funções de proteínas

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30/05/2012
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Funções não-catalíticas das 
Proteínas
Armazenamento e transporte de O2
Interações imunológicas
Algumas considerações...
• Ligante: molécula/íon que se liga reversivelmente
a uma proteína;
– A reversibilidade é importante para que o organismo
possa responder à mudanças ambientais e metabólicas;
– Um segundo ligante pode interferir na ligação do
primeiro ligante, devido à mudança na estrutura
tridimensional;
Ex: reguladores enzimáticos 
(ativação/inibição)
• As proteínas não são estáticas....
• Flexibilidade: mudanças sutis (respirações) na
conformação das proteínas;
– Devido à vibrações moleculares e pequenos movimentos
de resíduos de aminoácidos (rotação em torno das
ligações simples com o Cα);
– O desempenho da função das proteínas comumente
depende da flexibilidade;
• Ajuste induzido: flexibilização de uma proteína para
ajustar o sítio de ligação ao ligante, proporcionando
maior estabilidade na ligação;
• Em proteínas multiméricas: a mudança de
conformação em uma subunidade afeta a conformação
das outras subunidades;
Transporte e armazenamento de oxigênio: 
importância do grupo prostético heme
• O oxigênio não possui alta solubilidade em soluções
aquosas (ex: plasma sanguíneo);
– A difusão do oxigênio entre os tecidos não ultrapassa distâncias maiores que
alguns milímitros;
• Metais de transição, especialmente o ferro, possui forte
tendência de se ligar ao oxigênio;
• O ferro não pode ficar livre, pois, promove a formação de
espécies de oxigênio altamente reativas;
– O ferro é incorporado em um grupo prostético no interior de proteínas,
chamado de grupo “heme”;
• Mioglobina: armazena oxigênio nos músculos;
• Hemoglobina: transporta oxigênio e gás carbônico
através da corrente sanguínea;
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- O átomo de ferro possui 6 ligações coordenadas, 4 a átomos de N do grupo planar,
e 2 no grupo perpendicular (1 ao N da cadeia lateral de um aminoácido Histidina / 1
ligação aberta, onde pode ligar-se ao O2);
- Os átomos de N coordenados, possuem caráter doador de elétrons, ajudando a
impedir a oxidação do estado ferroso (Fe2+) em estado férrico (Fe3+), o estado
férrico não liga ao oxigênio;
Grupo prostético Heme
* L. coordenadas: tipo de ligação covalente em que o
par de elétrons compartilhado entre dois átomos
provém de apenas um dos átomos.
- Protoporfirina: estrutura orgânica
complexa, em anel;
- A esta estrutura liga-se um único átomo
de ferro, em estado ferroso (Fe2+);
- Cada átomo de N contém uma par de
elétrons livres no centro do anel =>
formação de ligações coordenadas com o
Ferro;
• O monóxido de carbono (CO) é uma molécula pequena
que coordena o ferro do grupo heme com maior
afinidade que o O2;
– CO liga-se a moléculas do heme 20.000 vezes melhor que o
O2, ou seja, sua Kd (constante de dissociação) é 20.000 vezes
menor que para oxigênio;
– Se o CO liga-se ao grupo heme, exclui o sítio de ligação do O2
 asfixia.
• Mas... quando o heme está inserido em uma globina,
esse número diminui drasticamente;
• O que ocasiona esta redução?
– O fato de o grupo heme estar dentro de uma proteína...
