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Disciplina Bioquímica Geral 1º) Definição e tipos de aminoácidos; 2º) Conceito de peptídeo; 3º) Definição de proteína; 4º) Níveis estruturais das proteínas; Parte 1: aminoácidos As proteínas são as macromoléculas mais abundantes nos seres vivos!!! • Enzimas (inúmeras – catalisam as reações químicas celulares) e hormônios polipeptídicos (insulina e glucagon – controle dos níveis sanguíneos de glicose) que controlam e regulam o metabolismo corporal; • Proteínas contráteis permitem a realização dos movimentos (actina e miosina - músculo esquelético); • Proteínas estruturais (colágeno – cartilagens e tendões; queratina – cabelo, unhas e penas; elastina – ligamentos; fibroína – fibras da seda e da teia da aranha); • Proteínas transportadoras (hemoglobina - transporte de oxigênio); • Proteínas de defesa (imunoglobulinas – combatem bactérias e vírus). etc............. As proteínas são as macromoléculas com maior diversidade de funções nos seres vivos!!! Como as proteínas são formadas? As proteínas são o instrumento pelo qual a informação genética é expressa. TODAS as proteínas, sejam as proteínas das mais antigas cepas de bactérias ou das mais complexas formas de vida, são constituídas a partir do mesmo conjunto de apenas 20 aminoácidos; As proteínas são polímeros de aminoácidos, com cada resíduo de aminoácido unido ao seu vizinho por um tipo específico de ligação covalente → LIGAÇÕES PEPTÍDICAS! Todas as proteínas têm em comum a característica estrutural: são polímeros lineares de aminoácidos! 2 0 a m in o á c id o s c o n st it u in te s d a s p ro te ín a s • Aos aminoácidos comuns das proteínas foram atribuídas abreviações de três letras ou apenas uma! • De forma geral, as duas formas básicas de se obter aminoácidos são através da ingestão via alimentação ou a síntese dentro das próprias células; • Geralmente os organismos NÃO são capazes de sintetizar todos os 20 tipos de aminoácidos que constituem as proteínas. Os aminoácidos ESSENCIAIS são aqueles que o organismo NÃO é capaz de sintetizar, ou seja, eles devem ser obtidos através da alimentação!!! um grupo amino ( + básico) um grupo carboxila (- ácido) Afinal, o que são aminoácidos? • TODOS os aminoácidos comuns são α-aminoácidos; • TODOS eles possuem um hidrogênio, um grupo carboxila, um grupo amina e um grupo “R” (substituintes) ligados ao mesmo átomo de carbono (o carbono α); • Em pH fisiológico (aproximadamente 7,4), o grupo carboxila encontra- se dissociado, formando o íon carboxilato, carregado negativamente (- COO-), e o grupo amino encontra-se protonado (-NH3 +). AMINOÁCIDO O carbono α de cada aminoácido está ligado a quatro grupos diferentes e, portanto, é um átomo de carbono quiral (centro quiral). • EXCEÇÃO: o aminoácido GLICINA (aminoácido mais simples) pois seu carbono α apresenta dois átomos de hidrogênio como substituintes e, assim, é opticamente INATIVA. • Os aminoácidos diferem um dos outros nas suas cadeias laterais, ou grupos “R”, que variam em estrutura, tamanho e carga elétrica → polaridade → influência na solubilidade dos aminoácidos em água; • Podemos classificá-los de acordo com as propriedades de suas cadeias laterais: 1) Aminoácidos com cadeias laterais APOLARES, alifáticos; 2) Aminoácidos com cadeias laterais POLARES, mas desprovidas de carga elétrica: 3) Aminoácidos com cadeias laterais ÁCIDAS; 4) Aminoácidos com cadeias laterais BÁSICAS; 1) Aminoácidos com cadeias laterais APOLARES (hidrofóbicos) • Cada um desses aminoácidos possui uma cadeia lateral apolar, que é incapaz de receber ou doar prótons, de participar em ligações iônicas ou formar pontes de hidrogênio. Promovem interações hidrofóbicas. ***PROLINA: • A cadeia lateral da prolina e seu N α-imínico forma uma estrutura rígida em anel, com 5 átomos, de modo que esse aminoácido difere dos demais; •A prolina, portanto, apresenta um grupo amino secundário, e não primário, sendo frequentemente denominada de iminoácido. 