Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Anacharis B. de Sá-Nakanishi Proteínas são polímeros de a aminoácidos. Embora mais de 300 aminoácidos diferentes tenham sido descritos na natureza, somente 20 são utilizados na síntese de proteínas de mamíferos. Os 20 aminoácidos comuns são definidos como sendo aqueles para os quais existe pelo menos um códon específico no código genético do DNA. DNA 5’- A-G-A-G-G-T-G-C-T- 3’ 3’- T-C-T-C-C-A-C-G-A – 3’ mRNA 5’- A-G-A-G-G-U-G-C-U– 3’ tRNAs -Arginina-Glicina-Alanina- Gly Ala Val Leu Ile Met Pro Phe Trp Ser Thr Asn Gln Tyr Cys Lys Arg His Asp Glu Glicina C-C-A Alanina C-G-A Arginina U-C-U Transcrição Tradução A transcrição e tradução do código do DNA resultam na polimerização de aminoácidos numa seqüência linear específica, característica de cada proteína. Funções dos Aminoácidos • Estrutura básica das Proteínas • Combustível metabólico • Mensageiros químicos (GABA – descaboxilação Glutamina) • Reação alérgica (Histamina – descarboxilação Histidina) • Hormônio tireoidiano (Tiroxina – Tirosina) • Intermediários metabólicos: citrulina e ornitina síntese de uréia Estrutura geral dos a-aminoácidos comuns encontrados em proteínas C H3N COO H + R Carbono a a Grupo a carboxílico Grupo a amino Cadeia lateral Cadeias laterais variam em estrutura, tamanho, carga e solubilidade H2C CH2 H2N C COO H + CH2 a Prolina, iminoácido. O grupo R (cadeia lateral) forma um anel com o grupo a amino. As cadeias laterais variam em estrutura, tamanho e carga elétrica e influenciam a solubilidade do aminoácido em água. Grupos R alifáticos, não-polares Grupos R aromáticos Grupos R não- carregados, mas polares Grupos R carregados negativamente Grupos R carregados positivamente Os 20 aminoácidos livres são solúveis em água porque apresentam ao menos dois grupos carregados. Ao se ligarem para formar as proteínas, estas duas cargas desaparecem e a solubilidade depende do grupo R. Glicina gosto doce (grego glykos = “doce”) Glutamato glúten do trigo Tirosina isolada do queijo (grego tyros = “queijo”) Asparagina 1º descoberto (1806) – aspargo Treonina último descoberto - 1938 Todos aminoácidos possuem nomes simples ou comuns, em alguns casos derivados da fonte da qual eles foram inicialmente isolados Cadeias laterais alifáticas, apolares Caracterizam por serem hidrofóbicos. Ala, Val, Leu, Ile tendência de se localizar na parte interna da prot., minimizando o contato com a água (interações hidrofóbicas) Gli e Ala parte externa e interna da proteína grupos R pequenos Pro estrutura cíclica Localização de aminoácidos em uma proteína Cadeias laterais aromáticas Todos podem participar em interações hidrofóbicas. Considerações importantes: Tyr and Trp são menos hidrofóbicos do que a Phe Absorção da luz ultravioleta pelos aminoácidos aromáticos Proteínas absorvem luz no ultravioleta devido à presença de grande quantidade de triptofano e tirosina presentes na sua estrutura. Usado para detectar e medir a [proteínas] em soluções Cadeias laterais polares, não carregadas Possuem grupos funcionais que formam pontes de H com a água. Aminoácidos com carga negativa em pH fisiológico Grupo monoamino dicarboxílico Aminoácidos com carga positiva em pH fisiológico Aminoácidos diamino monocarboxilico Maior parte de bactérias e plantas sintetizam todos os 20 aa padrão Organismo humano sintetiza apenas metade deles (aminoácidos não essenciais na dieta) Aminoácidos essenciais (indispensáveis) Não produzidos pelo organismo humano