• As globinas adquirem uma conformação tal, que favorece a 
ligação com o O2 e desfavorece com o CO;
MIOGLOBINA
HisF8: histidina da hélice F que 
se liga o grupo heme (histidina 
proximal);
HisE7: histidina da hélice E que 
fica a uma pequena distância do 
grupo heme (histidina distal);
Quando o O2 se liga ao ferro há uma 
pequena mudança no ângulo entre a 
estrutura planar e a histidina 
proximal (flexão : respiração)
• O O2 realiza uma ligação angular
com o ferro. Ocorre uma pequena
“flexão” do grupo heme,
possibilitando uma aproximação
do O2 à histidina distal. Resultado:
formação de uma ligação de H
com a His distal (estabiliza);
• O CO tem uma ligação linear com
o ferro, sendo forçado a uma leve
inclinação na formação da ponte
de H, o que enfraquece sua
ligação com o grupo heme;
• Ou seja, a conformação da
proteína atua seletivamente,
favorecendo a ligação com o O2
e desfavorecendo com o CO;
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Hemácias e Hemoglobina
• Os eritrócitos (hemácias) perdem algumas
organelas internas em seu processo de
maturação; O espaço antes ocupado por tais
organelas passa a ser preenchido por
moléculas de hemoglobina;
• Aproximadamente 34% do peso de uma
hemácia é composto por hemoglobina;
• Tempo de vida de uma hemácia: 120 dias;
Conformação estrutural da hemoglobina
• Ocorrem duas principais conformações:
– Estado R (relaxado): maior afinidade ao O2 (oxi-hemoglobina);
– Estado T (tenso): menor afinidade ao O2 (desoxi-hemoglobina);
 No estado T a Hb é estabilizada por um grande nº de pares de iônicos nas interfaces αβ;
 Quando o O2 se liga ao estado T, a conformação da hemoglobina muda para o estado R;
 Alguns pares iônicos são desfeitos e outros são formados promovendo um
deslizamento entre os pares αβ e, uma rotação, estreitando o bolsão (espaço) entre as
subunidades β;
Na mioglobina
Na Hb estado R
Na hemoglobina 
(estado T)
Na conformação T da hemoglobina o Ferro
não se encontra suficientemente próximo à
HisF8 para forma a ligação coordenada
com este aminoácido. Isso só ocorre após a
ligação com o O2 (conformação R) =>
porfirina adquire conformação mais planar
aproximando o Fe da HisF8;
A hemoglobina precisa ter afinidade o suficiente 
para se ligar ao O2 nos alvéolos pulmonares, mas 
essa afinidade não pode ser tão grande a ponto de 
impedir a liberação do O2 nos tecidos...
• Isso em parte é resolvido pela pressão de O2, que nos alvéolos é
bem maior que nos tecidos;
• Outra parte, deve-se à transição entre estado T e R, à medida
em que as moléculas de O2 vão sendo ligadas;
• A ligação do O2 à subunidades individuais da hemoglobina é
capaz de alterar a afinidade de subunidades adjacentes;
– Tal propriedade é chamada de “Alosteria” (a ligação de um ligante a um sítio
afeta as propriedades de ligação em outro sítio na mesma proteína); A primeira
molécula de O2 que interage com a desoxi-Hb (estado T), leva a alterações de
conformação (estado R) que são comunicadas às outras subunidades, tornando
mais fácil a ligação de O2 aos 3 demais grupos heme da hemoglobina;
• Por último, a influência do pH...
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• A hemoglobina também transporta H e CO2, provenientes da
respiração celular (mitocôndrias nas células dos tecidos);
• Ainda nos tecidos, parte do CO2 é hidratado formando
bicarbonato e difunde para o sangue, pois, a forma gasosa é
pouco solúvel em solução aquosa e bolhas poderiam ser
formadas (embolia);
• Esta reação reversível catalisada pela enzima anidrase
carbônica, resulta também na liberação de H => diminui o pH
dos tecidos;
Influência dos produtos da respiração celular Trocas O2 / CO2 nos tecidos e pulmões
• O CO2 ainda presente nos tecidos na forma gasosa, liga-se a sítios de ligação na
Hb diferentes do sítio de ligação do O2 (a reação de ligação do CO2 libera H,
diminui do pH no sangue);
• Nas hemácias também há a presença da enzima anidrase carbônica, que
converte CO2 à bicarbonato e H (diminui pH sanguíneo);
– Tal diminuição de pH nos tecidos e no sangue, promove alterações na estrutura
tridimensional da Hb, enfraquecendo a ligação com o O2 => liberação de O2 nos tecidos;
• O bicarbonato difunde para o plasma e posteriormente para os rins (isso ocorre
com cerca de 75% do C liberado pelos tecidos);
• Cerca de 25% do C permanece na forma de CO2 ligado à Hb e é transportado
até os pulmões para liberação na expiração (por diferença de pressão - difusão
simples);
• Os H livres na Hb, ligam-se a qualquer um dos aminoácidos da proteína (Hb
protonada). Os H que estavam livres, não estão mais => eleva o pH do sangue;
• Com a elevação do pH a Hb volta a ter afinidade ao O2 => o O2 que entrou nos
alvéolos (inspiração) difunde para as Hb das hemáciase é transportado para os
tecidos;
e o ciclo continua...
