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Função Proteica

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Função Proteica – Parte I
A função biológica é diretamente ligada à estrutura. Se a proteica está na sua conformação exata, possui uma função biológica. Se não, não terá função. Não basta estar apenas na sua conformação bioativa, ela necessita interagir com outras moléculas (ligantes), que possuem locais específicos pra essa interação (sítio de ligação – sítio enzimático/ativo).
Ligantes Substrato, modulador, mensageiro. Molécula que interage de modo reversível com uma proteína. 
Encaixe induzido: São alterações conformacionais da proteína quando interagem com seus ligantes. 
Interação Proteína-ligante
A interação proteína-ligante ocorre de modo complementar em:
- tamanho
- carga
- forma
- caráter hidrofílico/hidrofóbico
A proteína pode discriminar entre milhares de moléculas diferentes no seu ambiente e interagir seletivamente somente uma ou algumas. Uma dada proteína pode ter sítios de ligação separados para vários ligantes diferentes. 
As interações entre proteínas e ligantes podem ser reguladas por meio de interações específicas com um ou mais ligantes adicionais. Estes podem causar mudanças conformacionais na proteína que afetam a interação com o primeiro ligante. 
Docking/docagem: estuda a interação proteína-ligante e depende da entropia (melhor com baixo ∆G).
Tipos de Interação (Função Biológica)
Proteínas de ligação ao oxigênio – transporte e armazenamento de O2
Imunoglobulinas – anticorpos
Proteínas motoras – relacionada aos movimentos
Enzimas – catalisam reações (aceleradores)
Proteínas Fibrosas – estruturais (colágeno, elastina)
Transporte e armazenamento proteico de O2
Baixa hidrossolubilidade do O2
Evolução de organismos multicelulares foi acompanhada de proteínas de transporte e armazenamento de O2
Cadeias R dos aminoácidos e ferro sozinhos são ineficazes no transporte e armazenamento de O2
Heme-proteínas – Proteínas de Ligação ao Oxigênio (O2)
São proteínas que possuem o grupo prostético HEME: mioglobina e hemoglobina. O oxigênio é pouco solúvel em soluções aquosas e não pode ser transportado para os tecidos em quantidade suficiente se estiver simplesmente dissolvido no plasma sanguíneo. Nenhuma cadeia lateral dos aminoácidos das proteínas é adaptada para a ligação reversível de moléculas de oxigênio. Esta função é exercida por metais de transição (cobre e ferro) que apresentam forte tendência de se ligar ao oxigênio. 
COMPLEXO = Fe ligado a moléculas orgânicas (coenzimas). Feito de um átomo central – um cátion (metal de transição) e em volta dele há moléculas orgânicas (ligantes). O ferro 3+ não faz o transporte, pois já está oxidado. 
GRUPO HEME = Ferro envolto por protoporfirina, a qual está ligado um único átomo de ferro no estado ferroso Fe2+. Este átomo de ferro tem seis ligações de coordenação, quatro delas com os átomos de nitrogênio que fazem parte do sistema plano do anel de porfirina e duas perpendiculares à porfirina. Também está presente em processo de transferência de elétrons. O grupo heme também é encontrado em proteínas que participam de processos de transferência de elétrons (ex: citocromos). No estado Fe2+, o ferro liga oxigênio de forma reversível; no estado Fe3+, ele não liga oxigênio. As moléculas de heme livres, deixam o Fe2+ com duas ligações de coordenação “abertas”. 
LIGAÇÃO PROTEÍNA-Fe2+-O2 = Geralmente interage com histidina (imidazol). Tanto o sangue venoso quanto o sangue arterial tem CO2. A cor do sangue baseia-se na quantidade de O2. Quando o oxigênio se liga, as propriedades eletrônicas do ferro são alteradas; isto leva à mudança de cor do sangue venoso pobre em oxigênio do púrpura escuro para o vermelho brilhante do sangue arterial rico em oxigênio. 
