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Aulas Pévias Estruturas secundárias Hélices α As hélicesα são formadas por consequência das inte- rações entre as porções C O e N H próximos da cadeia principal, deixando os grupos laterais para o lado de fora da hélice. Geralmente sua estrutura helicoidal é à direita. Dis- tância entre resíduos adjacentes é de 1,5 Å; a rotação de 100 °entre aminoácidos adjacentes, assim o passo de uma volta é formado por 3,6 resíduos de aminoácidos (5,4 Å). Glicina e prolina não costumam fazer parte dessas hélices. O tamano de cadeia lateral da glicina permite grande fexibilidade e não o corre a repulsão com os grupos laterias dos aminoácidos adjacentes, instabilizando a hé- lice. Já a prolina, tem sua cadeia lateral fundida com o N da cadeia principal, interferindo na ponte de H necessária para a formação da hélice. A hemoglobina é um exemplo de uma proteína for- mada apenas por hélices-α. Folhas-β formadas por fitas β As folhas-β são formadas por consequência das in- terações entre as porções C O e N H distantes da ca- deia principal. Cada sequência de aminoácidos que se in- terage com a outra é denomidata fita-β (representada por uma seta) e o conjunto das fitas que fazem zigue-zage, de- vido à conformação tetraédrica do Cα, é chamado de folha- β . As folhas deixam os grupos laterais perpendculares a seus planos. A distância entre resíduos adjacentes é de 3,5 Å. Se suas fitas orientam-se no mesmo sentido, são chamadas de folhas-β paralelas. Se estão em sentidos opostos, são cha- madas de folhas-βantiparalelas. São ricas em tirosina, va- lina e isoleucina. Regiões aleatórias (β-turns) As β-turns são regiões flexíveix que permitem a conexão entre duas fitas-β . São ricas em glicina e prolina. Gráfico de Ramachandran Este gráfico mostra a tendência de um aminoácido gor- mar hélices-α ou folhas-β pelos ângulosφ eψ entre os ami- noácios: 1 que interpretado dá origem à tabela de tendência: Estruturas supersecundárias São domínios formados por arranjos de estruturas se- cundárias: Estrutura terciária Estrutura tridimencional composta por todos os ami- noácidos de um poliptídeos. É estabilizada pela interação entre os grupos laterais das estruturas secundárias (intera- ção hidrofóbica/hidrofílica, pontes dissulfeto e inteção iô- nica. Em meio polar (aquoso) as ponções hidrofóbicas ficam voltadas para dentro e hidrofílicas para fora. Já em meio apolar (membrana lipídica) as porções hidrofílicas ficam voltadas para dentro e as hidrofóbicas ficam voltadas para fora. Podem ser fibrosas ou globulares. Todas as fibrosas são estruturais e todas as enzimas são globulares, mas nem to- das as globulares são enzimas. Estrutura quaternária Reunião de mais de uma estrutura terciária, portanto as enzimas que possuem essa estrutura são chamadas de mul- timéricas. As interações ocorrem entre grupos laterais de cadeias polipeptídias diferentes. Geralmente possuem al- gum tipo de simetria. Nem todas as proteínas possuem estrutura quaternária. Classes de enzimas segundo SCOPe (Structural Classifi- cation of Protein) All alpha proteins [46456] (289 folds) All beta proteins [48724] (177 folds) Alpha and beta proteins (a/b) [51349] (148 folds) Alpha and beta proteins (a+b) [53931] (385 folds) Multi-domain proteins (alpha and beta) [56572] (69 folds) Membrane and cell surface proteins and peptides [56835] (59 folds) Small proteins [56992] (94 folds) Coiled coil proteins [57942] (7 folds) Low resolution protein structures [58117] (25 folds) Peptides [58231] (133 folds) Designed proteins [58788] (44 folds) Artifacts [310555] (1 fold) 2017/05/30 Dogma de Anfinsen: "As