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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMCA E BIOLOGIA MOLECULAR BQI 100 Proteínas Lanna Clicia Carrijo Proteínas Conceito Macromoléculas compostas de uma ou mais cadeias polipeptídicas, em que cada cadeia possui uma sequência característica de aminoácidos unidos por ligações peptídicas. Nas células: •Macromoléculas mais abundantes •Milhares de tipos diferentes •Informações genéticas são expressas como proteínas As proteínas possuem diferentes funções Transportadoras Estruturais Contráteis De Defesa Reguladoras Nutrientes e de Armazenamento Catálise Enzimática Transporte F U N Ç Õ E S Muitas moléculas e íons pequenos são transportados por proteínas específicas. Ex.: Albumina Sérica (carregar ácidos graxos no sangue) Hemoglobina (carregar oxigênio no sangue) Hemoglobina Catálise Enzimática A grande maioria das moléculas com atividade catalítica são proteínas (enzimas); Ex.: Beta DNApolimerase 1; Ribonuclease; Tripsina ; Fosfofrutoquinase; Catalase; Isocitrato Liase. F U N Ç Õ E S Beta DNApolimerase 1 Sustentação Mecânica Estruturais Queratina – fio de cabelo Colágeno - pele F U N Ç Õ E S Outras: elastina, fibroína, proteoglicanos. Outras proteínas e suas funções F U N Ç Õ E S Classe funcional Exemplos Regulatórias Insulina Repressor Lac Glucagon Armazenamento Glicinina da soja Zeina do milho Caseína do leite Ovoalbumina Contráteis Actina Miosina Proteção Imunoglobulinas Trombina Venenos de cobra e insetos Toxina diftérica Exóticas Anti-congelante Adesivas Características de algumas Proteínas Massa Molecular Número de Resíduos Número de Cadeias Citocromo c (humano) Ribonuclease A (pâncreas bovino) Lisozima (clara do ovo) Mioglobina (coração de cavalo) Quimotripsina (pâncreas bovino) Quimiotripsinogênio (boi) Hemoglobina (humano) Albumina do soro (humano) Hexoquinase (fungo) RNA polimerase (E. Coli) Glutamina sintetase (E. coli) Composição de Aminoácidos de duas Proteínas Número de Resíduos por molécula de proteína Aminoácidos Citocromo c bovino Quimiotripsinogênio bovino Classificação Quanto à composição Proteínas simples; Proteínas conjugadas – grupo prostético – classificadas de acordo com a natureza química de seus grupos: Classe Grupo (s) prostético (s) Exemplo Lipoproteínas Lipídeos Β1-lipoproteína do sangue Glicoproteínas Carboidratos Imunoglobulina G Fosfoproteínas Grupos fosfatos Caseína do leite Hemoproteínas Heme (ferro porfirina) Hemoglobina Flavoproteínas Nucleotídeos de falvina Succinato desidrogenase Metaloproteínas Ferro Ferritina Zinco Álcool desidrogenase Cálcio Calmodulina Molibdênio Dinitrogenase Cobre Plastocianina Calmodulina Hemoglobina Quanto ao número de cadeias polipeptídicas Monoméricas:Formadas por apenas uma cadeia polipeptídica. Oligoméricas - Formadas por mais de uma cadeia polipeptídica; São as proteínas de estrutura e função mais complexas. C L A S S I F I C A Ç Ã O N-terminal Mioglobina C-terminal C-terminal N-terminal Hemoglobina Quanto à forma Proteínas Fibrosas • Geralmente insolúveis nos solventes aquosos; • Elevados pesos moleculares • Formadas geralmente por longas moléculas mais ou menos retilíneas e paralelas ao eixo da fibra, compartilhando estrutura secundária comum; • Função estrutural: suporte, forma e proteção externa. Colágeno Queratina C L A S S I F I C A Ç Ã O Quanto à forma Proteínas Globulares • Estrutura espacial mais complexa, com vários segmentos de estrutura secundária; • Geralmente solúveis nos solventes aquosos; • Pesos moleculares são bem variados; • Cadeias enoveladas em forma esférica ou globular; • Funções metabólicas: enzimática, hormonal, de defesa, de transporte, e outras. Hemoglobina Tripsina C L A S S I F I C A Ç Ã O Estrutura das Proteínas Ligação peptídica Ligação amida entre um grupo α-amino de um aminoácido e um grupo α-carboxíla de outro aminoácido, com eliminação de água na sua formação. Rígida e planar: Limita o numero de conformações da cadeia polipeptídica. E S T R U T U R A carboxi- terminal Ligação Peptídica amino- terminal O – carga parcialmente negativa N – carga parcialmente positiva Gera um pequeno dipolo elétrico Carbono Hidrogênio