causar sérios problemas de saúde, como é o caso da anemia falciforme, doença genética provocada pela substituição de um único aminoácido de cada cadeia ( da hemoglobina. Essa substituição acarreta em mudança da forma da proteína, resultando em prejuízo do desempenho de sua função biológica.
3. Características do esqueleto covalente das proteínas
O esqueleto covalente ou a cadeia principal de uma proteína refere-se aos átomos que participam da ligações peptídicas sem considerar a cadeia lateral dos aminoácidos. A cadeia principal apresenta um plano que se repete regularmente (C(-C-N-C(), enquanto a sua parte variável corresponde a cadeia lateral dos aminoácidos. O esqueleto covalente das proteínas é polar, apresentando potencial de formação de pontes de hidrogênio devido à presença dos grupos carbonila (aceptor de hidrogênio) e o NH (doador de hidrogênio). A polaridade do esqueleto covalente das proteínas se deve as formas de ressonância da ligação peptídica, como será compreendido no tópico 3.1. 
3.1 Configuração da ligação peptídica
Linus Pauling e Corey trabalhando com di e tripeptídeos, através da técnica de difração de raios X descreveram a configuração da ligação peptídica fazendo as seguintes conclusões:
O comprimento da ligação covalente C-N da ligação peptídica é de cerca de 0,132 nm, comprimento esse intermediário entre o da ligação simples (0,140nm) e dupla (0,124nm). 
Os grupos químicos em torno da ligação peptídica (C(-C-N-C() são coplanares;
A disposição do oxigênio ligado ao carbono (C=O) é trans em relação ao hidrogênio bem como os C(1 e o C(2 (figura 3); 
A ligação peptídica é rígida, ou seja, não há rotação entre os átomos de C-N. Esse caráter parcial de dupla ligação da ligação peptídica impõe uma restrição à rotação em torno da ligação C-N.
Figura 3 Configuração trans da ligação peptídica. O carbono da ligação peptídica é representado pela esfera preta, no centro da figura, ligada ao oxigênio (esfera rosa), o nitrogênio pela esfera azul e o hidrogênio pela esfera cinza.
Esse caráter parcial de dupla ligação apresentado pela ligação peptídica, conferindo rigidez, planaridade e um caráter polar ao esqueleto covalente se deve as formas de ressonância dessa ligação (figura 4). 
Figura 4 - Formas de ressonâncias da ligação peptídica
3.2 Ângulos de torção ou ângulos diedros do esqueleto covalente das proteínas
O esqueleto covalente de uma proteína pode ser desenhado como uma sequência de grupos peptídicos rígidos e planares. A conformação do esqueleto covalente pode, portanto ser descrita pelos ângulos de torção ou ângulos diedros em torno da ligação C(-N (ângulo () e C(-C (ângulo ( ) de cada um dos resíduos de aminoácidos (figura 5). Os ângulos ( e ( são definidos como sendo 180º quando a cadeia polipeptídica está na sua conformação totalmente distendida e todos os grupos peptídicos no mesmo plano.
Figura 5 Esqueleto covalente da proteína descrevendo os átomos dos planos rígidos e coplanares
A princípio os ângulos ( e ( podem assumir qualquer valor entre -180º e +180º , mas alguns valores não são permitidos devido aos impedimentos estéricos com a aproximação dos átomos edas cadeias laterais de aminoácidos na estrutura polipeptídica. A conformação na qual tanto ( quanto ( são iguais a 0° é proibida por esse motivo, sendo utilizada meramente como um ponto de referência para descreveros ângulos de rotação. Os valores permitidos para ( e ( são revelados graficamente quando ( é lançado em gráfico contra ( em um Gráfico de Ramachandran (Figura 6), uma representação idealizada pela primeira vez por G.N. Ramachandran.
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Figura 6. O gráfico de Ramachandran destacando os ângulos permitidos de ( e (
4 A estrutura secundária
A estrutura secundária é definida como o arranjo espacial dos resíduos de aminoácidos sucessivos e próximos na cadeia polipeptídica, em torno de um eixo imaginário. A estrutura secundária ou a conformação das cadeias polipeptídicas de todas as (-queratinas é a (-hélice. As proteínas do tipo (-queratina são encontradas em estrutura como o cabelo, unhas, casco de animais, escamas de peixe, chifre de animais, penas de aves etc.