informações necessárias para uma proteína obter sua estrutura nativa estão na seqüência de aminoácidos da proteína". Proteínas de membrana A montagem final ocorre na própria membrana: primei- ramente ocorre o alocamento da porção trans-membrana através de vesículas e as porções interna e externa são aco- pladas a essa porção. A subunidade trans-membrana tem grupos apolares de grupos laterais expostos, para ter afinidade com lipiídeos (é lipofílica/hidrofóbica), e as interna e externa têm cadeias polares, para interagir com meio aquoso (são lipofóbi- cas/hidrofílicas). Desnaturação Térmica; Ácida; Salina (salting out). Pontes sulfeto são interações muito fortes, precisam de Mercapto etanol. Renaturação Espontânea: ocorre de forma aleatória; Auxiliada: pela ação de proteínas auxiliadoras (chaperonas) que levam as proteínas desenaturadas a um mínimo global. Mobilidade Proteínas têm regiões móveis que, quando são visu- alizadas (por exemplo por difração de raio-x), aparecen borradas. Isso permite diferentes conformações: flexíveis e torcidas. 2 Estruturas de enevelamento Fibrosas: geralmente são proteínas estruturais. Exem- plos: colágeno (hélice à esqueda, muito incomum!), quera- tina, fibrolina... Globulares: podem ser enzimas, adortam essa estrutura principalpente por efeito hidrofóbico com o meio aquoso. Exemplo: (imunoglobulinas: anticorpos). Classificação de proteínas Simples: aminoácidos, apenas. Conjugadas: aminoácidos modificados ou outros gru- pos ligados (grupo prostético): Holoproteína: a proteína conjugada com seu grupo prostético. Apoproteína: a proteína conjugada sem seu grupo prostético. Proteínas monoméricas (estrutura terciária): Proteínas (oligo/poli)méricas: possuem estrutura qua- ternária. Homo-: suas subunidades são idênticas. Hétero- suas subunidades diferem entre si. Função proteica Enzimática (proteases, DNases): catalíticas e específicas. No início da catálise, forma um complexo com substrato e então estabiliza o estado de transição. Muitas vezes tem sua atividade regulada. Transporte (hemoglobina) Movimento (actina, miosina) Defesa (imunoglobulinas) Estrutura (colágeno, fibroína) Sinalização (de membrana) 2017/06/02 #faltei Cofatores enzimáticos Íons metálicos Coenzimas (cossubstrato): ligam-se temporaria- mente às enzimas. Grupo prstético: ligam-se covalentemente às enzi- mas. Estado de transição Estado de transição é um estado não observável teórico que ocorre na transição dos reagentes para produto. A dife- tença entre o∆G dos reagentes e o∆G estado de transição é chamado de energia de ativação. Os catalisadores atuam reduzindo a energia livre do es- tado de transição da reação catalisada, consequentemente reduzindo a energia de ativação. Mecanismos de catálise Sugestão - YouTube: Mechanisms of Enzyme Catalysis Catálise ácido-base Catálise covalente – formação transitória de uma ligação covalente entre o catalisador e o substrato Catálise por íons metálicos: pode ser por a. ligam-se ao substrato b. Mediam reações de oxidação-redução c. Estabilizam eletrostaticamente, ou protegem car- gas negativas Catálise eletrostática – exclusão de uma molécula de água do sítio ativo quando o substrato se liga Efeito de proximidade e orientação Catálise por ligação preferencial ao estado de transição – enzimas tensionam mecanicamente seus substratos em direção ao estado de transição pelos seus sítios de ligação. 