2) Aminoácidos com cadeias laterais POLARES, mas desprovidas de carga elétrica • Cada um dos aminoácidos serina e treonina contém um grupo hidroxila polar que pode participar da formação de pontes de hidrogênio; • Cada cadeia lateral da asparagina e da glutamina contém um grupo carbonila e um grupo amida, que podem também participar de pontes de hidrogênio. •A cisteína através do grupo SH também pode fazer pontes de hidrogênio. ***Cisteína: • A cadeia lateral da cisteína contém um grupo sulfidrila (-SH), componente importante do sítio ativo de muitas enzimas; ***Nas proteínas, os grupos –SH de duas cisteínas podem ser facilmente oxidados e formar um dímero, a CISTINA, que contém uma ligação cruzada covalente denominada PONTE DISSULFETO. Os resíduos unidos pelo dissulfeto são fortemente hidrofóbicos! • As pontes dissulfeto desempenham papel essencial nas estruturas de muitas proteínas formando elos covalentes entre partes de uma cadeia de proteína (INTRACADEIA) ou entre duas cadeias polipeptídicas diferentes (INTERCADEIA). Intracadeia Intracadeia Intercadeia 3) Aminoácidos com cadeias laterais ÁCIDAS • Os aminoácidos ácido aspártico e ácido glutâmico são DOADORES de prótons. Em pH fisiológico, as cadeias laterais desses aminoácidos estão completamente ionizadas, com um grupo carboxilato carregado negativamente (-COO-) → possuem em grupo carboxila adicional; • Esses aminoácidos são, portanto, denominados aspartato e glutamato, para enfatizar o fato de estarem carregados negativamente em pH fisiológico. 4) Aminoácidos com cadeias laterais BÁSICAS • As cadeias laterais dos aminoácidos básicos são ACEPTORAS de prótons. Em pH fisiológico, as cadeias laterais da lisina e da arginina estão completamente ionizadas, com carga positiva; • Em contraste, a histidina é fracamente básica, e, em geral, o aminoácido livre não apresenta carga elétrica em pH fisiológico. Propriedades dos aminoácidos: ácidos e bases fracas Os grupos amino e carboxila de aminoácidos, em conjunto com os grupos ionizáveis R de alguns aminoácidos, funcionam como ácidos e bases fracos. Propriedades dos aminoácidos: ácidos e bases fracas ANFOTEROS 1) Fornece a medida de pKa para cada um dos grupos ionizáveis da molécula, 2,34 para o grupo ¬COOH e 9,60 para o grupo ¬NH1. Isso vai definir como estará a molécula dependendo do pH da célula. 2) Duas regiões tamponantes. 3) Pode-se observar o ponto isoelétrico = sem carga liquida. Onde o pH acima desse ponto ela terá carga – e abaixo carga +. Albumina tem um pI de 5,9 pKa mede a tendência de liberar o próton!! Dúvidas? Parte 2: Ligações peptídicas PEPTÍDEOS - PROTEÍNAS • Dois aminoácidos são unidos COVALENTEMENTE por meio de uma ligação amida substituída, chamada de LIGAÇÕES PEPTÍDICAS; • Ligação peptídica: o grupo α- carboxila de um aminoácido liga-se ao grupo α-amino de outro ocorrendo a perda de água → REAÇÃO DE CONDENSAÇÃO. •Quando alguns aminoácidos se ligam desse modo, a estrutura é chamada de OLIGOPEPTÍDEO. Quando muitos aminoácidos se ligam, o produto é chamado de POLIPEPTÍDEO. CARACTERÍSTICAS DA LIGAÇÃO PEPTÍDICA: • A ligação peptídica tem um caráter de dupla ligação parcial, ou seja, é mais curta do que uma ligação simples, além de RÍGIDA e PLANAR; • Isso impede a rotação livre da ligação entre o carbono da carbonila e o