2_estrutura_funcao_de_proteinas_nova

Prévia do material em texto

ESTRUTURA E FUNÇÃO 
DE PROTEÍNAS
PROTEÍNAS
• São polímeros formados por aminoácidos, unidos entre si por
ligações peptídicas e podem ser formadas por uma ou mais
cadeias polipeptídicas.
• São constituídas por 20 aminoácidos diferentes que reunidos em
combinações praticamente infinitas, possibilitam a formação de
milhões de estruturas diversas.
ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS
• Cada proteína apresenta uma estrutura espacial definida e
característica – conformação.
Conformação predominante – mais estável termodinamicamente
Proteínas nativas
Refere-se ao estado estrutural alcançado 
sem a quebra de ligações covalentes.
Estrutura
terciária
Cadeia
polipeptídica
Estrutura
secundária
Estrutura
primária
Resíduos de
aminoácidos
-hélice
Estrutura
quaternária
Subunidades
montadas
ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS
A estrutura de uma proteína é organizada a partir de níveis estruturais de 
complexidade crescente:
ORGANIZAÇÃO TRIDIMENSIONAL
ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS
A sequência de aminoácidos determina a 
estrutura espacial da proteína
• É a seqüência de aminoácidos existentes na molécula
de uma proteína.
• É o nível de estrutura mais simples a partir do qual
todos os outros derivam.
Estrutura Primária
• É o arranjo espacial do esqueleto de carbonos da
cadeia polipeptídica.
Estrutura Secundária
α-hélice
α-hélice
Folha β pregueada
Enrolamento da cadeia ao
redor de um eixo.
Interação lateral de
segmentos de uma
cadeia ou de cadeias
diferentes.
Estrutura Secundária
• A -hélice é mantida pelas pontes de H que se
formam no interior do esqueleto de uma única
cadeia peptídica.
Pontes de H – paralelas ao 
eixo da hélice.
Possui 3,6 resíduos de
aminoácidos por volta
(0,54 nm).
-hélice
Certas sequências de aa não podem organizar-se em α-hélice:
Vários aa adjacentes de mesma carga – forte repulsão 
(ex: polilisina em pH 7: cadeia lateral carregada 
positivamente).
Presença de aminoácidos com cadeias laterais 
volumosas (Asn, Thr).
Prolina - O nitrogênio está em um anel rígido 
impedindo a rotação da ligação N-Cα –gera 
torções que desestabilizam a hélice.
Estrutura Secundária
A folha  pregueada é mantida por pontes de H
que são perpendiculares ao eixo das cadeias.
As pontes de H ocorrem entre cadeias polipeptídicas diferentes ou
entre segmentos de uma mesma cadeia (próximos ou distantes).
Segmentos apresentam conformação mais distendida e
dispõem-se lado a lado em zigue-zague.
Os grupos R dos aminoácidos projetam-se para cima e 
para baixo do plano da folha.
Ponte de H
Grupos R
paralela
N-terminais de cada cadeia polipetídica alinhados na mesma direção
antiparalela
N-terminais de cada cadeia polipetídica estão em direções opostas
Estrutura Supersecundária
ou Motivos Estruturais
Combinações da estrutura secundária
a) unidade 
b) meandro 
c) unidade 
d) barril  e barril /
Exemplos de proteínas contendo 
diferentes proporções e arranjos de 
elementos estruturais secundários
Hemoglobina Triose Fosfato 
Isomerase
Estrutura Terciária
• Representa a estrutura tridimensional da proteína como um
todo – arranjo tridimensional de todos os átomos da
molécula.
A estrutura tridimensional é 
determinada pela sequência de 
aminoácidos pois as interações 
entre as cadeias laterais 
direcionam o dobramento do 
polipeptídio para formar uma 
estrutura compacta
Estrutura Terciária
• Segmentos distantes da estrutura primária podem aproximar-se
e interagir através de ligações não-covalentes entre os grupos R
dos aminoácidos.
• A estrutura terciária (dobramentos e enovelamento) das
proteínas é mantida através do grande número de interações
não-covalentes:
• Interações eletrostáticas
• Interações hidrofóbicas
• Pontes de hidrogênio
• Forças de Van der Waals
• Lig. covalentes (pontes dissulfeto)
ENOVELAMENTO DE PROTEÍNAS
A conformação espacial de uma proteína
está relacionada com sua função:
O dobramento de uma proteína busca sempre a conformação de 
menor energia e adaptação ao meio fisiológico onde ela vai exercer 
sua função biológica.
Ex: no meio aquoso o dobramento é feito de tal maneira que esconde os
grupamentos apolares e expõe os grupos polares ao meio aquoso.
Estrutura Quaternária
Proteína dimérica
• Duas ou mais cadeias polipeptídicas (subunidades) interagem
para formar um proteína oligomérica.
