Aminoácidos e Proteínas – parte II

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Aminoácidos e Proteínas – parte II
 Bioquímica 
Prof. Fabiana Carneiro
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Esquema aminoácido
Não-polar
Polar carregado
Polar não-carregado
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Classificação dos aminoácidos
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Curva de Titulação
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Ângulos di-hédricos são definidos por 4 átomos:
Phi () é a torção ao redor N – C 
Psi () é a torção ao redor C – C’ 
Onde,  e  especificam a conformação da cadeia principal
Ângulos di-hédricos Phi e Psi
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Ligações que mantém a estrutura de uma proteína:
Ligação covalente
• ligação peptídica
• ligação dissulfeto
Ligações não-covalentes
• interações eletrostáticas entre cargas e dipolos;
• forças de van der Waals;
• ligações de hidrogênio e
• interações hidrofóbicas.
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O Diagrama de Ramachandran
Os Valores dos ângulos  e  que são permitidos estericamente, são calculado a partir das distâncias entre os átomos. As conformações estericamente proibidas são aquelas nas quais qualquer distância interatômica entre átomos não-ligados é menor que a distância de van der Waals correspondente.
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Existem 4 níveis de organização da estrutura de proteínas
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1° –> 2° –> 3° –> 4° Estrutura
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Estrutura secundária:
 Estrutura Helicoidal
 Cadeia polipeptídica torcida de forma regular em torno de cada átomo de C , assumindo conformação helicoidal. A hélice pode ser definida pelo número de unidades peptídicas por voltas (n) ou pela distância que a hélice se eleva, por volta, ao longo do seu eixo (p). 
 Apenas uma única conformação helicoidal do polipeptídeo possui, simultâneamente, ângulos conformacionais permitidos e um padrão de ligações de hidrogênio favoráveis: a -hélice!
 Estabilidade devido:
	1. repulsão ou atração eletrostática dos aminoácidos adjacentes.
	2. interação entre os aminoácidos n3 ou n4.
	3. ocorrência de resíduos de Pro ou Gly.
 Outros tipos de hélices:
 Fita 2,2: ângulos conformacionais altamente proibidos, nunca observada!
 Hélice 310 : mais delgada e estendida do que a -hélice. Normalmente ocorre ocasionalmente em proteínas e em segmentos curtos, que podem ter conformação distorcida.
 Hélice  ( 4,416): conformação ligeiramente desfavorecida, raramente observada, somente como segmento de hélices longas. 
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-Hélice
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3,6 aminoácidos por volta
 passo = 5.4 Å
 1 Å = 10-10 m
grupos-R para fora
 ligações de H entre
 (1) C=O===H-N (4)
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Estrutura secundária – estrutura periódica bem defifinda: representa 60% da estrutura de proteínas.
 A -Hélice foi descrita por Linus Pauling (1951) utilizando a técnica de difração de raio-x    
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Estruruta secundária:
 Estrutura Beta
 Folha  pregueada: possui ângulos  e  repetitivos e utiliza a capacidade total das .ligações de hidrogênio do esqueleto polipeptídico. As ligações de hidrogênio ocorrem entre as cadeias polipeptídicas vizinhas, ao invés de ocorrer dentro da própria cadeia.
2 formas: 
Folha  pregueada antiparalela: em que as cadeias polipeptídicas vizinhas estão ligadas em sentidos opostos;
Folha  pregueada paralela: em que as cadeias ligadas estão orientadas no mesmo sentido.
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Estrutura secundária:
 Estrutura Não-repetitivas
	- As estruturas regulares de uma proteínas correspondem a aproximadamente 60 % da estrutura de uma proteína globular. Os segmentos que não se encaixam nessas estruturas, são chamados de conformação espiral ou em alça.
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Estrutura supersecundária –motivos
Há padrões comuns no enovelamento das proteínas chamados de motivos.
Os motivos são encontrados em várias proteínas de função diversa.
Uma proteína pode conter vários motivos estruturais diferentes.
A estrutura de cada proteína é totalmente diferente ou há motivos comuns?