Devem ser obtidos através do alimento Essenciais Arginina* Fenilalanina Histidina Isoleucina Leucina Lisina Metionina Treonina Triptofano Valina * Aa essencial somente na infância Aminoácidos incomuns. Surgem de alterações ocorridas após a síntese da cadeia peptídica. A formação de uma ligação dissulfeto pela oxidação de duas moléculas de cisteína dá origem a um novo aminoácido denominado cistina. Cisteína SH CH2 C H COO H3N + C H COO H3N + SH CH2 Cisteína S CH2 C H COO H3N + C H COO H3N + S CH2 Cistina 2H+ + 2e- 2H+ + 2e- As pontes dissulfeto estabilizam a estrutura de proteínas e peptídeos. Gly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-Asn Phe-Val-Asn-Gln-His-Leu-Cys-Gly-Ser-His-Leu-Val-Glu-Leu-Tyr-Leu-Val-Cys-Gly-Glu-Arg-Gly-Phe-Phe-Tyr-Thr-Pro-Lys-Ala S S S S Insulina bovina S S 30 e 21 aa Ligam partes de uma cadeia ou duas cadeias polipeptídicas estabilizando a estrutura de proteínas Aminoácidos não-primários ou incomuns Ocorrem na estrutura de certas proteínas . lisina Aminoácidos não protéicos Alguns aminoácidos aparecem como intermediários metabólicos (não em proteínas). A ornitina e a citrulina, são intermediários na processo de síntese da arginina e no ciclo da uréia. Estereoisomerismo dos a-aminoácidos Ca com 4 substituintes diferentes é um centro quiral São opticamente ativos Estereoisomeria Estereoisômeros são isômeros apresentam a mesma fórmula estrutural (mesmas ligações químicas e grupos funcionais, porém, diferentes disposição espacial dos átomos. Quando um carbono apresenta quatro ligantes diferentes, é dito assimétrico (quiral) e pode apresentar isomeria óptica (estereoisômeros). Isômeros ópticos são a imagem no espelho. Apresentam as mesmas propriedades físicas e químicas, exceto o desvio da luz polarizada. Estereoisomeria Uma mistura contendo os dois enantiômeros (mistura racêmica) não desvia a luz polarizada, pois o desvio de uma é randomicamente anulada pela outra Fonte de luz Luz não polarizada Luz polarizada Polarizador Amostra opticamente ativa Analisador Observador Polarímetro Um centro quiral pode assumir duas configurações diferentes (são a imagem uma da outra no espelho). Neste caso, são denominados enantiômeros. Eles se diferem apenas em desviar a luz polarizada para lados opostos. (-)-ácido láctico (+)-ácido láctico Configuração absoluta dos aminoácidos Baseado na configuração do gliceraldeído Fischer (1891) Todos os aminoácidos nas proteínas são L- estereoisômeros ESTEREOESPECIFICIDADE As moléculas quirais nos organismos vivos estão presentes em apenas uma de suas formas quirais Talidomida Focomegalia Propriedades ácido-básicas dos aminoácidos pH 7,0 O grupo carboxílico pK em torno de 2,0, O grupo amino tem um pK entre 9,0 e 10,0. no pH fisiológico (pH 7,0), a maioria das moléculas de todos os aminoácidos estão na forma de íons dipolares (zwitterions) Propriedades ácido-básicas dos aminoácidos Em meio aquoso e pH neutro predomina a forma do íon híbrido O íon híbrido (zwitterion) pode atuar como doador de prótons (ácido) ou aceptor de prótons (base) Substâncias com esta natureza dual são: anfotéricas (anfólitos) Um α-aminoácido simples (monocarboxílico e monoamínico) é um ácido diprótico quando totalmente protonado Possui o grupo –COOH e –NH3+ que podem fornecer próton Curva de titulação de uma solução de glicina 0,1M a 25oC pH =pKa + log [base conj.] [ácido conj.]pI = pK’a COOH + pK’a NH3 2 + Para aminoácidos monoamino monocarboxílicos o pI pode ser obtido pela média dos