nitrogênio da ligação peptídica; • Entretanto, as ligações entre os carbonos α e os grupos α-amino e α-carboxila podem rotar livremente (embora sejam limitadas pelotamanho e caráter dos grupos R); • Isso permite que a cadeia polipeptídica assuma uma variedade de configurações possíveis. • Moléculas consistindo de aminoácidos unidos por ligações peptídicas são denominados PEPTÍDEOS. ***Oligopeptídeo: contém poucos aminoácidos ***Polipeptídeos: contém muitos aminoácidos → PROTEÍNAS são polipeptídeos muito grandes (peso molecular acima de 10.000)!!! NOMENCLATURA DE UM PEPTÍDEO: Por, convenção, a extremidade amino livre da cadeia peptídica (N-terminal) é escrita à esquerda, e a extremidade carboxila (C-terminal), à direita. Dessa forma, todas as sequências de aminoácidos são lidas da extremidade N para a C-terminal do peptídeo. Parte 3: Proteínas PROTEÍNAS • As proteínas são classificadas em 4 níveis estruturais: PROTEÍNAS • Estrutura PRIMÁRIA: é uma descrição de todas as ligações covalentes (principalmente ligações peptídicas e pontes dissulfeto) unindo resíduos de aminoácidos em uma cadeia polipeptídica. É a sequência de resíduos de aminoácidos. PROTEÍNAS • Estrutura SECUNDÁRIA: refere-se a arranjos particularmente estáveis de resíduos de aminoácidos próximos dando origem a padrões estruturais recorrentes. PROTEÍNAS • Estrutura TERCIÁRIA: descreve todos os aspectos do enovelamento tridimensional de um polipeptídeo. PROTEÍNAS • Estrutura QUATERNÁRIA: é o arranjo no espaço de uma proteína que possui duas ou mais subunidades polipeptídicas. • A estrutura primária é a sequência linear dos aminoácidos em uma proteína – ligados COVALENTEMENTE!!! Estrutura primária • A estrutura primária contém a informação necessária para formar uma molécula protéica com estrutura tridimensional única: FUNÇÃO ESPECÍFICA!!! • Muitas doenças genéticas resultam em proteínas com sequências anormais de aminoácidos, ocasionando organização irregular, com perda ou prejuízo da função normal. Ex.: Anemia falciforme (humanos). • Em primeiro lugar, como já observado, as proteínas com funções diferentes sempre possuem sequências de aminoácidos diferentes. Estrutura primária Quão longas são as cadeias polipeptídicas? • Os comprimentos variam consideravelmente. Ex.: O citocromo c humano possui 104 resíduos de aminoácidos ligados em uma única cadeia; No extremo está a titina (constituinte do músculo de vertebrado) que tem aproximadamente 27.000 aminoácidos. • A grande maioria das proteínas de ocorrência natural é muito menor que isso, contendo menos que 2.000 resíduos de aminoácidos. • Os 20 aminoácidos comuns quase nunca ocorrem em quantidades iguais em uma proteína. • Alguns aminoácidos podem ocorrer apenas uma vez ou mesmo nenhuma em certo tipo de proteína; outros podem ocorrer em grandes quantidades. Algumas proteínas contêm outros grupos químicos além dos aminoácidos! • Proteínas SIMPLES: contêm apenas resíduos de aminoácidos e nenhum outro constituinte químico. Ex: ribonulease A. • Proteínas CONJUGADAS: contêm permanentemente associados outros componentes químicos além dos aminoácidos. A parte não-aminoácido de uma proteína conjugada é o seu GRUPO PROSTÉTICO. • As proteínas conjugadas são classificadas com base na natureza química dos seus grupos prostéticos!!! Vamos ampliar nossa visão a respeito das proteínas!!! Sequência de aminoácidos → Estrutura tridimensional • O arranjo espacial dos átomos em uma proteínas é chamado de CONFORMAÇÃO. As conformações possíveis de uma proteína incluem qualquer estado estrutural que possa ser alcançado SEM QUEBRAR LIGAÇÕES COVALENTES (rotação sobre ligações simples); • As