Proteínas estrutura e função

Prévia do material em texto

Estrutura e Função de 
Proteínas
Proteínas
• São as macromoléculas mais abundantes, fazendo parte 
da estrutura de todas as células.
• São instrumentos moleculares da informação gênica.
DNA RNA Proteína
• Apresentam uma variedade enorme, e 
desempenham diferentes funções biológicas.
Funções de Proteínas
• Estrutura (colágeno, queratina);
• Transporte (hemoglobina, albumina);
• Defesa (Imunoglobulinas);
• Sinalização (receptores de hormônios);
• Catálise enzimática (enzimas hepáticas);
• Movimento (contração muscular);
• Combustíveis (gliconeogênese).
Aminoácidos
• São as unidades 
monoméricas das 
proteínas 
Todos os aminoácidos possuem 
um grupo carboxil, um grupo 
amino, um Hidrogênio e um 
Grupamento Lateral ligados a 
um Carbono α (α-aminoácidos)
Classificação dos aminoácidos pelo 
grupamento R
Identificação dos carbonos nos 
aminoácidos
Propriedades gerais dos 
aminoácidos
• Em pH neutro os aminoácidos são dipolares, ou 
“zwitterions”:
grupo amino protonado – NH3+ (íon amônio)
grupo carboxil desprotonado – COO- (íon carboxilato)
pK=2 pK=9-10
Estereoisomeria nos aminoácidos
Exceção: 
Aminoácidos 
Proteinogênicos
Aas não-proteinogênicos
Peptídeos
-O aspartame é um dipeptídeo metilado sintético.
Ligação Peptídica
Cadeia Polipeptídica
Determinação da sequência de 
aminoácidos de uma proteína
DNA (genes)
RNA mensageiro
Proteína
Tradução
Transcrição
Aspectos gerais da estrutura 
protéica
Conformação: denominação dada ao arranjo espacial dos átomos de uma 
proteína, uma proteína pode ter sua conformação alterada
Proteínas nativas: em qualquer conformação
 Sequencia de AA  estrutura tridimensional
 Estrutura função proteica
Estrutura de Proteína
• A sequência de aminoácidos em
uma proteína é chamada estrutura
primária.
• A estrutura primária de uma proteína determina como ela se dobra em uma 
estrutura tridimensional característica e também determina sua função
• Um humano produz entre 50.00 e 100.000 proteínas
• Cada proteína com sua função tridimensional específica
• Doenças genéticas resultam de proteínas defeituosas
• 20-30 % das proteínas são polimórficas
• Regiões críticas para a função devem ter sequencia invariável e essa 
sequencia varia de proteína para proteína
Anemia falciforme
Cadeia b
Proteínas homólogas
• Proteínas relacionadas evolutivamente
• Mesma função em diferentes espécies
• Resíduos invariantes
• Resíduos variantes
• Substituições conservadoras (Arg  Lys)
Citocromo C
• Cadeia A idêntica em humanos, suínos e 
coelhos, bovinos
Estrutura secundária
• Arranjo espacial local dos aminoácidos 
dentro de uma cadeia polipeptídica.
α-hélice Folhas β Curvaturas β
α- hélice
¼ dos resíduos de AA 
em peptideos
 Grande bloco de Glu  não pode formar alfa 
hélice em pH 7
 Lys e Arg (carregadas positivamente ) em pH 7
 Asn, Ser, Thr, Cys muitos próximos da cadeia 
desestabilizam
 Pro e Gly não forma alfa
AA positivo 
desestabiliza a porção 
aminoterminal e vice 
versa
Esquerda: ainda não 
foram observadas
Folhas β
Grupo R em direção oposta
Curvaturas β
Conexões 
entre cadeias 
polipeptídicas
Residuos de 
Gly e Pro são 
frequentes
Importante!
• A estrutura tridimensional de uma proteína é 
determinada por sua sequência de AA
• A função de uma proteína depende de sua estrutura
• Proteína isolada tem uma estrutura singular ou 
quase
• As interações covalentes são as forças mais 
importantes que estabilizam a estrutura específica 
mantida por uma proteína
• Entre a grande quantidade de proteínas há alguns 
padrões estruturais comuns que ajudam a 
compreender a arquitetura proteica
Estrutura Terciária
• É o arranjo tridimensional total dos 
aminoácidos na cadeia polipeptídica.
• Polipeptídios 
dobram sobre si 
mesmo, 
adquirindo uma 
configuração 
espacial 
tridimensional.
• Conexão entre 
AA distantes
Estrutura Quaternária
• Algumas proteínas são 
formadas por mais de uma 
cadeia polipeptídica, ou 
subunidades, que podem ser 
idênticas ou diferentes. O 
arranjo das subunidades de 
uma proteína em complexos 
tridimensionais constitui a 
estrutura quaternária.