dois pK 0 +1 -1 A B C 2 Regiões de tamponamento Titulação: adição ou remoção gradual de H+ Forma diprótica Adição de base forte (NaOH) pH isoelétrico (pI): pH em que a carga efetiva do aminoácido é nula Efeito do ambiente químico sobre o pKa Quando o aminoácido possui um grupo R que não se ioniza, sua curva de titulação é semelhante á da glicina Aminoácidos com grupos R ionizáveis possuem curvas de titulação mais complexas três estágios de ionização três valores de pKa pI=(pK1+pKR)/2 Curva de titulação de uma solução de glutamato Aminoácido c/ grupo R ionizável: pI = 3,22 +1 0 -1 -2 pK1=2.19 pK2=9.67 pKr=4.25 pI=(pKR+pK2)/2 Curva de titulação de uma solução de histidina pI = 7,59 (NH3+) +2 +1 0 -1 Tirosina H3N C H COO + OH C C C C C C H H H H CH2 H3N C COO H + Aspartato CH2 COO Asparagina C O NH2 CH2 H3N C COO H + 1) Calcule o pI dos três aminoácidos abaixo 2) Escreva que formas iônica de cada aminoácido estará predominando em solução a pH 5 e qual é a sua carga efetiva pKaCOOH =2,2 pKaNH3+ =9,11 pKR =10,07 pKaCOOH =2,02 pKaNH3+ =8,8 pKaCOOH =1,88 pKaNH3+ =9,6 pKR =3,65 FORMAÇÃO DE PEPTÍDEOS Ligação peptídica Dois aminoácidos se ligam por meio de uma ligação peptídica para formar um dipeptídeo. Vários aminoácidos se ligam para formar um polipeptídeo, que é denominado proteína. Um polipeptídeo contêm uma extremidade aminoterminal e outra extremidade carboxiterminal. Serilgliciltirosilalanilleucina IONIZAÇÃO DOS PEPTÍDEOS Muitos peptídeos desempenham funções importantes no nosso organismo. Seqüência de aminoácidos Nome Função piroGlu-His-Pro(NH2) Hormônio liberador de tirotropina Secretado pelo hipotálamo, induz a glândula pituitária anterior a liberar hormônio tirotrópico H-Cys-Tyr-Phe-Gln-Asn-Cys-Pro-Arg- Gly(NH2) Vasopressina hormônio antidiurético Secretado pela glândula piruitária posterior, faz o rim reter água da urina H-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-OH Encefalina metionina Peptídeo semelhante ao ópio encontrado no cérebro e que inibe a sensação de dor Gastrina pequena (humanos) Hormônio secretado pelas células mucosas no estômago; induz as células parietais do estômago a secretarem ácido piroGlu-Gly-Pro-Trp-Leu-Glu-Glu-Glu-Glu- Glu-Ala-Tyr-Gly-Trp-Met-Asp-Phe(NH2) SO3 H-His-Ser-Gln-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Asp-Tyr Ser-Lys-Tyr-Leu-Asp-Ser-Arg-Arg-Ala-Gln- Asp-Phe-Val-Gln-Trp-Leu-Met-Asn-Thr-OH Glucagon (bovino) Hormônio pancreático envolvido na regulação do metabolismo de glicose H-Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe-OH Angiotensina II (eqüina) Peptídeo pressor ou hipertensivo; também estimula a liberação de aldosterona do cortex adrenal H-Arg-Pro-Pro-Gly-Phe-Ser-Pro-Phe- ArgOH H-Arg-Pro-LysPro-Gln-Phe-Phe-Gly-Leu- Met(NH2) Bradicinina plasmática (bovina) Angiotensina II (eqüina) Peptídeo vasodilatador Angiotensina II (eqüina) Proteínas: estrutura e função Estrutura tridimensional de proteínas: Ribonuclease Seqüência linear de aminoácidos Estado desenovelado: funcionalmente inativo Estado nativo: cataliticamente ativo 1 - A função de uma proteína depende da sua estrutura tridimensional 2 – A estrutura tridimensional é determinada pela seqüência de aminoácidos Forma T (desoxigenada) Forma R (oxigenada) a-hélice Conformações: formações estruturais estáveis A hemoglobina apresenta duas conformações estáveis e interconversíveis (oxi-hemoglobina e desoxi-hemoglobina). Conformação: arranjo espacial de átomos adotado por uma proteína sem a quebra de