4.1 Características da estrutura secundária.
A estrutura secundária de uma proteína se caracteriza por apresentar as seguintes propriedades:
Formação com aminoácidos sucessivos e próximos na cadeia polipeptídica;
Apresentar aminoácidos pertencentes a uma única série estereoisomérica;
Ser estabilizada por pontes de hidrogênio;
Ter os grupos R dos aminoácidos não participando de sua estabilização, sendo projetados para fora do plano dessa conformação..
4.2 A estrutura secundária - O modelo da (-hélice
A elucidação da estrutura protéica inicia-se na década de 30 com os experimentos de William Astbury. Utilizando-se da técnica da difração de raios X, ele pretendia determinar a forma das proteínas encontradas no cabelo, a (-queratina. Bombardeando fios de cabelo com raios X, William Astbury observou que as (-queratinas apresentavam um padrão de espalhamento dos raios que se repetia a cada 0,54 nm, para o cabelo não exposto ao calor úmido, e de 0,70nm, quando esse cabelo era aquecido com calor úmido. Apesar dos resultados obtidos, ele não conseguiu descrever um modelo espacial que explicasse a estrutura dessas proteínas. 
Na década de 50 Linus Pauling e Robert Corey descreveram um modelo tridimensional que explicava a maneira como as cadeias polipeptídicas das (-queratina se arranjavam no espaço, sendo essa estrutura denominada (-hélice. Para determinar essa conformação Linus Pauling e Corey utilizaram tanto os dados obtidos dos estudos com a ligação peptídica quanto os resultados dos estudos de difração de raios X obtidos por William Astbury. Na (-hélice, a cadeia polipeptídica está enrolada de forma helicoidal, tendo a cada volta 3,6 resíduos de aminoácidos (figura 7a). As cadeias laterais dos aminoácidos estão projetadas para fora do plano da (-hélice (figura 7c). O enrolamento da (-hélice se dá para a direita (dextrosa), no sentido anti-horário. 
A (-hélice é estabilizada por formação de pontes de hidrogênio intracadeia, que se dá com os grupos C=O e NH da ligação peptídica, entre os resíduos de aminoácidos sucessivos e próximos na seqüência de aminoácidos (figura 7b). Os grupos da cadeia lateral dos aminoácidos não participam da estabilização dessa conformação (figura 7c). 
Figura 7: a) Estrutura da (-hélice destacando a disposição helicoidal da cadeia e a periodicidade, tendo essa estrutura 3,6 resíduos de aminoácidos por volta b) Estabilização da (-hélice por formação de pontes de hidrogênio intramolecular ou intracadeia, representada por tracejados de cor rosa. C) Os grupos das cadeias laterais são representados em ambas as estruturas por esferas roxas, projetadas para fora do plano da hélice. 
4.3 Impedimentos à formação de uma (-hélice estável
Nem todos os polipeptídios podem formar uma (-hélice estável. Um polipeptídio de lisina, em solução a pH 7,0, não forma uma (-hélice estável porque apresenta as cadeias laterais carregadas positivamente, o que vai causar a repulsão eletrostática devido à proximidade de grupos com carga positiva na conformação helicoidal. Em pH 12, contudo, esse polipeptídio encontra-se na forma neutra, ou seja, desprotonada e o polipeptídio de lisina forma a (-hélice espontaneamente. Este mesmo raciocínio pode ser aplicado a um polipeptídio que apresente um grande número de moléculas de ácido aspártico próximas na cadeia polipeptídica. Em solução a pH 7,0 não forma (-hélice, por apresentar as cadeias laterais carregadas negativamente, causando repulsão eletrostática devido à proximidade das cargas negativas. Em pH 1,0, contudo, esses aminoácidos encontram-se na forma neutra e o polipeptídio de ácido aspártico forma a (-hélice espontaneamente. 
O aminoácido prolina desestabiliza a formação de uma (-hélice devido a sua cadeia lateral formar uma estrutura cíclica com o grupo amino, conferindo, dessa forma, uma rigidez a essa estrutura, levando a formação de curvas da cadeia polipeptídica, sempre que aparecer um resíduo de prolina na cadeia polipeptídica. Além disso, o grupo amino desse aminoácido não tem um átomo de hidrogênio ligado ao nitrogênio, necessário na estabilização da (-hélice, por formação de ponte de hidrogênio (figura 8). 