conformações existentes sob um certo conjunto de condições são usualmente aquelas termodinamicamente mais estáveis; • Proteínas em qualquer das suas conformações funcionais são chamadas de PROTEÍNAS NATIVAS; • No contexto da estrutura protéica, o termo estabilidade pode ser definido como a tendência a manter uma conformação nativa; • Uma certa cadeia polipeptídica pode teoricamente assumir incontáveis conformações diferentes. • O estado desenovelado de uma proteína é caracterizado por um alto grau de entropia da conformação → tendência a manter o estado desenovelado! • As interações que se contrapõem a esses efeitos e estabilizam a conformação nativa incluem as pontes dissulfeto e as interações fracas (pontes de hidrogênio, interações iônicas e interações hidrofóbicas). • Em geral, a conformação protéica mais estável é aquela com número máximo de interações fracas!!!!!! A liberação da estrutura da água quando a interação intramolecular é formada fornece uma força impulsionadora entrópica para o enovelamento!!!! Duvidas Estrutura secundária • O termo estrutura secundária se refere a qualquer segmento de uma cadeia polipeptídica e descreve o arranjo espacial de seus átomos na cadeia principal, sem considerar a posição de suas cadeias laterais ou sua relação com outros segmentos. • A α-hélice e a folha β são exemplos de estruturas secundárias frequentemente encontradas em proteínas. α-hélice • É o arranjo mais simples que a cadeia polipeptídica poderia assumir com suas ligações peptídicas rígidas, mas com outras ligações simples livres para rodar; • Na α-hélice, o esqueleto polipeptídico está fortemente enovelado ao redor de um eixo imaginário desenhado longitudinalmente no meio da hélice, e os grupos R dos resíduos de aminoácidos projetam-se para fora do esqueleto helicoidal; • Cada volta helicoidal contém 3,6 aminoácidos. Assim, os resíduos de aminoácidos separados por 3 ou 4 resíduos na sequência primária estão espacialmente próximos, quando dobrados em α- hélice. • A resposta é, em parte, que uma α-hélice faz uso máximo de pontes de hidrogênio internas; • A estrutura é estabilizada por uma ponte de hidrogênio entre o átomo de hidrogênio ligado ao átomo de N de uma ligação peptídica e o átomo de “O” eletronegativo da carbonila do quarto aminoácido daquela ligação peptídica; • As pontes de hidrogênio estendem-se de forma PARALELA à espiral; • Todas as pontes de hidrogênio combinadas dão à estrutura helicoidal considerável estabilidade. Por que a α-hélice se forma mais facilmente que muitas outras conformações possíveis? As pontes de hidrogênio estendem-se de forma PARALELA à espiral Os grupos R dos resíduos de aminoácidos projetam-se para fora A sequência de aminoácidos afeta a estabilidade de α-hélice: principalmente a interferência dos grupos R (1) Repulsão eletrostática (ou atração) entre resíduos de aminoácidos sucessivos com grupos R carregados: Um grande número de aminoácidos carregados (por exemplo, GLUTAMATO ou ASPARTATO – negativos – e, LISINA ou ARGININA - positivos) desestabiliza a α-hélice pela formação de ligações iônicas ou por repulsão eletrostática entre um e outro; (2) Volume de grupos R adjacentes: os aminoácidos com cadeias laterais volumosas, como o TRIPTOFANO, podem interferir com a formação de uma α-hélice se estiverem em grande número. (3) Ocorrência de resíduos de Pro e Gly: A PROLINA quebra α-hélice, pois o átomo de N é parte de um anel rígido, e a rotação sobre a ligação N-Cα são é possível. Assim, ela insere uma dobra na cadeia – uma torção - que interrompe a suave estrutura helicoidal; A GLICINA ocorre infrequentemente nas α-hélices