ligações covalentes. Proteína nativa: apresenta apenas 1 ou poucas conformações estáveis (dentre as muitas possíveis), as quais representam as suas conformações funcionais. São as termodinamicamente mais estáveis (menor G) Forças que estabilizam a estrutura tridimensional Estrutura tridimensional de uma proteína é estabilizada por pontes dissulfeto (fortes) interações não-covalentes fracas: ligações de hidrogênio, pares iônicos, interação de Van de Waals e interações hidrofóbicas. Pontes de hidrogênio Grupos neutros Ligações peptídicas Interações iônicas Atração Repulsão Interações hidrofóbicas Interações de Van der Waals Proximidade de 2 atomos Interações fracas: Interações fortes: pontes dissulfeto (ligações covalentes) Cisteína A ponte dissulfeto é formada pela união covalente entre 2 resíduos de cisteína que normalmente se encontram afastados na sequência de aminoácidos do polipeptídeo Estrutura primária Estrutura secundária Estrutura terciária Estrutura quaternária Proteínas: níveis estruturais Estrutura primária: seqüência de aminoácidos unidos por ligações peptídicas. Estrutura secundária: arranjos estáveis entre aminoácidos adjacentes que formam padrões repetitivos (a-hélice e folhas β). Estrutura terciária: arranjo tridimensional da cadeia polipeptídica. Estrutura quaternária:. Arranjo de 2 ou mais cadeias polipeptídicas. Estrutura primária: ligações peptídicas As ligações peptídicas colocam restrições na conformação dos polipeptídeo. Difração de raio-X: (1) as ligações peptídicas C-N são mais curtas que nas aminas e (2) os átomos na ligação peptídica são co-planares. O C=O e o C-N fazem ressonância (cria um dipolo elétrico) e a ligação peptídica apresenta caráter de dupla ligação. Os átomos na ligação peptídica não tem liberdade de rotação: são rígidas, planares e os átomos de O da C=O e de H da N-H estão em posição trans. Rotação permitida em N-Cα e Cα-C formam uma série de planos rígidos e consecutivos com rotação em Cα Ψ ( gr a us ) Φ (graus) Diagrama de Ramachandram para L-alanina: Os ângulos de rotação em N-Cα e Cα-C são denominados Φ (phi) e Ψ (psi), respectivamente, e podem variar de -180 a +180° . Muitos valores de Φ (phi) e Ψ (psi) são proibidos devido a impedimentos estéricos entre os grupos (limite dos raios de van der Waals). Φ (phi) e Ψ (psi) = 180° Φ (phi) e Ψ (psi) = 0° As regiões mais escuras do diagrama indicam mínima ou nenhuma interferência estérica e são as mais estáveis (exceção: pro e glic). Estrutura primária: ligações peptídicas Mioglobina δ + δ + δ - δ - C-terminal N-terminal Carbono Hidrogênio Oxigênio Nitrogênio Grupo R Estrutura secundária de proteínas: α-hélice A unidade de repetição no raio- x corresponde a 1 volta na hélice (5,4Å – 3,6 resíduos) Os aminoácidos apresentam Φ=-60° e Ψ = -45° a -50° Maximizam o uso das pontes de hidrogênio internas (primeiro resíduo com o quarto). Os grupos R se projetam para fora da hélice Contato de Van der Waals Estrutura secundária de proteínas: α-hélice δ+ δ+ δ- δ- A α-hélice apresenta um dipolo elétrico Este dipolo é acentuado pelas ligações peptídicas nas regiões C-terminas e N-terminais que não formam pontes de hidrogênio. As ligações peptídicas apresentam um pequeno dipolo elétrico, que são conectados pelas pontes de hidrogênio na α- hélice. Dipolo líquido que se acentua com a extensão da hélice Estrutura secundária de proteínas: α-hélice C-terminal N-terminalTanto D-aminácidos quanto L-aminoácidos podem formar α-hélices no sentido da mão