Proteínas

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Instituto de Química de São Carlos – IQSC 
Universidade de São Paulo 
Proteínas 
Disciplina: Princípios de Química Orgânica e 
Bioquímica de Macromoléculas 
Docente: Profa. Dra. Fernanda Canduri 
 A cadeia polipeptídica 
Ângulos de torção ,  e  
O gráfico de Ramachandran 
Níveis de estrutura protéica 
Estrutura primária 
A cadeia polipeptídica 
Hélice Alfa 
 Distância entre resíduos adjacentes = 1,5 Å 
 
 Rotação de 100o entre AA adjacentes = 3,6 resíduos por volta = passo 
 
 1 Passo = 5,4 Å 
 Estrutura helicoidal à direita 
Estabilização por ligações de H entre aminoácidos (AA) próximos 
 n + 4 paralelas à direção da cadeia 
n n+1 n+2 n+3 n+4 n+5 
Estruturas secundárias 
A Hélice  
Interações entre os grupos R adjacentes podem estabilizar ou desestabilizar a 
Hélice Alfa  presença de Gly e Pro 
Exemplo de proteína constituída de hélices  
Folha beta pregueada 
 
 Estrutura distendida em ziguezague 
 Estabilizada por ligações de H pela C–C=O e H–N–
C da cadeia principal de AA distantes na seqüência de 
aminoácidos 
 Distância entre os carbonos alfa de AA adjacentes de 
3,5 Å 
Folha  
antiparalela 
Folha  
paralela 
Exemplo de proteína constituída de folhas  
Qual a diferença entre Fita e Folha ? 
Conectam os segmentos de Hélices Alfa e Folhas beta 
 Mudam a direção da cadeia 
São estruturas estabilizadas por ligações de H entre os grupos C–
C=O e H–N–C da cadeia principal do AA n e n + 3. 
Alças são segmentos maiores de 8 a 16 resíduos de AA 
 
Voltas 
Type II – presença de Gly e Pro 
Estrutura primária e secundária 
Estrutura Secundária 
Preferência relativa de 
estrutura Secundária pelos 
diferentes AA 
 Depende da seqüência 
de AA – estrutura primária 
 É possível predizer a 
estrutura secundária de 
uma seqüência por 
Bioinformática 
 Plot de Ramachandran dos diferentes tipos de Estruturas secundárias 
Plot de 
Ramachandran da 
Piruvato quinase 
- Cada ponto 
representa 1 resíduo 
(Exceto Gly) 
Estrutura Supersecundária 
 
Combinações entre diferentes arranjos de estrutura secundária 
 Formam domínios (ou motivos) característicos de famílias de proteínas 
Unidade βαβ 
Unidade alfa-alfa 
Meandro β 
Chave grega 
(Barril β) 
Barril  
Meandro β 
Estrutura terciária 
 
Relacionamento espacial entre todos os aminoácidos de um polipeptídeo 
  Estrutura tridimensional 
 Estabilizada por interações diversas entre as cadeias laterais e pontes dissulfeto 
 Ligações de H têm pequena contribuição  devido à competição com a água 
Pontes dissulfeto Ligações de H entre grupos R 
Atração eletrostática Interações 
hidrofóbicas 
Coordenação por íon 
metálico 
α Hélice 
Folha β 
Forças que estabilizam a estrutura protéica 
A estrutura terciária e quaternária 
Na estrutura terciária, aminoácidos 
da cadeia polipeptídica com 
características hidrofílicas tendem a 
permanecer na periferia, expostos 
ao solvente, enquanto aminoácidos 
hidrofóbicos, tendem a permanecer 
no interior da proteína. 
lisozima 
Malato desidrogenase (proteína dimérica) 
Proteína quinase (proteína trimérica) 
Estrutura Quaternária 
 
Reunião de diferentes subunidades 
Interações entre grupos laterais de cadeias diferentes 
Mesmas interações que na estrutura terciária 
 Possuem diversos eixos de simetria cristalina 
Lactato desidrogenase 
(tetramérica) 
Estrutura quaternária 
Consiste de mais de uma cadeia polipeptídica unidas por diferentes 
interações, formando polímeros necessários para a função da 
proteína. 
(b) Succinato desidrogenase (complexo II CTE) 
Classificação segundo Scope - 
Structural Classification of Proteins 
Banco de dados de Proteínas - O PDB 
Two views of the map of the protein structure space. 
Hou J et al. PNAS 2005;102:3651-3656 
©2005 by National Academy of Sciences 
Classes 
Multidomínios 
Classes 
Classes 
Proteínas de membrana 
Pequenas proteínas 
Enovelamento de proteínas 
 Ao longo da evolução, as células incorporaram mecanismos 
bastante eficientes para evitar que erros na transmissão da 
informação genética se propaguem na replicação, na transcrição e 
na tradução. 
 Ainda assim, é possível que proteínas recém sintetizadas não 
consigam desempenhar suas funções por erro no enovelamento. 
 Proteínas com multidomínios e multissubunidades, cujos 
componentes devem estar totalmente formados antes que se 
possam associar de modo correto entre si, necessitam de auxílio 
para tanto. 
Dogma de Anfinsen: As informações necessárias para uma 
proteína obter sua estrutura nativa estão na sequência de 
aminoácidos da proteína. 
Enovelamento protéico 
 