• Cada uma das cadeias apresenta os três níveis estruturais
citados.
• É mantida principalmente por pontes de hidrogênio e por
interações hidrofóbicas.
Estrutura Quaternária
• Resultado dessas interações não covalentes:
Mudanças sutis em uma parte da molécula (provocadas pela
interação com ligantes/moduladores) podem resultar em mudanças
drásticas nas propriedades de um sítio/subunidade distante na
mesma molécula de proteína.
PROTEÍNAS ALOSTÉRICAS
1) ARRANJO ESTRUTURAL 
globulares
fibrosas 
2) SOLUBILIDADE
solúveis
integrais de membrana
3) PRODUTO DE HIDRÓLISE
simples
conjugadas
4) MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS
lipoproteínas - glicoproteínas - fosfoproteínas
Classificação das Proteínas
PROTEÍNAS GLOBULARES
Apresentam uma ou mais cadeias polipeptídicas organizadas em
uma forma final esférica (enovelamento dos segmentos da cadeia
peptídica) – diversidade estrutural.
Geralmente solúveis e desempenham várias funções biológicas.
Incluem: enzimas, proteínas transportadoras, motoras, regulatórias,
imunoglobulinas, etc.
MIOGLOBINA 
PROTEÍNAS GLOBULARES
Formada por 8 segmentos em
α-hélice (70 – 80% dos aa)
interrompidos por curvaturas.
Regiões de curvatura –
prolina (grupo R rígido).
Aminoácidos apolares –
localizados no interior da
molécula (interações
hidrofóbicas).
Proteína monomérica com 153 aa e um grupo prostético (heme).
Função de armazenamento de O2 nos músculos.
PROTEÍNAS GLOBULARES
Grupo prostético – resíduo não
proteico que forma uma parte
funcional de uma proteína.
Grupo heme: molécula de porfirina 
contendo um átomo de ferro no 
estado ferroso, Fe2+
PROTEÍNAS GLOBULARES
Fe (II) – 6 sítios de ligação (4 estão 
ligados aos anéis porfirínicos).
2 sítios livres para ligação: 1 com 
histidina (proximal) e 1 com o 
oxigênio (O2).
2 sítios estão em planos opostos no 
anel.
Histidina distal liga-se ao oxigênio.
PROTEÍNAS GLOBULARES
HEMOGLOBINA 
PROTEÍNAS GLOBULARES
Proteína oligomérica formada por 4 cadeias polipeptídicas.
Função: transporte de oxigênio dos pulmões até os tecidos.
Associam-se formando 
dímeros – 1β1 e α2β2. 
Estrutura quaternária (lig. não covalentes)
4 subunidades: 
duas  e duas β
PROTEÍNAS GLOBULARES
Grupo heme encontra-se
em uma cavidade
hidrofóbica delimitada por
aa apolares.
PROTEÍNAS GLOBULARES
Grupo heme é idêntico ao 
da mioglobina. 
Hb totalmente oxigenada – oxihemoglobina
4 moléculas de O2 (oxi-Hb ou HbO2).
Hb desprovida de oxigênio – desoxihemoglobina
(desoxiHb ou Hb).
A este sítio ainda podem ser ligar outras moléculas pequenas
como o CO (monóxido de carbono), NO (óxido nítrico)
e H2S (gás sulfídrico) – afinidade maior que o oxigênio
o qual é deslocado. Alta toxicidade para organismos
aeróbios.
PROTEÍNAS GLOBULARES
Vídeo sobre as funções da hemoglobina:
http://www.fundacaolemann.org.br/khanportugues/hemoglobina
PROTEÍNAS GLOBULARES
Sequências de aa diferentes
Proteínas globulares apresentam 
grande variedade de estruturas 
terciárias:
Funções biológicas diferentes
Forma alongada: filamentos ou folhas
 Insolúveis em água Funções estruturais nos sistemas biológicos: suporte, forma e
proteção
Formadas pela associação de módulos repetitivos – cadeias
polipeptídicas com estrutura secundária regular: α-hélice ou
folhas β pregueadas.
• α-queratinas
• β-queratinas
• Colágeno
PROTEÍNAS FIBROSAS
PROTEÍNAS FIBROSAS
α-QUERATINAS
Cadeia em -hélice.
Associação das cadeias em α-hélice (2) formam longos cabos
helicoidais que associados formam fibrilas e fibras.
Ex: componente principal da epiderme, cabelos, lã, chifres, unhas,
cascos, bicos e penas.
PROTEÍNAS FIBROSAS
Presença de pontes dissulfeto
(cisteínas) – grande resistência às
fibras
PROTEÍNAS FIBROSAS
β-QUERATINAS
Fibras são formadas pelo empilhamento
de folhas β pregueadas antiparalelas
ricas em Ala e Gly.