Sangue venoso – pobre em O2 (púrpura escuro)
Sangue arterial – rico em O2 (vermelho brilhante)
MIOGLOBINA (Mb) = Proteína monomérica (1 cadeia polipeptídica); possui 153 resíduos de aminoácidos (152 ligações peptídicas); oito segmentos α-helicoidais (A-G); sete inflexões (ex: AB, FG, etc.); His93 ou His F8 coordena Fe2+ (oitavo aminoácido na α-hélice F – sustenta o grupo N). Ocorre em quase todos os mamíferos (tecido muscular). Facilita a difusão do O2 no músculo. Mamíferos aquáticos (focas e baleias) – armazenamento de O2, eficazes submersos devido à mioglobina.
Interação Proteína-Ligante
A função biológica da depende da capacidade da proteína associar-se ao Fe2+ e de dissociar-se dele. Depende do Fe2+ ligar-se e desligar-se do O2. É um processo reversível. 
 P + L ↔ PL 			
Ka: constante de associação
Kd: constante de dissociação
Kd = 1/Ka
Ka mede a afinidade do L pela P. Quanto maior Ka, maior é a afinidade de L por P. 
↑Ka = ↑PL = ↓P = ↓L
Vdir = kdir [P].[L]
Vinv = kinv [PL]
A ligação que tem maior afinidade é a água. As glicoproteínas são substâncias formadas por proteína e açúcar Encaixam receptores nas células hospedeiras para entrada de vírus estão na superfície. 
Por mais que tenha afinidade entre o anticorpo e o antígeno, para desenvolver a vacina é difícil, pois o antígeno é mutagênico. Estudar processos antígeno-anticorpos é melhor que enzima-substrato, pois tem alta afinidade. 
A Phe CD1 faz interação hidrofóbica com o grupo R. Para o O2 se encaixar, vários aminoácidos ajudam, se ligando ao grupo prostético. Toda ligação de hidrogênio angular é mais fraca. Quando o monóxido de carbono se liga ao Fe, tudo estará a 180° (perfeita) Asfixia (ligação de hidrogênio forte).
Células sanguíneas
Eritrócitos – células vermelhas (hemácias)
Trombócitos – plaquetas, coagulação
Leucócitos – série branca (macrófagos, basófilos, etc)
Quase todo O2 carregado pelo sangue total em animais está ligado à hemoglobina armazenada em eritrócitos. O plasma sanguíneo é tudo o que não é célula.
ERITRÓCITOS = São pequenos discos bicôncavos (6-9 um); provenientes de células-tronco (capazes de se diferenciar em várias células – totipotencialidade) chamadas de hemocitoblastos; apresentam grande quantidade de hemoglobina (34% do peso total); ausência de núcleo, mitocôndrias e retículo endoplasmático; incapazes de se reproduzir (não se dividem, pois não tem núcleo); duração média de 120 dias. 
HEMOGLOBINA (Hb) = Proteína Tetramérica. Apresenta quatro subunidades polipeptídicas:
- Duas Subunidades alfa – 141 resíduos de aminoácidos
- Duas Subunidades beta – 146 resíduos de aminoácidos
- Quatro grupos prostéticos heme
A estrutura quaternária da Hb caracteriza-se por interações fortes entre as quatro subunidades. A interface α1β1e α2β2 envolve a interação de 30 aminoácidos, permitindo a resistência dos dímeros α β à ureia. Interface α1β2 e α2β1 envolve 19 aminoácidos.
Interações: hidrofóbicas > ligações de hidrogênio > íon-íon
SANGUE ARTERIAL: 96% de Hb saturada de O2
SANGUE VENOSO: 64% de Hb saturada de O2 
α1β1com α2β2 não são facilmente rompidas, pois são ligadas por 30 aminoácidos (ligações fortes). α1β2 e α2β1 são ligações mais fracas.
