Aula 1 - Proteínas

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Aminoácidos, Peptídeos e Proteínas
Hierarquia estrutural na organização molecular das células
Nível 4:
Célula e organelas
Nível 3:
Complexos Supramoleculares
Nível 2:
Macromoléculas
Nível 1:
Unidades Monoméricas
Proteínas
Celulose
Glicídios
Parede Celular
Cromossomos
Membrana Plasmática
Aminoácidos
DNA
Nucleotídeos
Lipídios
 Conceito
4. Proteínas
encefalina
insulina
transportador de K
3
proteínas
substâncias + abundantes nos seres vivos
 Expressão gênica (papel central): a informação contida no DNA é expressa através das proteínas; 
 Estrutural (plástica): matéria-prima para a construção e reparo das estruturas celulares; 
 Dinâmica (“atividade biológica”): catálise, transporte, regulação, reserva, defesa, etc. 
* diferencia as proteínas de outros componentes celulares (glicídios, lipídios) considerados substâncias inertes.
natureza protéica
70% da MS da célula
 Importância e diversidade funcional
Proteína G
4
proteínas
Proteína
 Síntese de mRNA no núcleo
 Movimento do mRNA para o citoplasma
 Síntese de proteínas
CITOPLASMA
Polipeptídeo
Aminoácidos
Ribossomo
Dogma Central da Biologia Molecular
 Importância e diversidade funcional
5
Dogma central da Biologia Molecular
DNA
RNA
proteína
Transcrição
Tradução
Replicação
proteínas
 Importância e diversidade funcional
6
Transcrição
Tradução
Proteína 
Fita molde 
proteínas
 Importância e diversidade funcional
7
Insulina
Glutamina sintetase
Hemoglobina
Citocromo c
Ribonuclease
Lisozima
Mioglobina
Imunoglobulina
proteínas
 Exemplos e etimologia da palavra
8
Composição em AA de três proteínas
Nº de AA por molécula de proteína
AA
Quimotripsinogênio
(bovino)
Lisozima
(clara de ovo)
Citocromo c
(humano)
Glicina
23
12
13
Alanina
22
12
6
Valina
23
6
3
Leucina
19
8
6
Isoleucina
10
6
8
Metionina
2
2
3
Prolina
9
2
4
Fenilalanina
6
3
3
Triptofano
8
6
1
Serina
28
10
2
Treonina
23
7
7
Asparagina
15
13
5
Glutamina
10
3
2
Tirosina
4
3
5
Cisteína
10
8
2
Lisina
14
6
18
Arginina
4
11
2
Histidina
2
1
3
Aspartato
8
8
3
Glutamato
5
2
8
proteínas
 Composição
9
Composição de algumas proteínas
Proteínas
Números de aminoácidos
Número de cadeias polipetídicas
Insulina (bovina)
51
2
Lisozima (clara do ovo)
129
1
Mioglobina (equina)
153
1
Hemoglobina (humana)
574
4
Aspartato transcarbamoilase (E. coli)
2700
12
RNA polimerase (E. coli)
4100
5
Apoliproteína B (Humana)
4536
1
 Composição
proteínas
10
4.1. Classificação
a) Quanto à forma
 Globulares 
 Fibrosas 
 Monoméricas 
 Oligoméricas 
 Multiméricas
b) Quanto ao n° de cadeias polipeptídicas
 Simples
 Conjugadas
c) Quanto à composição química
proteínas
mioglobina
11
Classe
AA + ...
