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23/11/2016 1 Bioquímica Profa. Dra. Claudia Andrade claudia.mb.andrade@gmail.com 23/11 Estrutura das proteínas e enzimas. 01/12 Enzimas e sua regulação. 14/12 Estrutura de carboidratos e metabolismo do glicogênio e via glicolítica. 22/12 Neoglicogênese e ciclo de Krebs. 31/01 Metabolismo de lipídios (estrutura de lipídios, lipólise, β-oxidação e cetogênese). 02/02 Cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa. Aulas de Bioquímica - UCI – 2016/2 Princípios de Bioquímica. Lehninger. Michael M. Cox, David L. Nelson. Editora Sarvier. Bioquímica Médica Básica de Marks - Uma Abordagem Clínica. Colleen Smith, Michael Lieberman, Allan D. Marks. 2ª Ed. Editora Artmed. Manual de Bioquímica com Correlações Clínicas. Thomas M. Devlin. Editora Blücher. Bioquímica. Donald Voet, Judith G. Voet. Editora Artmed. Bioquímica Combo Mary Campbell, Shawn O. Farrell. Editora Thomson Learning Harper : bioquímica ilustrada. Robert K. Murray. 29ª Ed. São Paulo: Atheneu Bioquímica Ilustrada . Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier. 4ª Ed. Editora Artmed Bioquímica básica. Anita Marzzoco, Bayardo Baptista Torres. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan. Bibliografia Recomendada: Estrutura de Proteínas e Enzimas 23-novembro-2016 Qual a relação entre a estrutura de uma proteína com sua atividade biológica? Polipeptídeo recentemente sintetizado Arranjo tridimensional específico Biologicamente funcional 23/11/2016 2 Aminoácidos PROTEICOS são determinados por códons específicos. 21 aminoácidos Aminoácido: Polipeptídeo A ligação peptídica ocorre entre o grupo a-carboxila de um aminoácido e o grupo a-amino de outro aminoácido. um dipeptídeo Aminoácido 1 Aminoácido 2 Proteínas são definidas como polímeros de AA São compostos orgânicos de estrutura complexa e massa molecular elevada (Da) 23/11/2016 3 Proteínas Macromoléculas versáteis Diversas funções metabólicas Formação do citoesqueleto – forma e integridade da célula Filamentos de actina e miosina – contração muscular Transporte – oxigênio Catálise enzimática – controle das vias metabólicas Receptores celulares – sinalização intracelular Exemplos de funções que as proteínas exercem: Sofrem alterações físicas que refletem a condição do organismo e que mudulam a sua função: Síntese e modificação pós-tradução Degradação ou proteólise Alternância entre estado ativo e inativo por ação de moléculas regulatórias Alvo para medicina molecular: identificar proteínas e/ou modificações nas mesmas cuja presença, ausência ou deficiência está associada a doenças ou estados fisiológicos específicos. Proteoma x Proteômica Conjunto de todas as proteínas expressas por uma célula em uma dada condição. Estudo do proteoma de um célula ou tecido em condições específicas. Estrutura primária: sequência linear dos aminoácidos unidos por ligações peptídicas Estrutura secundária: conformação local de alguns regiões da cadeia polipeptídica (α-hélice, β-pregueada) Estrutura terciária: arranjo tridimensional da cadeia polipeptídica, interações entre aminoácidos mais distantes Estrutura quaternária: arranjo tridimensional de diferentes cadeias polipeptídicas Estrutura primária As proteínas diferem entre si pelo número, tipo e sequência dos aminoácidos em suas estruturas. O número de aminoácidos é muito variável de uma proteína para outra: • Insulina bovina: 51 aminoácidos • Hemoglobina humana: 574 aminoácidos • Glutamato desidrogenase: 8 300 aminoácidos A sequência linear de aminoácidos de uma proteína 23/11/2016 4 Número diferente de AA e cadeias polipeptídicas Por convenção: A extremidade amino livre da cadeia polipeptídica (N-terminal) é