Há padrões comuns de enovelamento da cadeia polipeptídica na maioria das proteínas. Exemplos: a-hélice e folhas-b
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Proteínas globulares e fibrosas
1f0w
ibkv
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Proteínas fibrosas
São moléculas alongada, nas quais as estruturas secundárias dominam os motivos estruturais;
 Funcionam como materiais estruturais que possuem funções protetoras, conectivas ou de sustentação nos organismos vivos.
 Raramento cristalizam, normalmente tem estrutura determinada por cristalografia de raio-x.
 Formam fibras, com eixos moleculares paralelos ao eixo da fibra.
Queratina
Proteínas mecanicamente resisitente e quimicamente não reativa que ocorre em todos os vertebrados superiores. Classificada em: -queratina (mamíferos) e -queratina (pássaros e répteis).
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Montagem dos filamentos intermediários 
Os domínios da haste central dos dois polipeptídeos giram em torno de si em uma estrutura “coiled-coil” em espiral para formar dímeros. Dímeros, então se associam, de forma antiparalela para formar tetrâmeros. Tetrâmeros são associado pelo seu final parade formar protofilamentos e lateralmente para formar filamentos. Cada filamento contém cerca de oito protofilamentos torcidosem torno de si em uma estrutura de corda. 
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Colágeno
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Proteínas Globulares
Compreendem um grupo altamento diverso de substâncias, que no seu estado nativo, existe como uma molécula compacta de formato esférico. Ex: enzimas, proteínas de transporte e receptores protéicos.
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Estrutura terciária:
 Estrutura responsável pela orientação em 3-D das proteínas no espaço.
 Termodinamicamente é a conformação mais estável que a proteína adquire devido a:
 interações moleculares não-covalentes fraca 
 forças forte = pontes de S-S
 em enzimas o sítio ativo são via ligação-H
 interior hidrofóbico e exterior hidrofílico favorecendo estruturas globulares
Resultando em um folding proteico onde o formato é específico com sítios únicos de ligação
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 Domínios: São módulos distintos ou elementos estruturais da maioria das estruturas 3D das proteínas... São regiões compactas em polipeptídeos de 100-150 aa, normalmente auto-formado e estabilizado, com organização independente.
 Classificação dos domínios:
- Domínio funcional: região com atividade particular característica da proteína (CATÁLISE).
	
	Ex: tirosina kinase (domínio do receptor de insulina em humanos: adicona P a outra 	molécula.
Domínio estrutural: região com 40 ou + aas em uma conformação 2o ou 3o estável, 	frequentemente repetida. 
	
	Ex: hemaglutinina (proteína de superfície do vírus influenza) composta de 3 estruturas 	4o de subunidades identicas compostas por 2 polipeptídeos (HA1 e HA2); cada peptídeo 	HÁ tem dois domínios... Um globular e outro fibroso.        
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Capa do vírus ou Capsídeo viral
Envolve o genoma viral
Constituído por uma ou várias proteínas que formam subunidades denominadas capsômeros
Essas proteínas são organizadas em camadas e padrões regularmente repetidos
Simetria helicoidal;
Simetria icosaedral (isométrica ou cúbica);
Simetria complexa;
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Simetria do Capsídeo
Simetria icosaédrica
Simetria Helicoidal
Simetria complexa
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Adenovírus
Enterovírus
Influenza
Hepatite B
Herpesvírus
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Famílias de proteínas
Proteínas com um ancentral evolucionário em comum são conhecidas como homólogas e são agrupadas dentro da mesma “família”; muitas tem aa idênticos ou quimicamente similares ou sequencias de proteinas identicas; >30% aa sequencia homóloga, cada contendo um domínio parecido entre as proteínas. 
Ex: Serino-proteases – enzima proteolítica presente em procariotos e eucariotos com sequencia de aminoácidos parecida, com um sítio ativo de SER.
As relações entre proteínas da mesma família são analisadas por taxonomia.
Ex: Globinas – mioglobinas (oxigênio monomérico que liga no músculo) e hemolgobina (oxigênio tetramérico que liga no sangue).
Hoje em dia a modelagem
molecular é utilizada para predizer a função de proteínas por comparação com outras sequencias e homologia. Análise da sequencia = estrutura secundário
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Estrutura quaternária:
Múltiplos polipeptídeos cada um com sua conformação 3D = organização final estável
Ex: Hemoglobina, RNA polimease, ASP-trans-carbamilase
Algumas formas comuns de estrutura 4º:
Dímeros: regiões simétricas reconhecidas, ligadas, com sítio de ligação idêntico.