Exemplo
Glicoproteínas
Glicídios
proteínas da MP, proteínas secretadas
Lipoproteínas
Lipídios
Ácidos graxos
Colesterol
Triacilgliceróis
Fosfolipídios
lipoproteínas de transporte de lipídios no sangue
Nucleoproteínas
Ácidos nucléicos
ribossomos, nucleossomos,spliceossomos
Metaloproteínas
Fe, Cu, Mn, Mo, Zn
ceruloplasminas
Fosfoproteínas
Fósforo
caseína
Hemeproteínas
Heme
hemoglobina, mioglobina
proteínas
c) Quanto à composição química – proteínas conjugadas 
12
 Nucleossomo
 DNA
 Histonas
proteínas
 Nucleoproteínas
13
HEME 
 Complexo orgânico
 Anel porfirina + Fe+2
 Hemeproteínas
proteínas
14
Colágeno
Mioglobina
Glicoproteína
Insulina 
Actina
Hemoglobina
proteínas
 Classificação - exemplos
15
Caseína
Imunoglobulina
Albumina
Lisozima
ATP sintase
proteínas
 Classificação - exemplos
16
4.2. Conformação espacial 
conformação espacial que permite a sua funcionalidade
Proteína
seqüência de AA
conformação espacial
função
descrita em níveis estruturais de complexidade crescente
didaticamente → 4 níveis estruturais
Proteína nativa
proteínas
17
 Conformação espacial – Cristais de proteínas 
d) Azidomete mio-hemeritatina (verme marinho Siphonosoma funafuti)
e) Hemoglobina de lampréia
f) Bacterioclorofila uma proteína (Prosthecochloris aestuarii)
a) Azurita (Pseudomonas aeruginosa)
b) Flavodoxina (Desulfovibrio vulgaris) 
c) Rubredoxina (Clostridium pasterianum)
proteínas
18
Fotografia de difração de raio-X de um cristal de mioglobina de esperma de baleia.
Representação de preenchimento estereoespacial de um segmento de alfa-hélice de mioglobina de esperma de baleia, determinado por cristalografia de raios-X.
 Conformação espacial – Cristais de proteínas 
proteínas
19
determinada geneticamente 
(DNA)
determina a 
função da proteína
(níveis estruturais superiores)
Ligações: peptídicas 
 *posição das cys 
proteínas
 Conformação espacial – estrutura 1ária 
20
RNA
DNA
Thr
Pro
Glu
Lys
Thr
Lys
Pro
Glu
Glu
Val
A mudança em uma única base leva a uma doença chamada anemia falciforme
RNA
DNA
mutado
Hemácia normal
substituição
Hemácia alterada
determinada geneticamente 
(DNA)
determina a 
função da proteína
(níveis estruturais superiores)
Ligações: peptídicas 
 *posição das cys 
proteínas
proteínas
 Conformação espacial – estrutura 1ária 
21
Transcrição
Tradução
Proteína 
Fita molde 
 Conformação espacial – estrutura 1ária 
proteínas
22
Cadeia lateral
Ca
pontes de H entre átomos que participam das ligações peptídicas estabilizam a estrutura helicoidal
 paralelas ao eixo da cadeia
cadeias laterais (R) projetadas para fora da hélice
a - hélices: enrolamento da cadeia ao redor de um eixo
a - hélices
proteínas
 Conformação espacial – estrutura 2ária 
23
a - hélices
Estrutura de uma cadeia polipeptídica em -hélice, estabilizada por pontes de H intra-cadeia
 Conformação espacial – estrutura 2ária 
proteínas
24
a - hélices
Representação de preenchimento estereoespacial de um segmento de alfa-hélice de mioglobina de esperma de baleia, determinado por cristalografia de raios-X.