escrita à esquerda E a extremidade carboxila livre (C-terminal), à direita. Sequencia de aminoácidos pode ser usada para comparação entre proteínas de diferentes organismos Através da análise da sequencia dos aminoácidos de uma proteína pode-se avaliar a relação evolutiva entre as espécies. Importância da sequência de aminoácidos na função de uma proteína ANEMIA FALCIFORME A substituição da base nitrogenada timina (T) por adenina (A) ocasiona substituição do aminoácido ácido glutâmico por valina, na posição seis da cadeia b da hemoglobina, promovendo polimerização da hemoglobina S (HbS) e alteração na forma das hemácias: Hemólise Vaso Oclusão Início da formação da estrutura tridimensional que a proteína assume, devido a interação (pontes de hidrogênio) entre aminoácidos próximos uns dos outros. Estrutura secundária 23/11/2016 5 O enovelamento é estabilizada por pontes de hidrogenio, entre os átomos de oxigênio das carbonilas e os átomos de hidrogênio das amidas envolvidas na ligação peptídica. Existem várias proteínas biologicamente importantes que possuem este tipo de estrutura secundária: hemoglobina, a mioglobina, as queratinas. Estrutura secundária a-hélice • É uma estrutura helicoidal, que consiste em um esqueleto polipeptídico em espiral e bem compacto, com as cadeias laterais dos aminoácidos estendendo-se para fora da hélice Folha pregueada ou estrutura b Na folha pregueada as cadeias polipeptídicas dispõem-se lateralmente (em paralelo) onde todos os componentes da ligação peptídica estão envolvidos com pontes de hidrogênio. As cadeias laterais R dos aminoácidos voltam-se para cima ou para baixo do plano da folha Estrutura secundária Comparação entre folha b e a hélice a Nas folhas beta as pontes de hidrogênio são perpendiculares à cadeia polipeptídica. Estrutura terciária É a organização tridimensional da cadeia dobrada As interações entre as cadeias laterais dos AA direcionam o dobramento para formar a estrutura compacta A estrutura terciária relaciona-se com os dobramentos da cadeia polipeptídica sobre ela mesma. É a conformação espacial da proteína A forma das proteínas (globulares e fibrosas) está relacionada com sua estrutura terciária A conformação nativa de uma proteína é favorecida pela termodinâmica: A proteína nativa é aquela mais favorecida do ponto de vista energético. Proteínas auxiliares do dobramento: Chaperonas participam do processo de dobramento das outras proteínas Hsp70 (proteína de choque térmico de 70 kDa) liga sequências curtas de aa hidrofóbicos no polipeptídeo recém sintetizado e impede a agregação. Hsp60 (chaperoninas) atua em conjunto com a hsp70 e age mais adiante no processo de dobramento. 23/11/2016 6 Proteína dissulfeto isomerase: facilita a formação de pontes dissulfeto entre cisteínas estabilizando a conformação nativa da proteína. Considerando esses níveis de estrutura as proteínas podem ser classificadas em fibrosas e globulares FIBROSAS Cadeias longas e folhas Tipo simples de estrutura secundária Função – estrutural, suporte e proteção Caracterizadas por proporcionar resistência e flexibilidades às estruturas onde ocorrem São pouco solúveis em água Ex: queratina, colágeno GLOBULARES Cadeias esféricas ou globulares Diversos tipos de estrutura secundária Função – enzimas, reguladoras e de defesa Cadeia polipeptídica se dobra formando uma estrutura compacta - diversas estruturas e funções Grupos hidrofóbicos interior e hidrofílicos exterior – pontes H com a água - solúveis É a mais abundante proteína fibrosa: 25% da massa corporal Pró colágeno é hidroxilado principalmente em prolina e lisina, isto aumenta a capacidade de realizar pontesde hidrogênio e estabiliza a