“O efeito hidrofóbico” 
 A introdução de um composto hidrofóbico perturba a rede de água; 
 A água tende a minimizar seu contato com as moléculas hidrofóbicas; 
 Exclusão do composto apolar da fase aquosa  Interações hidrofóbicas 
Formação de aglomerados apolares reduz a área de contato com a água 
Um conjunto de proteínas não-enoveladas no meio aquoso enovelam-se 
espontaneamente (ΔG < 0), para atingirem um estrutura organizada com baixa ΔS 
“O efeito hidrofóbico” 
 
 Existem exceções à regra - as proteínas de membrana 
Linguagem de 20 aminoácidos 
permitem a diversidade estrutural 
das proteínas 
Enovelamento de proteínas 
 
 As proteínas podem ser desnaturadas e renaturadas in vitro 
Agentes desnaturantes de proteínas freqüentemente utilizados no Laboratório de 
Bioquímica: Ácidos e detergentes, além de altas temperaturas 
Enovelamento de proteínas 
A proteína pode ser renaturada pela diálise e eliminação gradativa de um agente 
redutor 
A retirada do agente redutor de forma gradativa “catalisa” o enovelamento correto 
 RNase A possui 4 pontes dissulfeto 
 
 
Reenovelamento 
Incorreto 
Enovelamento de proteínas 
 O enovelamento é cooperativo 
O enovelamento ocorre de maneira hierárquica  porções locais enovelam 
primeiro e sucessivamente 
 Intermediários do enovelamento são observados 
Teoria do Funil 
Enovelamento de proteínas 
 Existem proteínas que, além de auxiliar o enovelamento 
protéico, encaminha a proteína à destruição, caso não seja 
possível atingir a configuração correta. 
 
 São as chaperonas moleculares: constituem uma família de 
proteínas que se ligam às proteínas desenoveladas ou às 
cadeias polipeptídicas parcialmente enoveladas para evitar a 
associação incorreta de segmentos hidrofóbicos expostos, os 
quais poderiam levar a um dobramento incorreto, agregação e 
precipitação. 
 Permitem ainda que proteínas enoveladas de maneira incorreta 
sejam reorganizadas em sua conformação nativa. 
 
Dinâmica de proteínas 
 
As proteínas possuem estruturas tridimensionais que são dinâmicas, 
permitem alterações conformacionais próprias de sua função biológica 
Estrutura resolvida por RMN Mudança conformacional na 
presente de um ligante 
Proteínas Globulares 
 
Proteínas assume uma forma aproximadamente esférica 
 A cadeia se enovela entorno de si mesma formando uma estrutura compacta 
 Geralmente solúveis em água 
 Ex.: Mioglobina e Triose fosfato isomerase 
Enovelamento promovido pelo colapso hidrofóbico 
Proteínas Fibrosas 
Proteínas filamentosas com a cadeia distendida ao longo de um eixo 
Função estrutural e de sustentação 
Insolúveis em água 
Ex.: Colágeno e Queratina  estrutura helicoidal 
Fibroína(seda)  Folha β anteparalela 
Proteínas Fibrosas 
Colágeno 
 Hélice à esquerda  3 aminoácidos por volta: Gly no interior 
Classificação de proteínas 
 
 Proteínas simples 
Compostas apenas por aminoácidos naturais 
 
Proteínas Conjugadas 
Contêm aminoácidos modificados ou outros grupos ligados 
Grupo prostético (ex: grupo heme) 
 
Holoproteínas  proteína com grupo prostético (ex: holomioglobina) 
Apoproteínas  proteína sem o grupo prostético (ex: apomioglobina) 
 
Proteínas monoméricas 
Proteínas oligoméricas: diméricas, triméricas, tetraméricas, ... 
 
Classificação de proteínas 
 
Proteínas oligoméricas 
Formadas por associações de subunidades polipeptídicas 
Homo = associação de cadeias idênticas 
Hetero = associação de diferentes cadeias 
 
Proteínas Estruturais 
Dão forma e sustentação ao organismo 
Ex: colágeno 
 
Proteínas Funcionais 
Desempenham funções diversas 
Ex: Catálise enzimática, transporte, defesa, etc.