 Conformação espacial – estrutura 2ária 
proteínas
25
Proteina-G
a - hélices
 Conformação espacial – estrutura 2ária 
proteínas
26
folhas b pregueadas: interação lateral de segmentos
 - da mesma cadeia 
 - de cadeias diferentes
pontes de H entre átomos que participam das ligações peptídicas
perpendiculares ao eixo da cadeia 
Folhas b-pregueadas
 Conformação espacial – estrutura 2ária 
proteínas
27
Folhas b-pregueadas
Organização de duas cadeias polipeptídicas em folha -pregueada, estabilizadas por pontes de H inter-cadeias
 Conformação espacial – estrutura 2ária 
proteínas
28
Disposição antiparalela das cadeias polipeptídicas
Vista superior
Vista lateral
 Conformação espacial – estrutura 2ária 
proteínas
Folhas b-pregueadas
29
Disposição paralela das cadeias polipeptídicas
Vista superior
Vista lateral
 Conformação espacial – estrutura 2ária 
proteínas
Folhas b-pregueadas
30
IgG
Folhas b-pregueadas
 Conformação espacial – estrutura 2ária 
proteínas
31
Mioglobina
A maioria das proteínas estrutura 3ária globular
	Resíduos 	hidrofóbicos: interior
 			hidrofílicos: exterior
 pontes dissulfeto (S-S)
 pontes de H
 forças de Van der Waals
 ligações iônicas
 interações hidrofóbicas
 Conformação espacial – estrutura 3ária 
proteínas
32
(1) hidrofóbica
(2) ponte de H 
(3) eletrostática
Interações que mantêm a estrutura terciária de proteínas
 Conformação espacial – estrutura 3ária 
proteínas
33
Interações que mantêm a estrutura terciária de proteínas
 Conformação espacial – estrutura 3ária 
proteínas
34
Ornitina descarboxilase
Ovoalbumina 
 Conformação espacial – estrutura 3ária 
proteínas
35
Estrutura de raio-X da enzima triose fosfato isomerase (TIM),
com 247 resíduos de aminoácidos, isolada de músculo de frango
 Conformação espacial – estrutura 3ária 
proteínas
36
 pontes de H
 forças de Van der Waals
 ligações iônicas
 interações hidrofóbicas
Funcionalidade conjunto de todas as subunidades
Associação de 2 ou + cadeias polipeptídicas
 Conformação espacial – estrutura 4ária 
proteínas
37
 Ligações iônicas ou eletrostáticas: são o resultado da força de atração entre grupos ionizados de carga contrária;
 Ligações ou pontes de hidrogênio: formadas quando um próton (H+) é compartilhado entre dois átomos eletronegativos muito próximos. O H+ pode ser partilhado entre átomos de hidrogênio ou de oxigênio próximos entre si. São essenciais para o pareamento específico entre as bases de ácidos nucléicos, proporcionando a força que mantém unidas as duas cadeias do DNA e permite a codificação específica do DNA em RNA.
 Interações hidrofóbicas: correspondem à associação de grupos não polares, que a fazem de modo a excluir o contato com a água. Nas proteínas globulares, as cadeias laterais dos aminoácidos mais hidrofóbicos tendem a agregar-se no interior da molécula, e os grupos hidrofílicos sobressaem na superfície das mesmas. Os resíduos hidrofóbicos repelem as moléculas de água que envolve a proteína e determinam que a estrutura globular torne-se mais compacta. 
 Interações de Van der Waals: só se produzem quando os átomos estão mais próximos. Esta proximidade de duas moléculas pode induzir flutuações de carga, produzindo atrações mútuas à curta distância. 
 A diferença fundamental entre ligações covalentes e não-covalentes está na quantidade de energia necessária para romper esta ligação. Em geral as ligações são rompidas pela intervenção de enzimas, enquanto as não-covalentes se dissociam com facilidade através de forças físico-químicas.
proteínas
Ligações não covalentes de ocorrência em proteínas 
Fonte: www.ciagri.usp
Hemoglobina
estrutura 1ária
estrutura 2ária
estrutura 3ária
estrutura 4ária
 Conformação espacial – resumo 
proteínas
39
estrutura 1ária
estrutura 2ária
estrutura 3ária
estrutura 4ária
 Conformação espacial – resumo 
proteínas
40
 Folha b
AA (monômero)
Cadeias laterais dos AA
são diferentes em cada um dos 20 AA
Cadeia
 polipeptídica
Estrutura 1ária
Estrutura 
4ária
Estrutura 3ária
Estrutura 2ária
 a hélice
 Ponte de H
 Ligação S-S
proteínas
 Conformação espacial – resumo 
41
4.3. Funções e exemplos 
Estrutural
Queratina Colágeno (tec. conjuntivo fibroso)
Fibroína Elastina (tec. conjuntivo elástico)
Reguladora
Insulina
Hormônio de crescimento
Repressores
Defesa
Anticorpos
Fibrinogênio , Trombina
Toxina botulínica
Veneno de serpentes, apitoxina
Ricina (mamona)
Transporte
Hemoglobina
Albumina do soro
Mioglobina
1-lipoproteína
Contrátil (movimento)
Actina
Miosina
Tubulina
Dineína
Reserva (nutritivas)
Gliadina (trigo)
Ovoalbumina (ovo)
Caseína (leite)
Ferritina
enzimática (catálise)
Ribonuclease, Tripsina
proteínas
42
 Função estrutural - colágeno
A tripla hélice de colágeno	
Micrografia eletrônica de fibrilas de colágeno da pele
Seqüência de aminoácidos da porção C-terminal da região tríplice hélice da cadeia de colágeno bovino 1(I). 