estrutura. Deficiência de vitamina C e cobre prejudicam a formação da estrutura do colágeno resultando em menor hidroxilação e consequente instabilidade nas fibras: gengivas hemorrágicas e edemas Por exemplo a substituição de um resíduo de Gly por um de Cys ou Ser em cada cadeia alfa. Impede a formação de sua estrutura helicoidal e compromete sua resistência elástica. A osteogênese imperfeita: deficiência na formação de colágeno I levando a osteoporose grave – “ossos de vidro”. A síndrome de Ehlers-Danlos é caracterizada por hiperelasticidade e hipermobilidade das articulações. Algumas alterações genéticas podem resultar em modificações na estrutura do colágeno humano e podem resultar em manifestações clínicas 23/11/2016 7 Síndrome de Ehlers-Danlos: hiperelasticidade e hipermobilidade articular Proteínas Globulares Estrutura espacial mais complexa, são mais ou menos esféricas. A grande maioria das proteínas biologicamente ativas são globulares, e sua atividade funcional é intrínseca a sua organização espacial. Constituída por 4 cadeias polipeptídicas. Estrutura quaternária HEMOGLOBINA RUBISCO: Enzima mais abundante no planeta Responsável pela fixação do CO2 na ribulose 8 cadeias pequenas 8 cadeias grandes FORÇAS NÃO COVALENTES Pontes de H -Aminoácidos polares Ligações iônicas - Aminoácidos carregados Interações hidrofóbicas -Aminoácidos apolares Forças de Van der Waals -Qualquer aminoácido ProteínaProteína NH — CH2 — OH ... O — C — CH2 — CH2 — 2 ProteínaProteína O —CH Ponte de Hidrogênio Interações hidrofóbicas e Forças de van der Waals 2 CH—CH3 CH3 CH3 CH3 — CH — CH2 — — CH — CH3 H3C — CH — CH3 CH3 ++—CH2—CH2—NH3 O C —CH2—CH2—Ligação Iônica Tipos de interações que mantém a estrutura tridimensional de uma proteína Modificações Pós-traducionais Muitas proteínas sofrem modificações após a sua síntese dentro da célula. Estas são provocadas por modificações químicas nas cadeias laterais de alguns resíduos de aminoácidos. As mais comuns são: Fosforilação Oxidação Acilação Glicosilação Metilação A modificação de cadeias laterais pode conferir propriedades específicas às proteínas tais como a capacidade de reconhecer outras moléculas ou de se integrar na membrana plasmática. 23/11/2016 8 Dobramento protéico Resulta de interações entre as cadeias laterais dos AA para formar a estrutura tridimensional de proteínas funcionais Dobramentos inadequados resultam na produção de uma proteína alterada com conformação citotóxica Estão associados a pelo menos 35 doenças humanas Doença de Alzheimer: formação de proteínas amilóides neurotóxicas Solúvel rica em alfa- hélice Rica em folha beta: favorece a agregação http://www.alzheimermed.com.br/diagnostico/exames-laboratoriais Doenças do príon Encefalopatias espongiformes transmissíveis São doenças neurodegenerativas fatais decorrente da deposição de agregados proteícos insolúvies resistentes a proteases nas células nervosas. Em humanos: doença de Creutzfeldt-Jakob No gado: doença da vaca louca O prion patológico serve como molde para a transformação conformacional de proteína normal e por isto ocorre a transmissão sem o envolvimento do DNA. Doença do príon: Doença da vaca louca: Encefalopatia Espongiforme Bovina 23/11/2016 9 - Aumento de temperatura (cada proteína suporta certa temperatura máxima, se esse limite é ultrapassado ela desnatura): FEBRE - Extremos de PH: ALCALOSE E ACIDOSE Os fatores que causam a desnaturação TEMPERATURA pH: ionização dos AA forma básica forma ácida forma neutra 23/11/2016 10 Proteínas especializadas que catalisam/aceleram reações biológicas, atuando como Biocatalisadores Enzimas Enzimas Proteínas RNAs
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