Figura 8. Rigidez da ligação peptídica do o aminoácido prolina
A (-hélice é também desestabilizada pela proximidade de aminoácidos com cadeia lateral contendo grupos químicos volumosos, devido ao impedimento estérico, ou seja, impedimento em razão dos grupos químicos desses aminoácidos não se ajustarem no espaço da (-hélice.
4.4 Organização das cadeias polipeptídicas das (- queratinas no cabelo
Quando fios de cabelo em seu estado natural são examinados ao microscópio eletrônico, precisamente nas pontas, em que se fez o corte do fio, observa-se que essa estrutura é formada por várias fibrilas (figura 9a). A estrutura básica dessas fibras é a unidade formada por cerca de oito dímeros (figura 9a) de α-hélice, o protofilamento (figura 9c). Dois protofilamentos se associam formando uma protofibrila (figura 11d) e 4 unidades de protofibrilas formam um filamento intermediário ou microfibrila (figura 11d). Várias microfibrilas se associam formando macrofibrilas, que unidas preenchem todo o citoplasma das células do cabelo, o que faz dela, uma estrutura morta, em que a membrana celular se transforma numa estrutura alongada e tubular chamada de cutícula (figura 9a).
Figura 9. Corte transversal de um fio de cabelo representado a organização das (-queratinas nessa estrutura
 
4.5 O estiramento das α-queratinas sob aquecimento se deve a distensibilidade da α-hélice
O cabelo pode ser esticado quando é exposto ao calor úmido,. Ao nível molecular, as α-hélices na α-queratina do cabelo são esticadas até atingirem uma conformação β completamente estendida. Após resfriamento, ocorre uma reversão espontânea à conformação α-helicoidal. A capacidade de se distender quando aquecidas das α-queratinas, bem como suas numerosas ligações dissulfeto cruzadas formam a base da ondulação permanente. O cabelo a ser ondulado ou enrolado é primeiramente mantido preso a um molde com formato adequado. Uma solução de um agente redutor, geralmente um composto contendo um grupo tiol ou sulfidrila (-SH) é, a seguir, aplicado sob aquecimento. O agente redutor cliva as ligações cruzadas, reduzindo cada ligação dissulfeto e formando dois resíduos de cisteína. O calor úmido rompe as pontes de hidrogênio, desespiralizando as estruturas α-helicoidais das cadeias polipeptídicas. Após um certo período de tempo, a solução redutora é removida e um agente oxidante é adicionado para formar novas ligações dissulfeto entre pares de resíduos de cisteína de cadeias polipeptídicas adjacentes, mas que não serão os mesmos pares existentes antes do tratamento. Após o cabelo ser lavado e resfriado, as cadeias polipeptídicas revertem à sua conformação α-helicoidal. As fibras do cabelo agora se curvam no formato desejado porque as novas ligações dissulfeto exercem alguma torção ou dobramento nos feixes α-helicoidais das fibras do cabelo. Uma ondulação permanente não é verdadeiramente permanente porque o cabelo cresce; no cabelo novo que substitui o antigo, α-queratina possui o padrão natural das ligações dissulfeto do cabelo não ondulado (figura 10).Figura 10. Ondulamento das α-queratinas
4.6 Características das (-queratinas
As (-queratinas são proteínas fibrosas cujas cadeias polipeptídicas são ricas em segmentos em (-hélices. Essas proteínas são encontradas em matérias como chifre, espícula do porco espinho, escamas de peixes, lã, casco de animais, entre outras. Essas proteínas apresentam as seguintes características:
São ricas em aminoácidos apolares, sendo, portanto, insolúveis em água;
São interligadas por ligação dissulfeto. As (-queratinas são ricas no aminoácido derivado cistina, cuja função principal é de interligar as cadeias polipeptídicas, conferindo rigidez (dureza) e insolubilidade a essas proteínas (figura 11). O casco da tartaruga é mais rígido do que cabelo, porque a (-queratina do casco apresenta um maior número de ligações dissulfeto do que o cabelo;
São esticadas ao dobro do seu tamanho quando aquecidas.