Proteínas fibrosas: 
possuem cadeias 
polipeptídicas em forma 
arranjo de folhas ou 
feixes
 único tipo de 
estrutura secundária 
(alfa hélice ou beta)
 Fornecem suporte, 
formas e proteção 
externa
 Alfa queratina, 
colágeno e fibroína da 
seda
Classificação:
Globulares: possuem 
cadeias enoveladas na 
forma de esfera ou 
globulares
Diversos tipos de 
estrutura secundárias
Enzimas e proteínas 
regulares
Dobramento Protéico
Estrutura  função
Resistência, flexibilidade
Repetimento da estrutura secundária
Insolúveis em água
Alta concentração de AA hidrofóbicos
Proteínas Fibrosas
α Queratina
 Evolução no sentido da resistência
 Quase todo o peso seco do cabelo, lã , unhas, garras, 
espinhos, chifres, cascos, a maior parte da camada externa 
da pele
 Proteína de filamento intermediário (FI)
 Hélice orientada para direita 
 Superenovelda= esquerda
AA: Ala, Val, Leu, Ile, 
Met e Phe
Superenovelamento: 
cordas
Ligações covalentes, 
pontes de disssulfeto: 
aumentam resistência
Colágeno
 Tecidos conjuntivos, tendões, cartilagens, na matriz orgânica de 
ossos e na córnea dos olhos
 35 % Gly, 11 % Ala, 21 % de Pro (HyPro)
 Gly: junções extremamente estreitas, importante para hélice
 Pro garante enovelamento
 Variantes em mamíferos Resistência mecânica
para esquerda
para direita
Cadeias alfa
Colágeno
Gelatina: produto alimentar derivado do Colágeno
Possui valor nutricional pequeno
Colágeno pobre em AA essenciais para dieta
Bioquímica do permanente
e da chapinha!
• Fibroína da seda
• Proteína da seda
• Cadeias na conformação beta
• Estrutura estabilizada por ligações H
• Diferentes segmentos de uma cadeia polipeptídica 
(múltiplas) enovelam-se uns sobre os outros
• Forma compacta
• Enovelamento  diversidade estrutural  funções 
diferentes
• Enzimas, proteínas transportadoras, proteínas 
motoras, proteínas regulatórias, imunoglobulinas, 
Proteínas globulares
Hidrofóbicos
Polares
Carregados
Núcleo 
hidrofóbico 
denso
Mioglobina
Ligantes de O2 nas células musculares
Armazena O2 e facilita a difusão no tecido muscular
153 AA de sequencia conhecida
Heme
• 8 segmentos de alfa hélice, interrompidos por dobras
• Mais longas 23 resíduos de AA
• Mais curta 7
Padrões estruturais das 
proteínas globulares
• Estrutura supersecundárias, motivos, dobras
• Arranjos estáveis de diversos elementos de 
estrutura secundária e das conexões entre 
eles
Domínios
• Peptídeos grandes com muitos AA se dobram 
em duas ou mais unidades globulares
Interações hidrofóbicas
• Interações que contribuem para a estabilidade 
da estrutura
• Ocultam grupo R para excluir da agua
• Requer duas camadas de estrutura secundária
• É a principal força que governa a estrutura de uma 
proteína. Força os aminoácidos apolares para o interior 
da molécula para diminuir o contato com a água.
Interação hidrofóbica
• Não pode se cruzar ou formar nós
• Comum em enzimas
Classes de proteínas:
• Todas alfa
Todas beta
Alfa/beta
Alfa mais beta
• Similaridade de sequências primárias ou entre 
estruturas e função semelhantes mesma 
família
• Globinas 
Similaridade de sequência x 
estrutura
Multímeros
• Oligomeros 
• Protômeros
Limitesde uma proteína
• Depende do DNA e exatidão de processos de 
síntese
• A maioria das proteínas com PM > 100.000 
possui múltiplas subunidades idênticas ou não
• Mais eficiente fazer várias cópias de um 
polipeptídeo pequeno que uma proteína muito 
grande
• Frequência d erros: 1 a cada 10000 resíduos
• Se a proteína for muito grande, a 
probabilidade de erro aumenta
Desnaturação
• Alteração drástica na estrutura tridimensional nativa 
de uma proteína levando a alterações nas 
propriedades físico-químicas e perda de função 
biológica.
• Pode ser causada por calor (Lig H), pH (ácidos ou 
bases fortes), solventes orgânicos miscíveis em água 
(álcool, acetona), etc.
Desnaturação pelo calor
Clara ► Albumina
Albumina desnaturada
Calor
Desnaturação por alteração do pH
Caseína desnaturada
Coalho
Renaturação da Ribonuclease 
desenovelada e desnaturada
• Muitos hormônios, antibióticos, antitumorais e antivirais 
são peptídios.
Devem ser estocados em baixas temperaturas e não 
devem ser ingeridos com alimentos ácidos ou básicos.
Cargas na superfície da RNA pol 
II
Negativo em vermelho
Neutro em branco
Positivo em azul
Se o DNA é uma molécula 
negativa, onde na RNA 
polimerase o DNA vai ligar?
Cramer et al., 2001
Interações químicas x Estrutura
Interações diversas (eletrostática e coordenação por
metais em A e B, respectivamente).
A
B
Dobramento Protéico
Clara ► Albumina
Albumina desnaturada
Calor
Dobramento Protéico
Chaperonas x dobramento protéico
Hsp70
As PrPs estão classificadas em dois grupos, de acordo 
com sua conformação.
PrPc – forma celular da proteína prion normal (fig. a).
PrPsc – forma scrapie com conformação diferente da 
proteína celular (fig. b).
A proteína infecciosa é capaz de mudar a forma da 
proteína celular irreversivelmente.
Doença da vaca louca - Príon
Chaperonas x dobramento protéico
Chaperoninas (Hsp60)