esquerda ou direita. Entretanto, L-aminoácidos rompem α-hélices formadas por D-aminoácidos e vice-versa As α-hélices de ocorrência em proteínas ocorrem apenas no sentido da mão direita L-Alanina D-Alanina A sequência de aminoácidos afeta a estabilidade da α-hélice Aminoácidos adjacentes com mesma carga Volume de grupos R adjacentes Interações entre as cadeias laterais de aminoácidos distantes 3 a 4 resíduos Ocorrência de resíduos de prolina ( não tem H no grupamento imino não podendo formar P de H. Identidade dos resíduos próximos a extremidade da cadeia. C-terminal N-terminal Prolina Glicina Nas a-hélices ocorre interação entre grupos R de aminoácidos 3 resíduos distante entre si. Aspartato 100 Arginina 103 Trecho de uma região helicoidal da troponina C, uma proteína ligante de cálcio associada ao tecido muscular Se as cadeia laterais dos aminoácidos 1 e (3 ou 4) tiverem cargas (aspartato, glutamato, lisina ou arginina) ou ramificação no carbono b (valina ou isoleucina) ocorrerão interações iônicas ou estéricas desfavoráveis, desestabilizando a estrutura da a hélice. Alguns aminoácidos ou combinações de aminoácidos afetam a estabilidade da a-hélice. Estrutura secundária de proteínas: conformação β Timidilato sintase Na conformação β, o esqueleto da cadeia polipeptídica é estendido em ziguezague As cadeias são arranjadas lado a lado para formar as folhas β As pontes de hidrogênio são formadas entre os seguimentos adjacentes da cadeia polipeptídica Os grupos R de aminoácidos adjacentes são dispostos de forma alternada A estrutura é favorecida por aminoácidos pequenos: glicina e alanina (evita interferência estérica) Estrutura secundária de proteínas: conformação β Folhas β antiparalelas Folhas β paralelas A formação paralela apresenta um período de repetição mais curto (6,5Å) que a formação antiparalela (7,0Å) Exemplo: β-queratina como a fibroina da seda e as fibras das teias de aranha. Estrutura secundária de proteínas: Dobras β Barril β Prolina Glicina Isômeros da prolina Conectam segmentos de conformação β ou 2 a-hélices Pontes de hidrogênio entre o 1° e 4° aminoácidos Presença de glicina e prolina Proteínas: estrutura terciária Mioglobina Aminoácidos hidrofóbicos Enquanto a estrutura secundária é determinada pela relação de curta distância entre os aminoácidos, a estrutura terciária é determinada pela interação entre aminoácidos situados a longas distâncias entre si Estrutura mantida por uma série de ligações fracas Estrutura tridimensional de proteínas: funções Hemoglobina Colágeno Proteínas fibrosas: são insolúveis; formam estruturas supramoleculares estáveis e resistentes (função estrutural) Proteínas globulares: são menores; solúveis e alteram a conformação conforme a interação com ligantes X Um fio de cabelo (acima) é um arranjo de muitos filamentos de a queratina formado pela estruturas ao lado A a queratina é rica em resíduos hidrofóbicos Pares de hélice espiraladas entre si em um sentido orientado para a esquerda Proteínas fibrosas: α-queratina (estruturas supramoleculares) Espiral supertorcida Supertorção à esquerda Protofibrila Redução Enrola- mento Oxidação A permanente no cabelo é um processo bioquímico A resistência das proteínas fibrosas é aumentada pela formação de ligações covalentes entre as cadeias polipeptídicas enoveladas e entre as cadeias na estrutura supramolecular Formação de estruturas supramoleculares α-queratina: pontes dissulfeto Proteínas fibrosas: colágeno O colágeno forma o tecido