	β2
α1
β1
α2
Na mioglobina e na hemoglobina, há uma disposição igual do grupo heme. As cadeiras polipeptídicas são homólogas: estruturas primárias iguais, funções biológicas parecidas. Na mioglobina, o heme logo se satura, pois tem função de armazenamento. Na hemoglobina, ocorre atividade cooperativa entre subunidades repetitivas. 
Mioglobina: Curva hiperbólica de ligação ao oxigênio. Satura rapidamente (se associa muito ao O2), quase chega a 100%. Armazena mais, então é mais importante que ele se ligue (1 grupo heme). É relativamente insensível à pequenas alterações na concentração do oxigênio dissolvido e por isso funciona bem como proteína de armazenamento. 
Hemoglobina: Curva sigmoida que rflete a transição de um estado de baixa afinidade para um de alta afinidade. Responde pouco, mas quando responde é linear. Não se satura 100%. Tem função de transporte (4 grupos heme). Dá um salto na saturação devido à atividade cooperativa entre as subunidades polipeptídicas. Proteína alostérica. 
PROTEÍNA ALOSTÉRICA = É aquela na qual a interaçãocom um ligante em um sítio afeta (+ ou -) as propriedades de ligação de outros sítios na mesma proteína (precisa ter apenas estrutura terciária). Ela possui diferentes confômeros, os quais foram induzidos pela presença dos ligantes denominados MODULADORES (positivos ou negativos).Ligações que interferem em outros sítios provoca mudança conformacional. 
Se o modulador for o ligante, a interação é homotrópica (ele mesmo modula sua própria ação). Se o modulador for diferente do ligante, a interação é heterotrópica (composto diferente do ligante realiza a função). 
A ligação do oxigênio com a hemoglobina, é uma forma de ligação alostérica. A interação de um ligante afeta a afinidade de qualquer sítio de ligação ainda não ocupado. Existe somente um sítio de ligação para o O2 em cada subunidade, de forma que os efeitos alostéricos que dão origem à cooperatividade são mediados por mudanças conformacionais transmitidas de uma subunidade à outra por interações subunidade-subunidade. 
ANEMIA FALCIFORME (HbS) = Doença genética, que pacientes apresentam Hb, contendo Glu substituído por Val na posição 6 nas cadeias β. Como a Val tem uma parte hidrofóbica, não podem ser solvatadas, então se juntam interagindo entre si, formando filamentos. Quando forma filamentos, deixa de ser globosa e forma fibras. 
Glu menos polar, fica para fora da proteína para interagir com a água.
Val apolar, tem uma parte hidrofóbica.
Hba = adulto / Hbf = fetal (não precisa ser muito cooperativa).
Permuta de um aminoácido carregado negativamente por um aminoácido apolar gera uma região hidrofóbica na superfície da Hb, que causa a agregação das moléculas de Hb em feixes.
LEUCÓCITOS = série branca (defesa)
Macrófagos: Ingerem por fagocitose células e partículas grandes.
Linfócitos B (B): Produzem e secretam imunoglobulinas (proteínas plasmáticas) – medula óssea. Produz anticorpos.
Linfócitos T Citotóxicos (Tc): Interagem com células hospedeiras infectadas que expressam receptores de superfície. Matam células infectadas – timo. 
Linfócitos T Auxiliares (Th): Interagem com macrófagos e secretam citocinas (interleucinas e interferons – mensageiros celulares) que estimulam a proliferação de Tc, Th e B. A citocina estimula outras células de defesa.
O linfócito Tc e o Th estão relacionados à interações com outras células, normalmente infectadas. 
Tipos de Resposta Imunológica
Sistema Imunológico Células: Resposta mediada por células que destroem células hospedeiras infectadas.
Sistema Imunológico Humoral: Resposta extracelular via plasma sanguíneo para infecções bacterianas e virais e xenobióticos mediado por imunoglobulinas (anticorpos). 
IMUNOGLOBULINAS (Ig) = Constituem 20% das proteínas sanguíneas (o resto é albumina sérica). São produzidas pelos linfócitos B. Os humanos produzem mais de 108 imunoglobulinas.