Ex: Ativador catabólico protéico: homodímero - 2 subunidades idênticas; heterodímero - sem estruturas idênticas
2) filamentos: polímeros de cada subunidade proteica que se ligam de forma identica formando um anel ou uma hélice.
3) Coiled-coil: 2 hélices paralelas com diferentes proteínas formando um filamento, ligado via um segmento de aas hidrofóbicos.
4) Tetrâmeros: 4 subunidades idênticas. Ex: Neuraminidaes e hemoglobina
Complexos multi-enzimáticos: piruvato desidrogenase, ATP-sintase 
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Estrutura Quaternária de Proteínas
Razoes para múltiplas subunidades:
1. cooperatividade
exemplo: Hb liga O2 cooperativamente.
2. função catalítica
exemplo: HMG-CoA reductase dímero
3. síntese
exemplo: groEL chaperonina tem 14 subunidades
(a proteína é muito grande para ser sintetizada sozinha.
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Renaturação: ganho da atividade biológica e a reorganizacção da estrutura
As conformação 3D das proteínas é crítica para a sua função biológica
Desnaturação: Perda da conformação 3D por calor, pH, solventes orgânicos, detergentes ( qualquer coisa que perturbe a estrutura terciária/ quaternária
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Sítio de ligação
Proteínas ligam-se a outras moléculas chamadas ligantes.
A interação de uma proteína com um ligante é especifica e reversível.
O local de ligação do ligante na proteína é chamado de sítio de ligação.
A ligação de um ligante resulta em mudança conformacional na proteína
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  Como ocorre a organização da estrutura 3D das proteínas?
Relacionando Forma e Função!            
As ligações peptídicas são planares e todos os átomos ligados estão no mesmo plano, não havendo rotação = conformação restrita da proteína. A conformação nativa é a mais estável, de menor energia e frequentemente está relacionada com as propriedados das cadeias laterais dos aminoácidos (tamanho, hidrofobicidade, força iônica).    A organização 3D envolve mudanças conformacionais seqüenciais:
por ordem dos estágios de empacotamento: 
	1) definindo a estrutura 2o; 
	2) definindo os motivos estruturais e a organização dos domínios
	3) Seguido pelas forças e/ou formas 
Se durante o empacotamento a proteína não estiver protegida, ela pode interagir com outras moléculas dentro da célula!	
   As células possuem 2 tipos de proteínas que facilitam o empacotamento (folding):    Chaperonas: que se ligam e estabilizam novas proteínas unfolded prevenindo que elas se agreguem ou desnaturem antes do folding;
 Chaperoninas: que são pequenas câmaras onde proteínas unfolded são movidas para o ambiente favorencendo o folding na sua forma nativa               
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O QUE SÃO PRÍONS ?
• São proteínas normalmente encontradas nas células.
• Não tem genoma.
• Os príons que causam doenças são alterados em sua conformação
• Os príons normais são chamados PrPcel e residem na superfície das células nervosas
• Príons “anormais” são chamados PrPsc, em alusão a “scrapie”,
uma forma da doença em ovinos. 
• Os PrPsc são altamente resistentes a: calor, formol, nucleases
• Os PrPsc são sensíveis a disruptores de gorduras, como:
fenol, soda, éter, hipoclorito Na, fluorocarbonos
O acúmulo de PrPsc leva formação de um agregado que causa doenças
como Creutzfeld-Jacob, genética ou adquirida (comendo o tecido da “vaca louca”), uma doença fatal que leva a problemas neurológicos graves pela presença desses agregados de PrPsc e a Spongiform Encephalopathy (SE) – que é a vacuolização (buracos) no tecido nervoso cerebral. 
Ambos os PRION podem ter sequencia primária idêntica, porém uma organização da estrutura diferente A.  Proteína normal (PrPc) ... α-hélice, solúvel  B. Proteína anormal )PrPsc )... 45% folha-β, insolúvel& insensível a protease, levando a produção de agregados que levam a doença e matam as células nervosas