A combinação entre os 
efeitos do pH e da 
concentração de CO2 sobre 
a ligação/liberação do O2, 
chama-se efeito de Bohr.
2,3 bifosfoglicerato (BPG)
• Composto presente nas hemácias, formado a
partir de um intermediário do metabolismo de
carboidratos;
• Importante na regulação da oxigenação dos
tecidos em casos de mudança de altitude e
desenvolvimento fetal;
• BPG reduz a afinidade da Hb pelo O2, através de
sua ligação a um sítio de ligação diferente do sítio
de ligação do O2 ;
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Com BPG – maior 
estabilidade no estado T 
Menor afinidade ao O2
Sem BPG – maior facilidade 
em adquirir o estado R
Maior afinidade ao O2
O sítio de ligação 
para BPG fica na 
cavidade entre as 
subunidades β, 
distante dos grupos 
heme;
- A cavidade é revestida por aminoácidos com cargas
positivas, os quais interagem com as cargas negativas
do BPG;
- A ligação de BPG estabiliza o estado T, por isso,
diminui a afinidade com o O2;
- Na ausência de BPG, a Hb é convertida ao estado R;
Oxigenação em relação à altitude
• Ao nível do mar: 40% do oxigênio carregado pelo
sangue é repassado para os tecidos;
• Em grandes altitudes: a diminuição da pressão do O2
faz com que esta porcentagem diminua para 30%;
– Após algumas horas, ocorre aumento de BPG => diminui
afinidade da Hb pelo O2 => a porcentagem de liberação
de O2 é re-estabelecida;
• A situação é invertida quando há retorno à baixa
altitude;
• Pessoas com problemas relacionados à deficiência respiratória
ou circulatória, normalmente produzem uma quantidade maior
de BPG;
Hemoglobina αϒ (fetal)
• A Hbαϒ (HbF) possui uma
afinidade muito menor ao
BPG, logo... possui maior
afinidade ao O2 em
comparação com a Hbαβ
(HbA);
• Ao chegar na placenta, um
ambiente pobre em O2, a
Hb materna libera o gás
que rapidamente é ligado
à Hb fetal;
Sistema Imunológico
• Todos os vertebrados possuem um sistema 
imunológico capaz de distinguir o “próprio” do “não-
próprio” e, destruir o que é identificado como “não-
próprio”;
• A resposta imunológica é constituída por um conjunto 
de interações, complexas e coordenadas, entre 
diversas classes de proteínas e outras moléculas, além 
de tipos celulares;
• Na resposta imunológica, um sistema bioquímico 
altamente sensível e específico é construído com base 
na interação entre ligantes e proteínas;
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SistemaS ImunológicoS
• Sistema humoral (humor = fluido): dirigido contra 
infecções extracelulares;
• Sistema celular: dirigido para infecções que 
ocorrem no interior de células (contra protozoários, 
helmintos e tecidos transplantados também);
– Anticorpos ou Imunoglobulinas : proteínas com 
função imunológica;
– Leucócitos: células com função imunológica;
Leucócitos
• São originados na medula-óssea;
• De maneira geral: percorrem a corrente sanguínea, reconhecem 
possíveis invasores, produzem anticorpos que se ligam aos 
agentes estranhos (sinalizam a infecção => destruição);
Em geral, há pouca quantidade de 
leucócitos, eles proliferam rapidamente 
quando há infecção.