Oxigênio Nitrogênio Grupo R Estrutura Tridimensional das Proteínas É a conformação assumida pela molécula protéica (Conformação nativa). Conformação: É o arranjo espacial dos átomos (alterações não envolvem quebra de ligações). Estrutura Tridimensional: 1) É determinada pela sequência de aminoácidos; 2) É determinante da função da proteína; 3) É única (ou quase) para cada proteína; 4) As forças estabilizantes são interações não-covalentes; 5) Várias estruturas definidas podem ser identificadas no seu interior. Resíduos de aminoácidos α-hélice (folha β) Cadeia polipeptídica Subunidades montadas Estrutura primária Estrutura secundária Estrutura terciária Estrutura quaternária Níveis Estruturais em Proteínas Conformação: arranjo espacial dos átomos de uma proteína; A conformação existente sob um determinado conjunto de condições é a termodinamicamente mais estável, tendo menor energia livre de Gibbs (G) – proteínas nativas; Estrutura Primária N Í V E I S E S T R U T U R A I S Resíduo Amino- terminal Resíduo Carboxi- terminal Esqueleto covalente da molécula(ligações covalentes que acontecem entre aminoácidos e outras ligações covalentes inter e intracadeias). • A sequência de aminoácidos de uma proteína está fortemente ligada a sua função; • Proteínas polimórficas: a sequência de aminoácidos pode variar de 20-30%, mantendo-se a função. Estrutura Primária N Í V E I S E S T R U T U R A I S Estrutura Secundária São os padrões locais de dobramento da estrutura protéica, sendo os mais comuns a alfa-hélice e a folha- beta. Ocorre em função dos ângulos formados pelas ligações peptídicas que ligam os aminoácidos e de outras interações entre esses resíduos. N Í V E I S E S T R U T U R A I S Estrutura Secundária α- Hélice Folha-β N Í V E I S E S T R U T U R A I S Estrutura Secundária Estabilizada por ligações de H entre aminoácidos próximos: Cα–N-H----O=C- Cα i i + 3 N Í V E I S E S T R U T U R A I S • Difração de raios-X das α-queratinas; • Esqueleto polipeptídico enrolado ao longo do maior eixo da molécula; • Radicais dos aminoácidos projetam-se para fora da hélice; α-Hélice • Um passo da hélice (unidade repetitiva) cerca de 0,56 nm;• Cada passo da hélice: 3,6 resíduos de aminoácidos; • Formas mais comuns da hélice: orientação para direita; Estrutura Secundária α-hélice N Í V E I S E S T R U T U R A I S Estrutura Secundária : α -hélice A seqüência de aminoácidos afeta a estabilidade da α-hélice: Interações entre cadeias laterais de aminoácidos podem estabilizar ou desestabilizar a estrutura 1. Repulsão/atração eletrostática dos grupos R; 2. Volume dos grupos R adjacentes; 3. Interações entre as cadeias laterais de aa espaçados entre si por três ou quatro resíduos; 4. Ocorrência dos resíduos Gly ou Pro; 5. Interação entre os resíduos de aminoácidos nas extremidades do seguimento helicoidal e o dipolo elétrico inerente a uma α-hélice; Grupo R N Í V E I S E S T R U T U R A I S Estrutura Secundária α-Hélice Algumas sequências de aminoácidos desfavorecem a formação de α-Hélice: • Resíduos de Glu, Lys e/ou Arg adjacentes, a pH 7,0; • Resíduos de Asn, Ser, Thr e Leu muito próximos; • Aminoácidos com grupos iônicos aparecem afastados 3 ou 4 resíduos na hélice: fazem interação intracadeia; • Resíduos de Prolina (não tem H livre ligado ao N). N Í V E I S E S T R U T U R A I S Estrutura Secundária α -hélice N Í V E I S E S T R U T U R A I S Estrutura Secundária α -hélice Subunidade β - Hemoglobina N Í V E I S E S T R U T U R A I S Estrutura Secundária Folha – β • Esqueleto polipeptídico está estendido em zique- zague; • Arranjos lado a lado das cadeias formam estruturas semelhantes a dobras = folhas β (pregueada) • Estabilizada por ligações de H pela Cα–C=O e H–N– Cα da cadeia principal de aminoácidos distantes na seqüência primária. Estrutura folha-β estendida N Í V E I S E S T R U T U R A I S Estrutura Secundária: Folha – β • Radicais dos aminoácidos adjacentes projetam-se em direções opostas= padrão alternado se visto lateralmente; •Ligações de hidrogênio entre resíduos de aminoácidos podem ser formadas intra- ou inter-cadeias; •Distância entre os carbonos alfa é de 3,5Ǻ; • Grupos R adjacentes