2017/06/06 Cinética enzimática frutofuranosidase: sacarose glicose + frutose Quando a concentração do substrado é suficiente- mente alta, a velocidade de reação de uma enzima passa a ser independente da concentração, assim atingindo um va- lor limite. E + S k1 k-1 ES k2 P + E A velocidade da reação global é limitada pela segunda etapa da reação regida pela equação de Michaelis–Menten: v = d P d t = k2[ES] (1) Se a eficiência catalítica (que depente da afinidade entre a enzima e o substrato) é alta, atinge-se um ES altosuficiente, mesmo a concentração do substrato não sendo muito alta. Caso a velocidade de síntese do estado de tran- sição seja maior que a de transformação do ES em P + E, diz-se que a enzima atingiu o estado estacionário, d Pd t ≈ 0. É possível relaciotar a quantidade total das enzimas àquelas comlexadas por: [E]tot = [E] + [ES] Michaelis e Menten determinaram que para k2 � k1 a velocidade de reação é: v ([S]) = Vmáx[S] KM + [S] (2) onde Vmáx é a velocidade máxima em que todas as enzimas estão complexadas: Vmáx = k2[E]tot e KM é a consante de Michaelis dependente da afinidaden enzima-substrato denominada por: KM = k−1 +k2 k1 Se substitui-se KM na equação 2, encontra-se que: v (KM) = Vmáx 2 3 O gráfico de v × [S] tem o seguinte perfil: Gráfico de Michaelis–Menten Kcat/KM é uma medida de eficiência catalítica. 2017/06/08 Equação de Lineweaver-Burk: 1 V = KM Vmáx[S] + 1 Vmáx (3) O gráfico de 1/v ×1/[S] tem o seguinte perfil: Gráfico de Lineweaver-Burk Inibição enzimática Substâncias que reproxuzem a atividade de uma en- zima são conhecidas como inibidores. Há inibidores que se assemelham estruturalmente ao substrato, mas não reagem com a enzima e outros que afe- tam a atividade sem interferir na ligação do substrato. Inibição competitiva: suvbstância que compete dire- tamente pelo sítio de ligação da enzima. Gráfico de Lineweaver-Burk de uma enzima inibida por competidores. A curva 1 é sem inibidores enquanto as 2 e 3 são com diferentes inibidores. Inibição incompetitiva: Gráfico de Lineweaver-Burk de uma enzima inibida por ini- bidores incompetitivos. Inibição incompetitiva: . Gráfico de Lineweaver-Burk de uma enzima inibida por ini- bidores não competitivos. Inibição mista: sobreposição dos efeitos já citados. Inimição irreversível: ligam-se fortemente (covalen- temente) às enzimas. Modificam quimicamente os resíduos de aminoácios. Sua cinética assemelha-se muito a de um não ocmpetitivo. Regulação de atividade enzimática Controle quantidade de enzimas: velocidade de síntese proteica Contrele da atividade enzimática: Alterações estruturais que influenciam na ligação enzima-substrato. Efeitos alostéricos: ligação de moléculas marcado- ras que reforçam ou atenuam a atividade da enzima. En- zimas alistéricas não podem ser explicadas pelo modelo 4 de Michaelis-Menten, já que sua velocidade de catálise de- pende também da concentração do modulador. Fosforilação ou desfosforilação de resíduos específi- cos. Conteúdo da P4 2017/06/20 Carboidratos (sacarídeos) Moléculas biológicas mais abundante da natureza. Compostos apenas por C, H e O. Monossacarídeos Dão sintetizados a partir de CO2 e H2O. São ca- racteizados pela natureza química do grupo carbonila e no número de carbonos da cadeia. - Aldose (gliceraldeído, ribose, gliose, manose e galactose). Grupo aldeído no carbono 1. - Cetose (diidroxicetona, ribulose e frutose). Grupo centona no carbono 2. + Triose + Tetrose + Pentose + Hexose + Heptose Exemplo: aldo-hexose D-glicose H C O CH OH CHO H CH OH CH OH CH2OH Exemplo: ceto-hexose D-frutose CH2OH C O CHO H CH OH CH OH CH2OH Epímeros: diasteroisômeros que diferem em ape- nas um carbono quiral (hidroxila em torno de um carbono). Álcoois reagem com carbonilas de monossacarí- deos. Aldeídos passam a ser hemiacetais e cetonas passam a ser hemicetais. Alguns monossacarídeos de cadeia longa podem ter seu grupo álcool e sua carbonila