porque possui MAIOR flexibilidade de conformação que os outros resíduos de aminoácidos. Polímeros de glicina tendem a formar estruturas espiraladas bem diferentes de uma α-hélice. (4) Interações entre os grupos R espaçando 3 ou 4 resíduos entre si: Aminoácidos carregados positivamente são frequentemente encontrados separados a cada 3-4 resíduos de aminoácidos carregados negativamente, permitindo a formaçãode um par iônico. (5) Interações entre resíduos de aminoácidos nas extremidades do segmento helicoidal e o dipolo elétrico inerente a uma α-hélice: Aminoácidos carregados negativamente são frequentemente encontrados próximos do terminal amino (+) do segmento helicoidal; o oposto é verdadeiro na extremidade carboxila (-). Folhas β • A folha β é outra forma de estrutura secundária, na qual TODOS os componentes da ligação peptídica estão envolvidos com pontes de hidrogênio; • Na conformação β, o esqueleto da cadeia polipeptídica é estendido em ziguezague em vez de estrutura helicoidal; • As superfícies das folhas β apresentam uma aparência “pregueada” e, portanto, essas estruturas são frequentemente denominadas “folhas β pregueadas”; • Os grupos R de aminoácidos adjacentes projetam-se da estrutura em ziguezague em direções opostas; • Ao contrário da α-hélice em que o esqueleto polipeptídico está fortemente ENOVELADO, as folhas β são compostas de duas ou mais cadeias polipeptídicas (fitas β) ou segmentos de cadeias polipeptídicas, que se apresentam quase totalmente estendidos; • Ao contrário da α-hélice em que as pontes de hidrogênio estendem-se de forma PARALELA à espiral, nas folhas β as pontes de hidrogênio são PERPENDICULARES ao esqueleto polipeptídico. Algumas estruturas protéicas limitam as espécies de aminoácidos que podem ocorrer em uma folha β: • Quando duas ou mais folhas β são assentadas juntas dentro de uma proteína, os grupos R dos resíduos dos aminoácidos nas superfícies que se tocam devem ser relativamente PEQUENOS; • As β-queratinas como a fibroína da seda e a fibroína das teias das aranhas possuem um conteúdo muito alto de resíduos de GLICINA e ALANINA, os dois aminoácidos com os grupos R menores. FOLHAS β PARALELAS E ANTIPARALELAS • Uma folha β pode ser formada por duas ou mais cadeias polipeptídicas ou por segmentos de cadeias polipeptídicas, dispostos de forma ANTIPARALELA um ao outro (com extremidades N-terminal e C-terminal das folhas β alternando-se) ou de forma PARALELA (possuindo a mesma orientação amino até carboxila). Estrutura terciária e quaternária • A estrutura terciária é o arranjo tridimensional de todos os átomos em uma proteína. A palavra “terciária” refere-se tanto ao dobramento dos domínios (as unidades básicas de estrutura e função) quanto ao arranjo final dos domínios no polipeptídeo; • Aminoácidos que são muito distantes na sequência primária e que residem em diferentes tipos de estruturas secundárias podem interagir dentro da estrutura de uma proteína completamente enovelada; •Algumas proteínas contêm duas ou mais cadeias polipeptídicas distintas, ou subunidades, que podem ser idênticas ou diferentes. O arranjo destas subunidades proteicas em complexos tridimensionais constitui a estrutura quaternária. Ao considerar níveis superiores de estrutura, é útil classificar as proteínas em dois grupos principais: *** Proteínas FIBROSAS: possuindo cadeias polipeptídicas arranjadas em longas fitas ou folhas; Consistem principalmente de um único tipo de estrutura secundária *** Proteínas GLOBULARES: possuindo cadeias polipeptídicas enoveladas em uma forma esférica ou globular. Frequentemente contêm vários tipos de estruturas secundárias. Proteínas