proteínas
43
Colágeno 
- Cadeia simples 
- Tropocolágeno
 - Glicinas centrais 
 Função estrutural - colágeno
proteínas
44
Cadeia simples
Tropocolágeno
Glicinas centrais
 Função estrutural - colágeno
proteínas
45
A organização microscópica do fio de cabelo
cabelos, lã, chiffres, unhas, cascos, epiderme
 Função estrutural - queratina
proteínas
46
a-Queratina
a hélice
Enrolamento de 2 a hélices
Protofilamento 
Filamento (4 protofibrilas)
Secção transversal de um fio de cabelo
a hélice
protofilamento
filamento intermediário
filamento
enrolamento de
2 a hélices
Mamíferos: cabelos, lã, chiffres, unhas, cascos, epiderme
* b-queratina: aves e répteis → penas, escamas
proteínas
 Função estrutural - queratina
47
Pontes dissulfeto entre -hélices
 -hélices adjacentes
interligações de cistina (dois resíduos de cisteína ligados pelos grupos sulfidrílicos) entre -hélices adjacentes da
-queratina. Nas queratinas “duras” como aquelas do casco da tartaruga, as interligações por resíduos de cistina são muito numerosas.
proteínas
 Função estrutural - queratina
48
Pontes dissulfeto entre -hélices
proteínas
 Função estrutural - queratina
49
Cadeia lateral
de Ala
Cadeia lateral
de Gly
proteínas
 Função estrutural - fibroína
50
Ala (-CH3)
Gly (-H)
Cadeia lateral
Ala ou Ser
Gly
Cadeia lateral
proteínas
 Função estrutural - fibroína
51
 Função estrutural - glicoproteína
proteínas
52
Calcitonina: metabolismo do Ca++
Hormônio do crescimento 
Glucagon
Insulina
 Função reguladora - hormônios
proteínas
53
IgG
 Função de defesa
proteínas
Imunoglobulinas
(anticorpos)
54
Trombina
Mamona
Peptídeos e proteínas da Apitoxina
 Função de defesa 
proteínas
ricina
55
Heme
Hemoglobina
Hemácia
As hemácias contêm centenas de moléculas de hemoglobina que transportam O2
O O2 se fixa ao heme na hemoglobina
Mioglobina
Hys
 Função de transporte
proteínas
56
Cadeia de transporte de elétrons
 Função de transporte
proteínas
57
Apolipoproteínas
Colesterol
Fosfolipídios
TAGs e ésteres do colesterol
 Função de transporte
proteínas
58
Miosina
Tubulina
Dineína
Filamento de Actina
 Função contrátil
proteínas
59
Caseína (leite)
Ovoalbumina (ovo)
Gliadina (trigo)
Glutenina
 Função de reserva
proteínas
60
Complexo Enzima-Substrato
 Substrato é convertido nos produtos
Enzima
(sacarase)
Substrato
(sacarose)
Substrato se liga à enzima
Enzima disponível para a molécula de substrato
Produtos são liberados
Glicose
Frutose
 Função enzimática - catálise
proteínas
61
Estrutura da glutamina sintetase de Salmonella typhimurium
 Função enzimática - catálise
proteínas
62
4.4. Propriedades 
proteínas
 especificidade
 solubilidade
 desnaturação
 ponto isoelétrico
 tamponamento
Proteína G
63
Estrutura da Insulina – Cadeias aminoacídicas
Idêntico para vertebrados
Idêntico – bov., suínos e hum.