unidos, formando açú- cares cíclicos. Formando hemiacetais e gemicetais. Em meio aquoso, quase sempre os acúcares de 5 ou mais car- bonos estão na forma cíclica. A reação não ocorre com a hi- droxila do último carbono e o produto é mais estável quão mais distante a hidroxila estiver da carbonila (podem ficar carbonos para fora do cíclo), então geralmente ocorre entre a carbonila e a hidroxila do penúltimo carbono. Piranose: acúcares cíclicos de 6 membros. Furanose: acúcares cíclicos de 5 membros. Exemplo: β-D-glicopiranose (hemicetal) OH H OH H OH H OH O OH Formas anoméricas: epímeros cíclicos, sendo α: OH para baixo, β OH para cima. Carbono da carbonila res- ponsável pela ciclizado é chamado de carbono anomérico. Derivados de açúcares: Nenhum desses podem mais ser chamados de acúcar. Muitas, senão todas, são substituições por grupos polares que auxiliam nas inteções com moléculas intra e inter celulares, sendo fundamentais para sinalização. Ácido aldônicos: acúcares podem sofrer oxi- dação de seu grupo aldeído, tornando-se um ácido carbo- xílico. Essa oxidação pode ocorrer por de forma branda ou por ação de enzimas. Para que isso, o acúcar precisa estar linearizado. Ácidos urônicos: acúcares podem sofre oxida- ção de seus diversos grupos hidroxila. Esse processo pode ocorre também na forma cíclica. Poli-hidroxiálcoois: decorre da redução do grupo carbonila. Substituição de OH por H: como na desoxirri- bose, ocorre substituição do OH do carmono 2 per um H. Substituição de OH por grupo amino: logo que é formado, geralmente, é acetilado. (Glicosamina, galacto- samina.) Ligação glicosídica: ligação entre um anôme- tro α e β com a liberação de H2O. Polissacarídeos (glicanos) Glicoconjugados 2017/06/23 #não anotei ?? De reserva: ramificado, com muitas terminações não- redutoras. Sendo, assim, possível angariar muitos monô- meros à estrutura e liberá-los eficientemente quando neces- sário. Amilose, Celulose: diferença entre ligação glicosídica α(1-4), β (1-4). α-amilopectina. 5 Glicoaminoglicanos (extracelulares), muito hidratados devido à presença de grupos fortemente polares. 2017/06/27 ?? Ácido hialurônico: importância cosmética: hidratação da pele. Condroitina: hidratação do tecido cartilaginoso. Heparina: presente na parede dos vasos sanguíneos. Tu- bos que armazenam sangue são geralmente são revestidos por esse glicosaminoglicano. Glicoconjugados Proteoglicanos Proteínas e glicosaminoglicanos. Na matriz extrace- lular agregam-se de modo covalente e não covalente numa estrutura de "escova de garrafa" (parecida com que lavam-se tubos de ensaio). Devido à estrutura, agrega grande (é sova- tada por) quantidade de água. Exemplo: ácido hialurônico (fita central de (4 a 40) kÅcom até 100 proteínas), queratan- sulfato, condroitina-sulfato. A porsão peptídica é composta predominantemente por resíduos de AAs com cadeias late- rias polares, principalmente serina e asparagina. O peptí- deo e o derivado de carboidrato ligam-se por uma ligaçao glicosídica (que libera H2O). A ligação é mediada por deri- vados de carboidratos. Proteoglicano: estrutura "escova de garrafa" Peptideoglicano Têm função estrutural. Parede de Peptídeoglicano: cadeia linear polissacarí- dica ligadas por meio de cadeias polipeptídicas. Essa con- tém D-alanina (D-aminoácido) rara que confere maior re- sistência a degradantes. Glicoproterínas São proteínas que sofreram processo pós- traducional em complexo de Golgi ou retículo endo- plasmático e recebem, por meio de ligação glicosídica (covalente) em resíduos de cadeia lateral polar que recebe uma porção de glicano (que pode representar (1 a 90) % da massa total). Esse