reguladoras Proteínas de sustentação e suporte PROTEÍNAS FIBROSAS 1) α-Queratina • As α-queratinas evoluíram para a RESISTÊNCIA! • Encontradas nos mamíferos, essas proteínas consituem quase todo o peso seco do cabelo, lã, unha, pena, espinhos, chifres, casco e a maior parte da camada externa da pele; • A α-queratina é rica em resíduos HIDROFÓBICOS: Alanina, valina, isoleucina,metionina e fenilalanina; • Nas α-queratinas as ligações cruzadas que estabilizam a estrutura quaternária são PONTES DISSULFETO → Nas α-queratinas mais rígidas, como aquelas dos chifres dos rinoceronte, até 18% dos resíduos são cisteínas envolvidas nas pontes dissulfeto. Insolúvel • Duas fitas de α-queratina, orientadas em paralelo (com o seu terminal amino na mesma extremidade), são embrulhadas uma com a outra para formar uma espiral supertorcida → o entrelaçamento de dois polipeptídeos α-helicoidais é um exemplo de estrutura quaternária → uma super-hélice de sentido de mão esquerda! • A hélice da α-queratina é uma α-hélice de sentido de mão direita, a mesma hélice encontrada em muitas proteínas; 2) Colágeno • Da mesma forma que as α-queratinas, o colágeno evoluiu para fornecer RESISTÊNCIA! • E encontrado no tecido conjuntivo como os tendões, as cartilagens, a matriz orgânica dos ossos e a córnea do olho; • A hélice do colágeno é uma estrutura secundária ÚNICA bem distante da α-hélice. Apresenta o sentido anti- horario e possui três resíduos de aminoácidos por volta; •O colágeno é também uma espiral, mas uma com estruturas terciárias e quaternárias distintas: 3 cadeias polipeptídicas separadas, chamadas de cadeias α são entrelaçadas entre si. O superentrelaçamento é de sentido horario no colágeno. •A sequência de aminoácidos no colágeno é geralmente uma unidade tripeptídica repetitiva, Gly – X – Y, onde X é frequentemente Pro e Y é frequenetemente 4-Hyp (4-hidroxiprolina, um aminoácido incomum). Estrutura rica em em GLICINA! *** Escorbuto • Em caso de deficiência de vitamina C as fibras do colágeno NÃO podem estabelecer ligações cruzadas, diminuindo enormemente a resistência à tensão nas fibras reunidas. • Pacientes com deficiência de vitamina C também apresentam hematomas nos membros, como resultados do extravasamento subcutâneo de sangue (fragilidade capilar). ACEROLA LARANJA • Principais fontes de vitamina C: • O escorbuto causou muitas mortes entre os navegadores dos séculos passados uma vez que não era costumeiro levar frutas para as refeições durante viagens tão longas!!! PROTEÍNAS GLOBULARES • Em uma proteína globular, segmentos diferentes de uma cadeia polipeptídica (ou múltiplas cadeias polipeptídicas) enovelam-se entre si; • O enovelamento também fornece a diversidade estrutural necessária para as proteínas desempenharem um amplo conjunto de funções biológicas; ***As proteínas globulares incluem: - enzimas; - proteínas de transporte; - proteínas motoras; - proteínas reguladoras; - imunoglobulinas, etc... Ex.: Mioglobulina • A mioglobulina é uma proteína de ligação ao oxigênio das células musculares. É uma molécula relativamente pequena. A cadeia polipeptídica é enovelada em três dimensões – a estrutura terciária! • O grupo vermelho circundado pela proteína é o HEME; • O esqueleto da molécula de mioglobina é constituído de 8 segmentos relativamente retos de α-hélices interrompidos por curvaturas, algumas das quais são dobras β; • A molécula de mioglobina é tão compacta que seu interior apresenta apenas 4 moléculas de água nesse ambiente empacotado, as interações fracas fortalecem e reforçam-se entre si. esse núcleo denso hidrofóbico é típico das proteínas globulares. *** As proporções (%) de α-hélice e conformação β variam entre as várias proteínas globulares de cadeia única; • Cada uma destas proteínas possui uma característica única, adaptada para sua função biológica particular, mas juntas compartilham várias propriedades importantes: (a) são enoveladas compactamente; (b) as cadeias de aminoácidos hidrofóbicos estão orientadas para o interior e as cadeias laterais hidrofílicas estão na superfície; (c) as estruturas são estabilizadas por pontes dissulfeto e várias interações não-covalentes (ex.: pontes de hidrogênio e interações iônicas). INTERAÇÕESQUE ESTABILIZAM A ESTRUTURA TERCIÁRIA INTERAÇÕES QUE ESTABILIZAM A ESTRUTURA TERCIÁRIA 1) PONTES DISSULFETO: uma ponte dissulfeto é uma ligação formada pelos grupos sulfidrila (-SH) de dois resíduos de cisteína para produzir um resíduo de cistina. As duas cisteínas podem estar separadas uma da outra por muitos aminoácidos na sequência primária de um polipeptídeo, ou podem até mesmo estar localizadas em duas cadeias polipeptídicas diferentes; o dobramento da (s) cadeia (s) aproxima os resíduos de cisteína e permite a ligação COVALENTE de suas cadeias laterais. • Uma ponte dissulfeto contribui para a estabilidade da conformação tridimensional da molécula protéica e evita que elas se tornem desnaturadas no meio extracelular. Por, exemplo, muitas ligações dissulfeto são encontradas em proteínas como as imunoglobulinas secretas pela célula. 2) INTERAÇÕES HIDROFÓBICAS: (a) Nas proteínas encontradas em soluções aquosas (um ambiente polar), as cadeias laterais apolares dos aminoácidos tendem a agrupar- se no interior da proteína. Desse modo, os grupos R apolares preenchem o interior da proteína à medida que ela se dobra e ajudam a estabelecer sua forma tridimensional. INTERAÇÕES QUE ESTABILIZAM A ESTRUTURA TERCIÁRIA • Em qualquer dos casos, ocorre a segregação energeticamente mais favorável dos grupos R. (b) Nas proteínas localizadas em ambiente hidrofóbico (interior de uma membrana) os grupos R apolares são encontrados na superfície da proteína, interagindo com o ambiente lipídico. INTERAÇÕES QUE ESTABILIZAM A ESTRUTURA TERCIÁRIA 3) PONTES DE HIDROGÊNIO: Cadeias laterais de aminoácidos contendo hidrogênio ligado a oxigênio ou nitrogênio, como os grupos alcoólicos da serina e da treonina, podem formar pontes de hidrogênio com átomos ricos em elétrons, como o oxigênio dos grupos carboxila ou dos grupos carbonila ds ligações peptídicas; • A formação de pontes de hidrogênio entre grupos polares na superfície de uma proteína e o solvente aquoso aumentam a solubilidade da proteína. INTERAÇÕES QUE ESTABILIZAM A ESTRUTURA TERCIÁRIA 4) INTERAÇÕES IÔNICAS: Grupos carregados negativamente, como o grupos carboxila (-COO-) na cadeia lateral do aspartato ou do glutamato, podem interagir com grupos carregados positivamente, como o grupo amino (-NH3 +), na cadeia lateral da lisina. • As estruturas protéicas evoluíram para a função em ambientes celulares particulares. Condições diferentes daquelas na célula podem resultar em grandes ou pequenas alterações estruturais da proteína; • DESNATURAÇÃO PROTÉICA: é a perda da estrutura tridimensional suficiente para causar a perda de função daquela proteína. DESNATURAÇÃO PROTÉICA • A maior parte das proteínas pode ser desnaturada pelo CALOR, que afeta as interações fracas em uma proteína (principalmente as pontes de hidrogênio) de maneira complexa. • Proteínas podem ser desnaturadas não apenas pelo calor, mas também por: *** Extremos de pH: atuam alterando a carga líquida nas proteínas, causando repulsão eletrostática e ruptura de algumas pontes de hidrogênio; *** Certos solventes