Figura 11. Formação da ligação dissulfeto entre as cadeias polipeptídicas das (-queratinas
5. A conformação (
Os insetos e aracnídeos produzem vários tipos de seda para fabricar estruturas como casulos, teias, ninhos e pedúnculos de ovos. A fibroína da seda é uma proteína fibrosa obtida de larvas cultivadas do bicho da seda Bombyx mori. Em 1951, ano em que estabeleceram o modelo da (-hélice para as (-queratinas, Linus Pauling e Robert Corey também propuseram um modelo para descrever a estrutura secundária das cadeias polipeptídicas das (-queratinas, denominando-o conformação ( ou folha (-pregueada. Nessa conformação as cadeias polipeptídicas estão dispostas lado a lado assumindo um aspecto em ziguezague, tendo os grupos R dos aminoácidos localizados acima e abaixo do plano da folha (. A estabilização da folha pregueada é feita por pontes de hidrogênio intercadeia, com os grupos C=O e NH da ligação peptídica (figura 12).
Figura 12. Estrutura da (-conformação ou folha (-pregueada. Representação da (-conformação em forma de uma folha pregueada destacando-se a estabilização dessa estrutura por pontes de hidrogênio intercadeia, a posição dos grupos da cadeia lateral (esferas vermelhas) dispostas acima e abaixo do plano da folha.
Análise da seqüência de aminoácidos da fibroína demonstra que essa proteína apresenta repetição de cadeias polipeptídicas dispostas lado a lado, ricas numa seqüência de seis resíduos de aminoácidos (glicina-serina-glicina-alanina-glicina-alanina)n. Uma vez que os grupos laterais dos aminoácidos nas cadeias polipeptídicas das (-queratinas se estendem para lados opostos da folha ( as cadeias laterais de glicina da fibroína projetam-se para uma superfície de uma folha (, enquanto os resíduos de alanina e serina projetam na outra superfície (figura 13). As folhas ( empilham-se para formar um arranjo microcristalino, em que camadas de folhas adjacentes unidas pelo contato de cadeias laterais de glicina se alternam com camadas de folhas unidas pelo contato de cadeias laterais de serina e alanina. 
Figura 13 Posições da alanina e glicina na conformação β
As cadeias polipeptídicas das (-queratinas assumem tanto disposição paralela quanto antiparalela. Na disposição paralela as cadeias polipeptídicas apresentam todos os grupos amino (NH2) em uma das extremidades, e todos os grupos carboxilas (COOH) na outra extremidade (figura 14a). Na disposição antiparalela, as posições dos grupos amino (NH2) e dos grupos carboxila (COOH) se alternam entre as cadeias polipeptídicas (figura 14b). A conformação antiparalela é mais estável do que a disposição paralela, devido à orientação das pontes de hidrogênio nelas permitir uma maior interação eletrostática, do que nas formas paralelas as. As cadeias polipeptídicas da fibroína apresentam disposição antiparalela (figura 14b).
Figura 14 a) (-conformação paralela e b) (-conformação antiparalela
5.2 Características das (-queratinas
As (-queratinas apresentam as seguintes características:
São formadas por aminoácidos cuja cadeia lateral apresenta grupos químicos pequenos como glicina; alanina e serina;
Entre as cadeias polipeptídicas das (-queratinas não ocorre a formação de ligação covalente,
Não se distendem quando aquecidas, mas suas cadeias polipeptídicas são flexíveis e dobráveis.
6. Diferenças entre ( e (-queratinas
As proteínas ( e (-queratinas apresentam diferenças, quer seja, nas suas estruturas primária e secundária, como nas suas propriedades físicas. A tabela 1 apresenta as principais diferenças entre essas proteínas.
Tabela 1 - Diferenças entre as proteínas ( e (-queratinas
	Propriedades
	(-queratinas
	(-queratinas
	Disposição das cadeias polipeptídicas
	Helicoidal
	Ziguezague
	Estrutura secundária
	(--Hélice
	(-Conformação
	Periodicidade
	0,54nm
	0,70nm
	Estabilização por pontes de hidrogênio
	Intracadeia
	Intercadeia
	Direção das cadeias polipeptídicas
	Paralelas
	Paralelas e antiparalelas
	Presença de ligação covalente entre as cadeias polipeptídicas
	Ligação dissulfeto (S-S)
	Não apresentam ligação covalente
	Tipos de aminoácidos que entram em sua formação
	Aminoácidos com grupos químicos de tamanhos variados da cadeia lateral
	Aminoácidos com grupo químico pequeno na cadeia lateral
	Distensão das cadeias polipeptídicas quando aquecidas
	São distendidas ao dobro do seu tamanho normal
	São apenas flexíveis e dobráveis 
7. Estrutura e função do colágeno
O colágeno é uma família de proteínas fibrosas encontrada em todos os organismos multicelulares, sendo de importância fundamental na constituição da matriz extracelular do tecido conjuntivo, conferindo a esse tecido grande parte de suas propriedades físicas. No homem existem pelo menos 30 tipos de colágeno (tabela 2), possuindo diferenças tanto em suas estruturas quanto em suas funções.