Mutações hum.A3B10 B24B25
Diferente p/ bov. A8 A10; bov e suíno B30
proteínas
 especificidade
64
Seqüências de aminoácidos dos citocromos c de 38 espécies
proteínas
 especificidade
65
Seqüências de aminoácidos dos citocromos c de 38 espécies
proteínas
 especificidade
66
Árvore filogenética do citocromo c
proteínas
 especificidade
67
proteínas
 solubilidade
68
Cadeia simples
Tropocolágeno
Glicinas centrais
proteínas
 solubilidade
69
Estrutura primária da lisozima
proteínas
 desnaturação
Proteína nativa
70
Estado nativo,
 cataliticamente ativo
Adição de uréia e mercaptoetanol
Remoção de uréia e
 mercaptoetanol
Estado nativo,
 cataliticamente ativo. Pontes dissulfeto corretamente refeitas
Estado desenovelado, inativo. Pontes dissulfeto reduzidas formando resíduos de Cys
proteínas
 desnaturação
71
proteínas
 desnaturação
72
Estado nativo,
 cataliticamente ativo
Adição de uréia e mercaptoetanol
Remoção de uréia e
 mercaptoetanol
Estado nativo,
 cataliticamente ativo. Pontes dissulfeto corretamente refeitas
Estado desenovelado, inativo. Pontes dissulfeto reduzidas formando resíduos de Cys
proteínas
 desnaturação
73
Carga elétrica total
S cargas dos R dos AA
PKa
PH do meio
pI
n° cargas + = n° cargas –
molécula e- neutra
Proteínas
não pode ser calculado pelos pKas dos AA
  n° AA
 localização
determinado 
experimentalmente
pH no qual a molécula não migra
qdo. Submetida a um campo e-
pI's característicos
refletem proporção AA ác. / AA bas.
 ponto isoelétrico
proteínas
74
a) amostras diferentes são colocadas nos poços ou depressões no topo do gel de poliacrilamida. As proteínas movem-se para o interior do gel quando um campo elétrico é aplicado.
b) as proteínas podem ser visualizadas depois da eletroforese pelo tratamento do gel com um corante. Cada banda no gel representa uma proteína diferente (ou uma subunidade protéica).
Sentido da migração
Amostra
Eletroforese
 ponto isoelétrico
proteínas
75
Ponto isoelétrico (pI) de algumas proteínas e sua composição
em AA ácidos e básicos
AA (%)
Ácidos
Básicos
Ác / Bas
Proteinas
pI
Asp
Glu
Arg
His
Lys
Pepsina
1,0
16,6
11,3
1,0
0,5
0,4
15
Albumina
4,8
10,4
17,4
6,2
3,5
12,3
1,3
Mioglobina
7,0
4,7
8,3
1,9
7,5
12,8
0,6
Citocromo c
10,6
3,6
5,9
2,2
2,5
15,2
0,5
 ponto isoelétrico
proteínas
76
pH < pI carga líquida + (COOH e NH3+)
pH > pI carga líquida - (COO- e NH2)
Proteínas
 1 pI 14 
 ácidas básicas
pI das proteínas
 n° R ács. desprotonados COO- = n° R bás. protonados NH3+
Pepsina
+ AA ácidos (28%)
- AA básicos (2%)
pI = 1,0
R ács. >ria dos protonados COOH
 poucos desproton. COO-
 R básicos (poucos) NH3+
Cit c
AA básicos (20%)
AA ácidos (10%)
pI = 10,6
 R bás. ½ desprotonados NH2
 ½ protonados NH3+
 
 R ácidos COO-
 ponto isoelétrico
77
Chaperones are molecules that assist in protein folding. They are especially important for certain kinds of large proteins that take longer to fold and may form inappropriately 
Chaperones include the heat shock proteins such as HSP-60 and HSP-70 which are synthesized 
These are among the oldest kinds of proteins. We'll look at the structure of GroEl, which is one of the most studied chaperones 
Dobramento (“Folding”)
78
GroEl is a large, multi-subunit protein that can accommodate small- and medium-sized proteins 
It consists of a central container formed from a stack of rings, and a 'cap' that seals off the folding protein from the external environment 
GroEl also has ATP-binding sites that use energy to promote the proper folding and release of the protein 
Mudança conformacional na estrutura da hemoglobina em relação à ligação do oxigênio 
A conformação local muda em todas as subunidades ......
Local conformational changes at all 4 of the subunits are linked, producing the cooperative effect that increases the effectiveness of oxygen unloading 
81