Antígeno Qualquer molécula ou patógeno capaz de induzir uma resposta imunológica. Produz anticorpos pelo linfócito B. Ex: Vírus, parede bacteriana (lipopolissacarídeos), proteína isolada ou outra macromolécula. 
Um antígeno complexo (bactéria) pode interagir com vários anticorpos diferentes. 
Fatores de virulência são produzidos para infectar uma célula (vírus, bactéria, fungos).
Determinante antigênico ou epitopo Trata-se de uma estrutura molecular presente no antígeno que liga-se especificamente ao anticorpo ou um receptor expresso em uma célula T. moléculas com massa molecular menor que 5000Da não são reconhecidas como antígenos 
 Haptenos Moléculas pequenas que se ligam a proteínas conferindo-lhes antigenicidade. Moléculas pequenas não são antigênicas, mas quando interagem com outra proteína, ficam antigênicas. Haptenos são na maioria aldeídos, pois são muito reativos. 
IMUNOGLOBULINAS G (IgG) = Formato de Y. É a principal classe de imunoglobulinas, sendo uma das proteínas mais abundantes nos soros. Apresenta quatro cadeias polipeptídicas. 
- Duas cadeias pesadas (H, grandes)
- Duas cadeias leves (L, pequenas)
C = domínio constante – liberdade conformacional do resto da cadeia
V = domínio variável – reconhece mais antígenos (extremidade do Y, onde se liga o antígeno)
Fab = fragmento de ligação ao antígeno
Fc = fragmento cristalizável
Podem ser hidrolisadas por proteases. A hidrólise pela papaína libera o fragmento basal, chamado de Fc e os dois ramos chamados de Fab. A papaína cliva Fab e Fc. Na conformação de uma IgG, predomina β-pregueada. Faz ligações dissulfetos e o carboidrato ligado é cristalizado com um pedaço de preceptor Fe.
Complexo Antígeno Anticorpo (Humoral)
	Ligação dissulfeto		 Se liga à receptores Fe -comunicação entre sistema humoral e celular.
Epítopo (parte que está sendo reconhecida) – complementar à parte variável
A especificidade de ligação de um anticorpo é determinada pelos resíduos de aminoácidos nos domínios variáveis de suas cadeias leves e pesadas. Muitos resíduos destes domínios são variáveis, de uma forma aleatória. A especificidade é conferida pela complementaridade química entre o antígeno e o seu sítio específico de ligação, em termos de forma e da localização dos grupos carregados, apolares e com ligações de hidrogênio. As mudanças conformacionais no anticorpo e/ou no antígeno permitem a interação completa entre os grupos complementares. Este é um exemplo de encaixe-induzido. 
Fagocitose de um vírus coberto por IgGs
O anticorpo reconhece o epítopo e se liga. Esse processo é fundamental para o organismo (ligação proteína anticorpo)
Encaixe Induzido IgG Anti-HIV e Peptídeo do HIV
A presença do antígeno altera a conformação da Ig. 
Estrutura – Imunoglobulinas
IgD e IgE são estruturalmente semelhantes a IgG
IgM ocorre como monômero (quando ligada à membrana) ou como pentâmero (quando secretada) 
IgA ocorre como mono-, di- ou trímero secretada na saliva, lágrima e leite (amamentação – passa a proteção da mãe para o bebê). 
Função – Imunoglobulinas
IgM primeiro anticorpo secretado por linfócitos B nos estágios iniciais da resposta imunológica (não se liga facilmente a Fc).
IgG segundo a ser produzido, por linfócitos B de memória. Permanência de imunidade mesmo na ausência do antígeno (não deixa aparecer a mesma doença de novo).
IgE – RESPOSTA ALÉRGICA - Interage com basófilos (leucócitos fagocíticos) e mastócitos (células secretoras de histamina) por meio de sua região Fc a receptores.

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