O colágeno é a proteína mais abundante dos mamíferos, constituindo a quarta parte de seu peso total, caracteriza-se por formar estruturas insolúveis em água e resistentes à força tênsil.É formado por fibras rígidas e resistentes ao estiramento.. O colágeno é o principal elemento fibroso da pele, matriz orgânica de dentes e ossos, tendão, cartilagem, vasos sangüíneos, córnea dos olhos, etc.
Tabela 2 Tipos de colágenos
	Tipo
	Distribuição
	I
	Derme da pele, tendão, osso, ligamentos, córnea
	II
	Cartilagem hialina e elástica, discos vertebrais, humor vítreo do olho
	III
	Vasos sanguíneos, medula óssea, tecido linfóide, músculo liso, nervos, pulmão, pele fetal
	IV
	Membranas basais, lâmina externa, cápsula do cristalino do olho
	V
	Membranas basais da placenta, músculo liso e esquelético
	VI
	ampla distribuição
	VII
	Fibrilas de ancoragem nas membranas basais da pele e do âmnio
	VIII
	Endotélio
	IX
	Cartilagem
	X
	Cartilagem mineralizada
	XI
	Cartilagem
7.1 Composição de aminoácidos do colágeno
O colágeno apresenta 35% de glicina, 11% de alanina e 21% de prolina e hidroxiprolina (um aminoácido especial derivado da prolina por hidroxilação). A glicina, o menor aminoácido, é encontrada a cada três posições na cadeia polipeptídica (figura 15a). A glicina se encaixa no espaço restrito em que as três cadeias polipeptídicas estão juntas. Os resíduos de glicina são parte de uma seqüência repetitiva Gli-X-Y-, em que X freqüentemente é a prolina e Y a hidroxiprolina ou hidroxilisina. Estes dois últimos aminoácidos resultam da hidroxilação de certos resíduos de prolina e lisina, após a sua incorporação na cadeia polipeptídica. Ressalte-se que as posições de X e Y podem ser ocupadas por qualquer um dos 20 (vinte) aminoácidos padrões ou primários.
7.2 A tripla-hélice
A unidade básica do colágeno é denominada tropocolágeno. O tropocolágeno é constituído de três cadeias polipeptídicas de igual tamanho, apresentando cerca de 1000 resíduos de aminoácidos. Cada uma das três cadeias apresenta uma conformação helicoidal, enrolando-se uma em torno da outra, formando um cabo rígido (figuras 15b e c). Essa hélice é pontuada de torções ou curvasdevido à presença dos aminoácidos prolina e hidroxiprolina, na cadeia polipeptídica, aminoácidos esses que são incompatíveis com a formação de uma (-hélice estável (figuras 15a e 15b). Os aminoácidos prolina e hidroxiprolina conferem rigidez ao colágeno. Essa é a estrutura secundária das cadeias polipeptídicas do colágeno, proposta por Rich e Francis Crick, sendo denominada tripla hélice. A tripla hélice apresenta uma periodicidade de 0,29nm, apresentando 3,3 aminoácidos por volta. 
Figura 15. Tropocolágeno - A estrutura básica do colágeno. a) Representação da molécula do tropocolágeno através do modelo de fita, destacando a forma de hélice cheia de curva das cadeias polipeptídicas. b) Estrutura do tropocolágeno destacando os aminoácidos. No ponto em que as cadeias polipeptídicas se tocam é encontrado o aminoácido glicina.
7.3 Estabilização da tripla hélice.
A tripla hélice é estabilizada por formação de pontes de hidrogênio intercadeia. Essa estabilização ocorre com os grupos C=O da ligação peptídica de uma cadeia, como o grupo NH da ligação peptídica da segunda cadeia (Figura 16). A cadeia lateral do aminoácido especial hidroxiprolina interage com o meio aquoso por formação de pontes de hidrogênio, permitindo ao colágeno formar fibras hidratadas. 