conjuntivo dos tendões, cartilagens, matriz orgânicas dos ossos, entre outras estruturas que fornecem resistência A estrutura secundária do colágeno é uma hélice (cadeia α), mas voltada para mão esquerda e com apenas 3 resíduos por volta. Entrelaçamento de 3 cadeias α (superespiramento no sentido da mão direita) - tropocolágeno Cadeia α Glicina – X – Y, onde X = prolina Y = hidroxiprolina É formada pela unidade tripeptídica repetitiva: Composição do colágeno: Gly (35%), Ala (11%), Pro e HO-Pro (21%) Suportam a estrutura do colágeno Proteínas fibrosas: colágeno A glicina é pequena suficiente para ser encontrada nas junções apertadas das cadeias α entrelaçadas Hélices entrelaçadas Glicina Colágeno Ligações cruzadas Cabeça das moléculas de colágeno Fibrilas: estrutura supramolecular (tropocolágeno) se associam de diferentes maneiras (graus de resistência variável) Hélice tríplice de colágeno Cadeia polipept Norlisina Hidroxi- lisina Cadeia polipept Ligações cruzadas aumentam a resistência e geram aminoácidos incomuns: Proteínas fibrosas: colágeno Defeitos genéticos na síntese do colágeno: • Osteogênese imperfeita (crianças) e Síndrome de Ehlers-Danlos Cis Ser Gly Substituição Verônica Almeida conquistou a 1ª medalha feminina na natação nos Jogos Paraolímpicos de Pequim. Contorcionistas Mamíferos → 30 tipos diferentes de colágeno → diferentes funções Proteínas fibrosas: colágeno Escorbuto: deficiência de vitamina C (ácido ascórbico) O ácido ascórbico é cofator utilizado para reduzir a enzima prolil-4-hidroxilase, que catalisa a formação da 4-hidroxiprolina na estrutura do pró-colágeno. O escorbuto é caracterizado por degeneração geral do tecido conjuntivo (fragilidade capilar, perda de dentes, degeneração dos ossos, dor). Nesta condição o colágeno não faz ligações cruzadas e perde suas características. PROTEÍNAS GLOBULARES -As proteínas globulares são solúveis, mais compactas e apresentam uma grande diversidade estrutural e funcional. - O enovelamento da mioglobina, assim como da maioria das outras proteínas é complexo e sem simetria. Um princípio global emerge da distribuição das cadeias laterais doa aminoácidos. - Em meio aquoso o enovelamento das proteínas é impulsionado pela forte tendência dos radicais hidrofóbicos serem excluídos da água. Desnaturação: Modestas alterações no ambiente da proteína podem provocar alterações estruturais que afetam sua função Fatores: -calor -alteração de pH -detergentes -solventes orgânicos - uréia A perda da estrutura tridimensional, suficiente para causar a perda da sua função, é chamada de desnaturação • RENATURAÇÃO A estrutura primária das proteínas determina sua estrutura tridimensional. Chaperonas; proteínas acessóriais que auxiliam no processo de enovelamento das proteínas. Utiliza energia, ATP, e envolve diversas outras proteínas. A informação necessária para o enovelamento de uma proteína está contida em sua sequência de aminoácidos; fator que determina a sua estrutura terciária tridimensional A desnaturação da ribonuclease Defeitos no enovelamento protéico pode acarretar uma série de desordens genéticas Doença do Príon: • proteína PrP apresenta uma estrutura alterada-príon • doença ocorre quando a PRP celular normal, PrPc , apresenta uma conformação alterada PRPsc. • altera sua solubilidade – degeneração do tecido nervoso - morte • Encefalopatia espongiforme bovina - doença da vaca louca Relacionadas incluem Doença de Creutzfelt-Jacob em humanos e scrapie em ovinos.
Compartilhar