Tc : libera perforina (forma poros na MP da célula-alvo, descontrole de entrada 
e saída de substâncias); Também induz apoptose (morte celular programada);
Imunoglobulinas (Ig)
• Constituem até 30% do total de proteínas do 
plasma;
• Produzidas pelos linfócitos B;
• Ligam-se aos invasores e os marcam para serem 
destruídos;
• Os seres humanos são capazes de produzir mais 
de 108 anticorpos com diferentes especificidades 
de ligação;
Antígenos
• Toda molécula ou patógeno capaz de induzir uma 
resposta imunológica é denominado de antígeno;
– Cápsula viral, parede celular bacteriana, toxina, uma 
molécula qualquer...
• O sítio de ligação onde o antígeno é ligado ao
anticorpo ou a um receptor de um leucócito, é
chamado de determinante antigênico ou epítopo.
– Um antígeno complexo pode ter diferentes 
determinantes antigênicos, ou seja, pode interagir com 
diferentes anticorpos;
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PRINCIPAIS 
ANTÍGENOS
PRINCIPAIS RESPOSTAS IMUNOLÓGICAS
BACTÉRIAS
EXTRACELULARES
- Fagocitose (macrófagos);
- Anticorpos (linfócitos B)
- Ativação do sistema complemento;
- Neutralização de toxinas liberadas pelas 
bactérias;
BACTÉRIAS 
INTRACELULARES
(capacidade de 
sobreviver dentro dos
macrófagos)
- Sistema MHC II (células T e macrófagos);
VÍRUS
(parasitas intracelulares 
– qualquer célula)
- Sistema MHC I e II (células T e B, macrófagos);
MHC – Complexo de Histocompatibilidade
• As propriedades de ligação aos receptores das células T são
extremamente complexas;
• Tais receptores não reconhecem antígenos livres, apenas os que
estão ligados à proteínas específicas da superfície celular
(MHC);
• MHC: são proteínas transmembrana que se ligam à fragmentos
de peptídeos de proteínas (ex: peptídeos provenientes da
digestão de vírus ou de componentes da própria célula) e os
expõe na superfície celular;
• Tais fragmentos ligados às proteínas MHC constituem os
antígenos que os linfócitos T reconhecem como “não-próprio’;
• Há duas classes de proteínas MHC...
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MHC classe I
• Acredita-se que são encontradas em todas as células dos
vertebrados;
• Ligam-se à fragmentos de peptídeos resultantes da digestão de
proteínas que ocorrem ao acaso dentro das células (inclusive que
são provenientes da própria célula);
• Cada linfócito Tc possui receptores específicos para o complexo
MHC I-peptídeo (assim qualquer complexo MHC I seria atacado,
inclusive de células normais);
• Durante o processo de maturação (no timo), os linfócitos T são
selecionados, havendo eliminação daqueles que reconheceriam os
peptídeos próprios ligados à MHC I e manutenção daqueles que
reconhecem peptídeos estranhos associados às proteínas MHC I;
• Isso leva à destruição especialmente de células infectadas por
vírus, além de constituir em um fator de rejeição em casos de
transplante de órgãos;
As células T que foram selecionadas para maturação no timo,
reconhecem apenas as proteínas MHC com peptídeos “não-próprios”.