Figura 16. Formação das pontes de hidrogênio entre as cadeias do colágeno, representadas no modelo bola e bastão.O hidrogênio(bola branca) ligado covalente a um nitrogênio (bola azul) de uma cadeia é atraído por um oxigênio (bola vermelha) de um grupo carbonila de outra cadeia.
7.4 Arranjo das fibras do colágeno.
Várias unidades de tropocolágeno arranjam-se em feixes paralelos formando fibras. Essas unidades de distribuem ao longo da fibra com um espaçamento entre as cabeças de tropocolágeno de 64nm, originando as estriações característica dessas fibras, visíveis ao microscópio eletrônico (figuras 15d e 17).
Figura 17. Fibrilas de colágeno vistas ao microscópio eletrônico
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7.5 Papel de alguns aminoácidos na estrutura do colágeno
7.5.1 Importância da glicina
Como o interior do cabo helicoidal trifilamentar é muito apertado, o único aminoácido que pode se comportar nesse espaço é a glicina (figura 15a). Isso explica o motivo pelo qual ela ocupa sempre a terceira posição do tropocolágeno. Este exemplo é esclarecedor da importância da glicina apresentar um átomo de hidrogênio na sua cadeia lateral, sendo, portanto, uma molécula simétrica. A presença da glicina a cada terceira posição é tão importante, que substituições desse aminoácido podem levar a formação de colágenos defeituosos, com estruturas frouxas, não aptas para o desempenho de suas funções biológicas.
Alguns defeitos genéticos humanos na estrutura do colágeno ilustram a relação próxima que existe entre a seqüência de aminoácidos e a estrutura tridimensional desta proteína. A osteogenesis imperfecta é caracterizada por uma formação óssea anormal em bebês; a síndrome de Ehlers-Danlos, por juntas frouxas. Ambas as condições podem ser letais e resultam da substituição de um resíduo de glicina em cada cadeia  por um resíduo de aminoácido com um grupo R maior, como a fenilalanina ou serina. Essas substituições de um único resíduo têm um efeito catastrófico sobre a função do colágeno porque elas rompem a repetição Gly-X-Pro que dá ao colágeno a sua estrutura helicoidal característica. Dado o seu papel na hélice tripla do colágeno a glicina não pode ser substituída por outro resíduo de aminoácido sem levar a efeitos substancialmente deletérios sobre a estrutura. 
7.5.2 O escorbuto
A hidroxiprolina no colágeno é formada após a síntese da cadeia polipeptídica. Alguns resíduos de prolina do colágeno são convertidos em hidroxiprolina numa reação catalisada pela enzima prolil hidroxilase. Essa enzima necessita de ácido ascórbico (a vitamina C) como coenzima em sua atividade catalítica. No escorbuto, doença carencial que ocorre devido à deficiência de vitamina C na alimentação, o colágeno recém sintetizado não pode formar fibras adequadas, o que resulta em lesões na pele, fragilidade dos vasos sanguíneos, cicatrização dificultada e até mesmo a morte. O escorbuto era comum em marinheiros em longas viagens. Nessas viagens a alimentação era destituída de frutas e vegetais, alimentos ricos em vitamina C. James Cook propôs a introdução de limão na alimentação desses marinheiros, resolvendo assim, o problema do escorbuto.
7.6 Formação de ligações cruzadas no colágeno
As cadeias polipeptídicas do colágeno podem ser interligadas por uma ligação covalente incomu que ocorre entre os resíduos de lisina, hidroxilisina e histida de cada cadeia. Uma enzima presente no espaço extracelular, a lisil oxidase atua sobre os resíduos de lisina, oxidando-os e produzindo δ-aldeídos. denominados alisinas. Duas alisina reagem formando uma alisina aldol. A alisina aldol reage com um resíduo de histidina produzindo uma aldol histidina. A aldol histidina por sua vez reage com um resíduo de hidroxi lisina formando a ligação cruzada denominada histidino deidroidroxi merodesmosina (figura 18). O grau de ligações cruzadas aumenta com a idade, conferindo uma estrutura do colágeno mais rígida. Isso explica o motivo pelo qual os idosos apresentam um caminhar lento, bem como a razão da carne de animais mais velhos ser mais dura do que a de animais jovens. 