Pontes de hidrogênio e forças de van der
Waals estabilizam a estrutura.
Estrutura não elástica, mas flexível.
Ex: fibroína da seda e teias de aranhas
Folhas β antiparalelas
PROTEÍNAS FIBROSAS
COLÁGENO
Proteína mais abundante no corpo humano. Presente em todos os
tecidos. Confere resistência mecânica e sustentação aos tecidos.
Estrutura:
Cadeia α com alto conteúdo de glicina, prolina, hidroxiprolina e/ou
hidroxilisina.
Regularidade da estrutura primária:
Gly-X-Pro
Gly-X-Hyp
PROTEÍNAS FIBROSAS
Associação de 3 cadeias polipeptídicas 
formando uma hélice tripla: 
TROPOCOLÁGENO
PROTEÍNAS FIBROSAS
Colágeno: vários tipos e funções.
Fibrilas de colágeno – formadas pelo agrupamento das moléculas de
tropocolágeno unidos por ligações cruzadas – dependendo do tipo de
agrupamento tem-se diferentes graus de resistência elástica (tendões,
cartilagens, matriz óssea, córnea).
Classificação das proteínas -
PRODUTO DE HIDRÓLISE
De acordo com os produtos de hidrólise as proteínas podem ser
classificadas em:
Simples – apresentam apenas aminoácidos em sua estrutura;
Conjugadas - apresentam grupos químicos associados aos
aminoácidos.
PROTEÍNAS CONJUGADAS
Formadas por alterações enzimáticas dos aminoácidos usuais após
a incorporação na cadeia polipeptídica durante a síntese de
proteínas.
Grupos ou moléculas não protéicas ligadas à cadeia peptídica:
Grupos prostéticos
PROTEÍNAS CONJUGADAS
A natureza dos grupos prostéticos determinará a classificação dos
tipos de proteínas:
Lipoproteínas, glicoproteínas, metaloproteínas, etc.
Alterações moleculares na estrutura das proteínas;
Alterações por modificação covalente:
Fosforilação;
Hidroxilação;
Glicosilação;
Redução no tamanho da proteína.
MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUÇÃO
Modificações pós-traducionais
Aminoácido Modificação encontrada
Amino-terminal Acetilação, glicosilação
Carbóxi-terminal Metilação, ADP-ribosilação
Arginina Metilação, ADP-ribosilação
Asparagina Glicosilação, metilação, desamidação
Aspartato Metilação, hidroxilação
Cisteína Glicosilação
Glutamato Metilação, carboxilação, ADP-ribosilação
Glutamina Desaminação
Histidina Metilação, ADP-ribosilação
Lisina Acetilação, metilação, hidroxilação
Fenilalanina Hidroxilação, glicosilação
Prolina Hidroxilação, glicosilação
Serina Fosforilação, metilação, hidroxilação
Treonina Fosforilação, metilação, hidroxilação
Triptofano Hidroxilação
Tirosina Fosforilação, iodinação, hidroxilação
DESNATURAÇÃO DE PROTEÍNAS
Proteína
nativa
Proteína desnaturada
É a alteração da estrutura
tridimensional da proteína com a 
perda da função biológica
Quebra de ligações não 
covalentes
Todos os fatores que levam à 
modificação estrutural de uma 
proteína modificam sua 
atividade biológica
Agentes Desnaturantes:
Físicos: Temperaturas extremas, raios X, ultra-som
Químicos: Ácidos e bases fortes (pH), detergentes, uréia, mercaptoetanol
Efeito: Redução da solubilidade; aumento da digestibilidade; perda
da atividade biológica (enzimas, hormônios, anticorpos)
Pode ser
Reversível (renaturação)...
Ou irreversível...
1) ESTRUTURA: Responsáveis pela forma e
estabilidade de células e tecidos. Ex.:
Colágeno, histonas, etc.
2) TRANSPORTE: Transportam moléculas
essenciais para a vida.
Ex.: Hemoglobina, albumina, canais
iônicos, etc.
3) PROTEÇÃO E DEFESA: Sistema imune
protege o organismo contra agentes
tóxicos ou estranhos. Ex.:
imunoglobulinas.
4) CONTROLE E REGULAÇÃO: Regulam o
metabolismo. Ex.: hormônios e seus
receptores.
5) CATÁLISE: Enzimas. Maior grupo com >
2000 representantes.
6) MOVIMENTO: Proteínas contráteis que
realizam o movimento. Ex.: Actina,
tropomiosina, etc.
7) ARMAZENAMENTO: Plantas  nutricional;
animais  energia.
FUNÇÕES GERAIS DAS PROTEÍNAS
Estudo interativo sobre estrutura 
e função das proteínas
http://www.iq.usp.br/bayardo/softwares/proteina/index.html