orgânicos miscíveis como o álcool ou a acetona bem como por certos solutos como a uréia e por detergentes: atuam primariamente rompendo as interações hidrofóbicas que constituem o núcleo estável das proteínas globulares. • Certas proteínas globulares desnaturadas pelo calor, extremos de pH ou reagentes desnaturantes recuperam sua estrutura nativa e a atividade biológica se retornarem às condições onde a conformação nativa é estável. Este processo é chamado de RENATURAÇÃO PROTÉICA. Ex.: enzima ribonuclease. RENATURAÇÃO PROTÉICA Estrutura quaternária • Muitas proteínas consistem de uma única cadeia polipeptídica, sendo definidas como proteínas MONOMÉRICAS. Outras, entretanto, consistem em duas ou mais cadeias polipeptídicas, que podem ser estruturalmente idênticas ou totalmente diferentes → uma proteína com subunidades múltiplas pode ser chamada de MULTÍMERO. As proteínas multiméricas podem formar de duas a centenas de subunidades; • O arranjo dessas subunidades polipeptídicas em complexos tridimensionais é é denominado estrutura QUATERNÁRIA de proteína; • As subunidades são ligadas por interações NÃO-COVALENTES. As subunidades podem funcionar independentemente umas das outras ou podem trabalhar cooperativamente, como no caso da hemoglobina, onde a ligação do oxigênio a uma subunidade do tetrâmero aumenta a afinidade de outras subunidades para o oxigênio. Ex.: Hemoglobina *** A hemoglobina contém 4 cadeias polipeptídicas e 4 grupos heme. A porção protéica, chamada de globina, consiste de 2 cadeias α (cada uma com 141 resíduos) e 2 cadeias β (cada uma com 146 resíduos). → Posso dizer que a hemoglobina possui 4 subunidades peptídicas OU que é um tetrâmero, OU ainda, que é um dímero dos protômeros αβ. Questões 1. O crescente entendimento de como as proteínas se dobram permite que os pesquisadores façam predições sobre a estrutura de uma proteína, com base em dados sobre sua sequência primária de aminoácidos. Considere a seguinte sequência de aminoácidos: (a) Onde devem ocorrer dobras ou voltas b? (b) Onde devem se formar ligações dissulfeto intramoleculares? (c) Assumindo que esta sequência é parte de uma proteína globular maior, indique a localização provável (na superfície externa ou no interior da proteína) dos seguintes resíduos de aminoácido: Asp, Ile, Thr, Ala, Gln, Lys. Explique sua resposta. 2) Cite as funções biológicas das proteínas. 3) Como podem ser classificados os amonioácidos de acordo com as cadeias laterais? 4) Explique os tipos de ligações químicas importantes para a manutenção da estrutura terciaria das proteínas. 5) Desenhe a estrutura química básica de um aminoácido e coloque nomes nas suas estruturas. 6) Diga quais as estruturas das protéinas: 7) Defina desnaturação proteica. E quais os fatores que podem alterar a conformação nativa de uma proteína? 8) Os aminoácidos encontrados nas proteínas são denominados alfa L aminoácidos. Explicar por que são assim denominados. 9) Descreva a curva de titulação de um aminoácido com o grupo lateral não ionizado. 10) Defina ligação peptídica e dizer como ela é formada. 11) O que são proteínas fibrosas e globulares, cite exemplos. 12) De que forma a vitamina C está interligada a molécula de colágeno? Referências bibliográficas: • Campbell, M.K.; Farrell, S.O. (2007). Bioquímica. 5ª Edição, Editora Thomson Learning, São Paulo, 845p. • Champe, P.C.; Harvey, R.A.; Ferrier, D.S. (2009). Bioquímica Ilustrada. 4ª Edição, Editora Artmed, Porto Alegre, 528p. •Nelson, D.L.; Cox, M.M. (2006). Lehninger: Princípios de Bioquímica. 4ª Edição, Editora Sarvier, São Paulo, 1202p.
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