Figura 18 Ligação cruzada entre as cadeias polipeptídicas do colágeno
8. Estrutura e função da elastina
A elastina é uma proteína da matriz extracelular com propriedades elásticas, sendo considerada uma proteína fibrosa devido a sua função estrutural e insolubilidade em água. As cadeias polipeptídicas da elastina podem ser distendidas até várias vezes seu comprimento normal, mas retorna à sua forma original quando a força de estiramento é relaxada. Essa proteína é encontrada na parede das artérias de grande calibre e nos ligamentos elásticos.
A elastina é composta principalmente de resíduos de aminoácidos pequenos e apolares, como glicina, alatina e valina. Na sua composição também podem ser encontrados os aminoácidos prolina e lisina, pouca hidroxiprolina e nenhuma hidroxilisina. As fibras de elastina são formadas como uma rede tridimensional de polipeptídios, de conformação irregular. As. Quatro cadeias laterais de lisina (de quatro cadeias polipeptídicas diferentes de elastina) podem ser covalentemente unidas para formar uma ligação cruzada de desmosina. Isto resulta em uma rede elástica extensamente interconectada, que quando forçada pode estirar-se e dobrar-se em qualquer direção dando elasticidade ao tecido. A elastina parece não ter uma estrutura secundária regular, mas apresenta uma estrutura enovelada em que os resíduos de aminoácidos são móveis. A elevada distensão das cadeias polipeptídicas da elastina, embora apresente ligações cruzadas, confere a elastina uma elasticidade como a da borracha. Os resíduos de lisina na elastina são oxidados em presença da enzima lisil oxidase, sendo convertidos a alisina. Três resíduos de alisina e uma lisina de regiões diferentes da cadeia polipeptídica reagem formando a estrutura heterocíclica da desmosina ou isodesmosina, estabelecendo ligações cruzadas covalentemente entre as cadeias polipeptídicas da elastina.
9. A síndrome de Marfan
A síndrome de Marfan é uma doença que afeta o tecido conjuntivo. Os sintomas dessa síndrome são o resultado de defeitos hereditários de uma glicoproteína da matriz extracelular, a fibrilina 1. O gene de fibrilina (FBN1) está localizado no cromossomo 15q21.1. Esse gene codifica uma proteína profibrillina (com 2871 aminoácidos, com um peso molecular de aproximadamente 350 KDa). Há 5 diferentes regiões estruturais da proteína fibrilina. A maior destas regiões estruturais compreende 75% da proteína total e é composto por 46 repetições do tipo EGF. Estas repetições do tipo EGF são domínios ricos em cisteína que foram primeiro identificados no fator de crescimento epidérmico (EGF). 
9.1 Características clínicas da síndrome de Marfan
As manifestaçõesda síndrome de Marfan se caracterizam pela elevada estatura dos pacientes, acompanhadas de dolicostenomelia (condição de extremidades longas e finas) e aracnodactilia (dedos anormalmente longos e delgados), hipermobilidade articular e contratura, deformidade da coluna e tórax anterior, prolapso da válvula mitral, dilatação e dissecção da aorta ascendente pneumotórax, e ectopia lentis (deslocamento da lente cristalina do olho). O diagnóstico preciso dessa síndrome baseia-se na presença de uma combinação de manifestações em vários sistemas de órgãos, tal como descrito abaixo.
Anormalidades esqueléticas. Os indivíduos com a síndrome de Marfan são mais altos em qualquer idade, quando comparados com pessoas normais.. A estatura elevada é o resultado do crescimento excessivo dos ossos , como pernas, braços e dedos (desproporcionalmente longos). Como indicado acima, este fenótipo é chamado dolicostenomelia, em que o diagnóstico caracteriza-se pela extensão de braço exceder a altura do corpo. 
Anormalidades Cardiovasculares: O prolapso da válvula mitral é o achado mais comum em crianças com a síndrome de Marfan. Esse prolapso é devido à redundância do tecido valvar, alongamento do anel da valva (anel da válvula) e alongamento de cordas tendíneas (estes são os tendões que ligam os músculos papilares para as válvulas tricúspide e mitral). O prolapso da válvula mitral progredirirá para insuficiência mitral grave que requer intervenção cirúrgica geralmente antes dos 10 anos de idade. A dilatação progressiva das porções proximais de aorta e principais artérias pulmonares são importantes indicadores de diagnósticos e prognósticos da MSF.