processo aumenta a característica polar do composto. Biossinalização: Muitas proteínas de membrada têm glicanos associados que auxiliam no processo de identifica- ção de subtâncias. Exemplo: ligação de N-acetilglicosamina ligando-se, pelo O, à serina ou, pelo N, à asparagina. Glicolipídeos Conteúdo a ser tratado depois de se estudar lipídeos. Lipídios São moléculas que não formampolímeros, apesar de se agregarem, e apresentam estrutura bastante diversi- ficada. São componentes de membranas biológicas, têm função de reserva energética e participam de eventos de si- nalização intercelular (com participação dos gligolipídeos). A maioria desses são possuem insaturações (óleos). Aqueles saturanos são chamados de gorduras. Tipos de cadeia: aberta Possuem cabeça polar e cauda apolar. São ácidos carbo- xílicos com grupos laterais de longas cadeias de hidrocar- bonetos (geralmente em quantidade par). Exemplo: ácido graxo. Diferenças: quantidade de carbonos na cadeia e pre- sença de insaturações. É mais comum a ocorrência de ca- deias de 14 a 20 carbonos. Insaturações causam torção da cadeia apolar. A maioria desses possuem insaturações (são óleos) e ge- ralmente são líquidos em temperatura ambiente. A mai- orida das insaturações ocorrem entre os carbonos 9 e 10. Quando ocorre poliinsaturação, ocorre com saltos de 3. De- pendendo da posição recebe uma nomenclatura (ω-3,ω-6). Aqueles saturados são chamados de gorduras e geralmente são sólidos em temperatura ambiente. Lipídios de cadeia aberta insaturados são flexíveis, po- rém, por estereoquímica, a forma distentida tem menor energia. Quanto maior sua cadeia, maior sua temperatura de fusão. 2017/06/30 Classificação: Trigliceróis Triésteres com ácidos graxos (possuem três hidroxi- las). H CH OH CH OH CH OH H Glicerol + 3 C O R OH H CH O C O R CH O C O R CH O C O R H Triglicerídeo Esfingolipídeos Principal componente de membrena biológica. C1 e C2 são esterificados com ácidos graxos, no C3 ocorre a liga- ção com o fosfato, e ligado ao fosfato há um grupamento po- lar. A região dos dois reseíduos de ácidos graxos é apolar e 6 a região do resíduo de fosfato é polar, portanto a molécula é anfifílica. Esfingolipídeos Aparece a esfingosina no lugar do glicerol. Esfingomielina. Glicoesfingolipídeos (cerebrosídeos): ceramidas cu- jas cabeças polares possuem um resíduo de açúcar. Gangliosídeos. Tipo de cadeia: fechada São chamados de esteroides. Colesterol Presente entre as moléculas da bicamada de mem- branas. Conferem fluidez. Colesterol -> colesteril. Lipoproteínas A característica polar da proteína que envolve os lipídeos (majoritariamente apolares) permite o transporte pela cor- rente sanguínea. 2017/06/30 Nucleotídeos e Ácidos Nucleicos Composto formado por base nitrogenada, uma ribose (ou desoxirribose) e, pelo me- nos um, fostato ligado. Quando não há a ligação com fos- fato, o composto é chamado de nucleosídeo. Nucleotídeos Bases nitrogenadas São moléculas panares, aromáticas e heterocíclicas. São derivadas da purina e da pirimidina. Pirimidinas H N O N NH2 Citosina H O N H O CH3 Timina H N O N H O Uracila Purinas N H N N NH2 N Adenina N H N NH2 N H O N Guanina Nucleotídeos Funções alternativas e derivados de nucleotídeos Não pareados, desempenham funções além de arma- zenamento de informação. Exemplos: Nucleotídeos: ATP e GTP que participam do me- tabolismo energético. Derivados: NAD (dinucleótido de nicotinamida e adenina), FAD (dinucleótido de flavina e adenina) e coenzima-A que também participam do metabolismo ener- gétido. Enzimas que dependem de FAD são chamadas de flavoenzimas 7
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