podem interferir com interações entre 2 folhas β adjacentes; • Cadeias adjacentes podem ser: Paralelas Antiparalelas N Í V E I S E S T R U T U R A I S Estrutura Secundária Folha β antiparalela N Í V E I S E S T R U T U R A I S Estrutura Secundária Folha β paralela N Í V E I S E S T R U T U R A I S Estrutura Secundária Folha β paralela x antiparalela N Í V E I S E S T R U T U R A I S Ligações de H não lineares: menos estáveis Ligações de H lineares: mais estáveis Estrutura Secundária Voltas ou Loops Conectam os segmentos de Hélices Alfa e Folhas beta; Mudam a direção da cadeia; Curvas β, loop β, ou torção β Estabilizada por ligações de H entre aminoácidos próximos: Cα–N-H----O=C- Cα i i + 3 N Í V E I S E S T R U T U R A I S Estrutura Secundária Torção β ou Curva β •Próximas à superfície das moléculas, sendo comuns em folhas β antiparalelas •Ocorrência de Gli e Pro N Í V E I S E S T R U T U R A I S Estrutura Secundária Probabilidade relativa de um determinado resíduo de aa ocorrer nos três tipos mais comuns de estrutura secundária. α-Hélice Folha-β Curva-β N Í V E I S E S T R U T U R A I S Estrutura Terciária É a conformação espacial da proteína, como um todo. Estabilizada por interações não-covalentes entre as cadeias laterais e pontes dissufeto. Ferritina: armazenamento de ferro N Í V E I S E S T R U T U R A I S Estrutura Terciária Interações que estabilizam a estrutura terciária N Í V E I S E S T R U T U R A I S + var der Waals + dipolo/dipolo Estrutura Terciária Relação: Estrutura x Função Ausência de estrutura nativa pode levar a ausência de função. N Í V E I S E S T R U T U R A I S Proteínas Fibrosas Redução Oxidação Ondulação permanente e a Engenharia Bioquímica Ondulação α- Queratina dos Cabelos N Í V E I S E S T R U T U R A I S -Estrutura secundária: α-Hélice orientada para direita -Superenovelamento-Estrutura quaternária: Super hélice orientada para esquerda -Rico em aminoácidos hidrofóbicos: Ala, Val, Leu, Ile, Met e Phe Colágeno N Í V E I S E S T R U T U R A I S Proteínas Fibrosas a e b: Hélice orientada para esquerda c e d: Tríplice hélice do colágeno (orientada para direita) -Composição: 35% Gly; 11% Ala, 21% Pro e HyPro Gly-X-Pro ou Gly-X-HyPro Estrutura das Fibras do Colágeno: Ligações cruzadas Fibroína da Seda N Í V E I S E S T R U T U R A I S Proteínas Fibrosas Proteínas Globulares A Estrutura Terciária da Mioglobina e o Grupo HEME N Í V E I S E S T R U T U R A I S Citocromo c Lisozima Ribonuclease N Í V E I S E S T R U T U R A I S Proteínas Globulares Estrutura Supersecundária ou Motivo Estrutural Combinações entre diferentes arranjos de estrutura secundária que se repetem no enovelamento das cadeias protéicas. Formam domínios característicos de famílias de proteínas. N Í V E I S E S T R U T U R A I S N Í V E I S E S T R U T U R A I S N Í V E I S E S T R U T U R A I S N Í V E I S E S T R U T U R A I S N Í V E I S E S T R U T U R A I S Domínio Estrutural da Proteína Trombina c Domínio N Í V E I S E S T R U T U R A I S Unidade estrutural distinta no interior de uma cadeia polipeptídica maior; com 40 a 400 resíduos de aminoácidos; Vários domínios podem estar presentes em uma única cadeia polipeptídica, com funções distintas; Formados por associações de motivos e de estruturas secundárias adicionais; Estrutura Quaternária Certas proteínas, tal como a hemoglobina, são compostas por mais de uma unidade polipeptídica, a conformação espacial destas cadeias, juntas, é que determina a estrutura quaternária. Apresenta os mesmo tipos de interações que a estrutura terciária. Estrutura Quaternária N Í V E I S E S T R U T U R A I S Estrutura Quaternária Hemoglobina N Í V E I S E S T R U T U R A I S •Eritrócitos: transporte e armazenamento de O2; •Quatro cadeias polipeptídicas e quatro grupos Heme (ferro-porfírínico), um em cada subunidade: Duas cadeias α e duas cadeias β, ambas as cadeias com vários segmentos em α-hélice, separadas por estruturas em curva. Complexos Supramoleculares Protéicos Capsídeo Viral N Í V E I S E S T R U T U R A I S Desnaturação e Renaturação da Ribonuclease N Í V E I S E S T R U T U R A I S
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