Anormalidades pulmonares. A combinação da deformação do tórax anterior e os resultados pectus excavatum, uma redução do volume do pulmão, que pode levar a graves déficits pulmonares restritivos. O pneumotórax espontâneo ocorre em 4 a 5% dos pacientes com essa síndrome. Devido a flacidez do tecido da hipofaring, a apnéia do sono obstrutiva é um sintoma comum.
Anormalidades oculares. Na síndrome de Marfan ocorre o deslocamento da lente a partir do centro da pupila (ectopia lentis). Devido à presença desse sintoma, uma percentagem elevada de doentes MFS, o deslocamento da lente, na ausência de qualquer acontecimento traumático, a MFS não deve ser desconsiderada no diagnóstico. A córnea de MFS pacientes muitas vezes é mais plana do que o normal. A detecção da anormalidade da córnea e a correção cirúrgica são necessárias em uma idade precoce para prevenir a ambliopia persistente (olho preguiçoso). Na idade avançada os pacientes com MFS sofrem de cataratas ou glaucoma.
10. Atividade
1.Explique o que significa o termo conformação e como ele é representado na forma das proteínas.
2. Por que as cadeias polipeptídicas não podem assumir um número infinito de conformações, embora apresentem um esqueleto covalente formado apenas por ligações simples? 
3. Quais as evidências que levaram Linus Pauling e Robert Corey a propor um modelo que descrevesse a estrutura da (-hélice?
4. Descreva o modelo proposto por Linus Pauling e Robert Corey para a conformação em (-hélice
5. Explique como ocorre a estabilização da estrutura secundária da α-hélice.
6. Por que um polipeptídio de ácido glutâmico não forma uma (-hélice no pH 7,0, mas a pode formar em pH 3,0, assim como um polipeptídio de lisina não a forma em pH 7,0, mas no pH 12 sim?
7. Descreva o modelo proposto por Linus Pauling e Robert Corey para a conformação-β.
8. Explique como ocorre a estabilização da conformação-β?
9. Algumas proteínas naturais são muito ricas em cistina e suas propriedades mecânicas (resistência à tensão, à viscosidade e à dureza etc) estão correlacionadas com o conteúdo em cisteína. Por exemplo, a glutenina, uma proteína encontrada no trigo e rica em cistina, é a responsável pelas características elásticas e coesivas da cola feita com farinha de trigo. Da mesma forma, a natureza resistente e dura do casco da tartaruga é devido ao alto conteúdo em cistina de sua (-queratina. Qual é a base molecular da correlação entre o conteúdo de cistina e as propriedades mecânicas de uma proteína?
10. Como estão organizadas as cadeias polipeptídicas das α-queratinas no cabelo.
11. Quando agasalhos de lã ou meia são lavados em água quente e secos em aquecedores elétricos são inicialmente esticados e depois eles encolhem. A seda, por outro lado, não estica e nem encolhe nas mesmas condições. Explique esse comportamento desses diferentes tecidos.
12. Por que a glicina é o único aminoácido que ocupa a terceira posição no tropocolágeno, a unidade fundamental do colágeno?
13. Por que o colágeno é uma proteína pobre em termos nutricionais?
14. Qual a importância dos resíduos de lisina no colágeno e na elastina?
15. Explique como ocorre a estabilização da estrutura secundária do colágeno.
16. O que é a osteogênesis imperfecta?
17. Explique o que é a síndrome de Ehlers Danlos.
18. O que é a síndrome de Marfan?
 Referências: 
BERG, J. M, TYMOCZKO, J. L., STRYER, L. Bioquímica. 5a edição, Rio de Janeiro, Guanabara-Koogan, 2004.
CHAMPE, P., C., HARVEY, R. A. Bioquímica Ilustrada, 2a Edição, Editora Artes Médicas, 1997.
KOOLMAN, J. RÖHM, KLAUS-HEINRICH. Bioquímica. 3a Edição, Porto Alegre, Editora Artmed, 2005.
NELSON, D.L, COX, M. M. Lehninger Princípios de Bioquímica. 2. Edição, São Paulo, Sarvier, 1995.
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STRYER, L. Bioquímica. 4ª edição, Rio de Janeiro, Guanabara-Koogan, 1996.
VOET, D, VOET, J. G, PRATT , C W. Fundamentos de Bioquímica. 1a Edição, Porto Alegre, Editora Artmed, 2000.
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