Interações moleculares na superfície 
celular
• Quando a presença de um antígeno é detectada, as
poucas células T e B precisam proliferar rapidamente e
seletivamente;
• Exemplo: infecção viral
– Uma vez que estejam dentro das células, as moléculas virais
são inacessíveis ao sistema imunológico humoral;
– Proteínas MHC I (qualquer célula) podem expor peptídeos
provenientes das proteínas virais na superfície celular =>
reconhecimento pelas células Tc;
– Proteínas MHC II presentes em macrófagos que ingeriram
partículas virais, também podem expô-los =>
reconhecimento por células TH e estímulo da proliferação das
células de defesa (e todo o processo conseqüente);
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CD8: co-receptor (intensifica as 
interações de ligação entre 
receptores de células Tc e MHC);
CD4: mesma função em TH;
Células TH secretam 
interleucinas, que são 
reconhecidas pelas células 
Tc e B, as quais respondem 
apresentando proliferação 
celular; *Estas interleucinas são 
específicas, induzem a proliferação 
apenas de células T e B que 
possuem receptores para elas => 
seleção clonal;
Células Tc destroem as 
células-alvo (porfirinas e 
apoptose);
Células B secretam 
anticorpos solúveis que se 
ligam aos antígenos no meio 
humoral (proteínas 
complemento, as quais 
danificam cápsulas virais e 
paredes bacterianas); 
MHC classe II
• Ocorre na superfície de células especializadas em captar
antígenos estranhos, os macrófagos e os linfócitos B;
• Esta classe não se liga à peptídeos derivados da digestão
intracelular, mas à peptídeos derivados de proteínas
externas ingeridas pelas células;
• São então reconhecidas pelos linfócitos T (Tc e TH);
– TH: estimula aprodução de citocininas, as quais
estimulam a proliferação das células Tc;
– Tc: atuam na destruição dos macrófagos infectados;
Memória Imunológica
• Uma vez esgotado o antígeno (agente infeccioso), 
a maioria das células imunológicas ativas morrem 
por apoptose;
• Algumas células B e T amadurecem e se tornam 
residentes permanentes no sangue;
– Como elas já passaram pela seleção clonal (possuem os 
receptores específicos para as interleucinas ativadas 
pelos antígenos), caso estes antígenos voltem a ocorrer 
no organismo, o desencadeamento da resposta 
imunológica será mais rápido.
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Classes de Imunoglobulinas
• Cada classe possui particularidades em relação à estrutura 
tridimensional da proteína, bem como, em relação à função;
• IgM: primeiro anticorpo liberado pelas células B (importante 
nos estágios iniciais de resposta imunológica primária);
• IgG: é a mais abundante no plasma sangüíneo
– Principal anticorpo de resposta imunológica secundária (a partir 
de células B de memória);
– Ativa proteínas complemento e macrófagos;
• IgA: encontradas em secreções (lágrimas, leite, saliva, etc);
• IgD: presentes nos linfócitos B;
• IgE: relacionada com respostas anti-alérgicas;
– Ativa liberação de histaminas (dilatação e aumento da permeabilidade dos 
vasos sanguíneos, facilitando a chegada das células e proteínas imunológicas 
no local da inflamação).
Especificidade antígeno-anticorpo
• A especificidade é determinada 
pelos aminoácidos presentes no 
domínio variável da cadeia da 
imunoglobulina;
• Complementariedade:
– Forma, grupos com cargas, 
apolaridade...
– Manutenção do complexo 
antígeno-anticorpo por várias 
interações fracas;
• Mudanças na conformação 
facilitam, por ex, a ligação de co-
receptores => ajuste induzido;
Representação da cadeia de IgG
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Testes sorológicos
• Devido à grande especificidade, os anticorpos são ótimos
reagentes analíticos;
• Para a realização de alguns testes sorológicos é
importante haverem preparações de anticorpos;
• Preparações Monoclonais de anticorpos:
– Através de culturas de células (linfócitos B) é possível
obter inúmeros anticorpos idênticos;
• A seguir: alguns princípios empregados em testes
sorológicos (e não todos os detalhes dos procedimentos) ...
Coluna cromatográfica 
de afinidade
• Um anticorpo selecionado é 
acoplado covalentemente a uma 
resina;
• A amostra é adicionada à coluna;
• Se houver o antígeno procurado, 
ele se ligará ao anticorpo presente 
na coluna;
• A coluna é lavada com uma 
solução: o antígeno fica retido na 
coluna e as demais proteínas são 
eluídas;
• Esta técnica é bastante usada para 
purificação de proteínas em geral;
Teste ELISA (enzyme-linked
immunosorbent assay)
Immunoblot
• As proteínas são isoladas 
em gel através de 
eletroforese;
• São transferidas para uma 
membrana de nitrocelulose;
• A membrana passa por um 
processo de submissão aos 
anticorpos (semelhante ao 
teste ELISA);
• Revela-se coloração na 
proteína de interesse;
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