Estrutura de Proteínas e Aminoácidos

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CLASSIFICAÇÃO E ESTRUTURA DE 
AMINOÁCIDOS, PEPTÍDEOS E PROTEÍNAS 
01 
Prof. Rafael Braga Gonçalves 
Universidade Federal do Estado do Rio de Janeiro 
Centro de Ciências Biomédicas 
Instituto Biomédico 
Departamento de Bioquímica 
01 
ATIVIDADE BIOLÓGICA x NUTRIÇÃO 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Características gerais 
 Depois da água são as estruturas mais abundantes no organismo. 
 Estão envolvidas em diversos processos biológicos tais como: 
 Catálise 
 Transporte e Armazenamento 
 Movimento 
 Sustentação 
 Imunidade 
 Impulsos nervosos 
 Crescimento e Diferenciação 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Diversidade estrutural 
Nelson & Cox, 2000 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Genoma x Proteoma 
 
A Biologia Contemporânea está dirigida para o 
entendimento da interação de moléculas dentro das 
células e das interações entre células que permitem a 
construção de um organismo multicelular. No atual 
milênio duas grandes forças irão remodelar a 
Biologia Celular Molecular: 
 
Genomas: o conhecimento da seqüência completa de 
DNA de muitos organismos 
 
Proteomas: o conhecimento de todas as possíveis 
formas e funções das proteínas 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Níveis estruturais 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Aminoácidos e ligações peptídicas 
 As proteínas são compostas por um repertório de 20 aminoácidos que se diferenciam por seu 
grupamento R que é ligado ao carbono . 
 Esses aminoácidos são unidos por ligações peptídicas dando origem a um polipeptídeo. 
 Portanto, as proteínas são complexos constituídas por aminoácidos ligados por ligações 
peptídicas. Uma cadeia de aminoácidos denomina-se de "peptídeo", estas podem possuir: 2 
(dipeptídeos), 3 (tripeptídeos) ou 4 aminoácidos (tetrapeptídeos), e dezenas de aminoácidos 
(polipeptídeos). O termo proteina é dado quando na composição do polipeptídeo entram centenas 
ou milhares de aminoácidos. 
 As proteínas são macromoléculas complexas, 
compostas de amino ácidos, e são os constituintes 
básicos da vida: tanto que seu nome deriva da 
palavra grega "proteios", que significa "em primeiro 
lugar". 
 Nos animais, as proteínas representam cerca do 50 
a 80% do peso seco da célula sendo, portanto, depois 
da água são as estruturas mais abundantes no 
organismo. 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Aminoácidos e ligações peptídicas 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Aminoácidos e ligações peptídicas 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Aminoácidos e ligações peptídicas 
Curva de titulação 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Aminoácidos e ligações peptídicas 
A ligação peptídica ocorre 
entre dois aminoácidos 
liberando uma molécula de 
água. 
Nelson & Cox, 2000 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Aminoácidos e ligações peptídicas 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Aminoácidos e ligações peptídicas 
 As ligações peptídicas se dão sempre no sentido N-terminal para o sentido 
C-terminal. 
 Uma certa liberdade pode ocorrer entre o N—C (-phi) e entre o C-C 
(-psi). 
 As ligações peptídicas são rígidas e planas devido ao caráter parcial de 
dupla ligação de C—N. 
Nelson & Cox, 2000 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Interações em biomoléculas 
As proteínas são estabilizadas 
principalmente por ligações não-
covalentes. 
Nelson & Cox, 2000 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Estrutura primária 
A estrutura primária é expressa quando ocorre a ligação de um 
aminoácido a outro, ou seja, é a sequência dos aminoácidos na cadeia 
polipeptídica. Essa ligação se dá principalmente por ligações 
peptídicas e também por forças de van der Waals. 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Estrutura secundária 
 O esqueleto da estrutura primária das proteínas pode assumir alguns 
motivos específicos que serão de fundamental importância tanto para sua 
função quanto para a sua análise. 
 As estruturas mais abundantemente encontradas são as -hélices e as 
folhas-. 
Nelson & Cox, 2000 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Estrutura secundária: α-hélice 
 A -hélice é uma estrutura onde o 
esqueleto da proteína forma um eixo 
imaginário e o grupamento R forma a 
parte externa da hélice. 
 As pontes de hidrogênio 
ligam um grupamento CO de 
um aminoácido a um 
grupamento NH de um 
aminoácido a quatro unidades 
adiante. Cada aminoácido 
relaciona-se com o seguinte 
por um deslocamento de 3.6 
radicais de aminoácidos por 
volta de hélice. 
Nelson & Cox, 2000 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Estrutura secundária: α-hélice 
A parte central da hélice é 
extremamente condensada uma 
vez que é governada por forças 
de van der Waals. 
Nelson & Cox, 2000 Nelson & Cox, 2000 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Estrutura secundária: Folha-β 
 Esta é uma estrutura bem distinta das -hélices sob diversos aspectos. Um deles é que 
a folha-  possui uma estrutura quase totalmente distendida, em comparação a estrutura 
em forma de bastão que predomina nas -hélices. Outro aspecto importante é que 
embora a folha-  também seja estabilizada por pontes de hidrogênio, estas ligações 
entre os grupamentos CO e NH ocorrem em fitas diferentes, enquanto que nas -hélices 
estas interações ocorrem no mesmo filamento. 
Berger, Tymoczko & Stryer, 2008 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Estrutura secundária: Volta-β 
Aproximadamente 1/3 de 
todos os aminoácidos de 
proteínas globulares 
possuem voltas. Essas 
voltas denominam-se 
volta  e ela ocorre 
mudando a direção das 
cadeias e conectando -
hélices e/ou folhas- . 
 Glicina Prolina Glicina Prolina 
Nelson & Cox, 2000 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Estrutura secundária: Predição 
Nelson & Cox, 2000 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Estrutura terciária 
Chamamos de estrutura terciária o arranjo tridimensional de todos os átomos 
da proteína a que nos referimos. Esse arranjo inclui uma série de aspectos 
relativos aos aminoácidos na sequência primária, ou seja, a sequência 
primária é que irá determinar o enovelamento correto da proteína. 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Enovelamento protéico 
Nelson & Cox, 2000 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Estrutura terciária: interações químicas 
Agente redutor 
As conformações das proteínas são estabilizadas por diferentes interações. 
Apenas as pontes de enxofre formam ligações covalentes. 
Agente redutor 
Berger, Tymoczko & Stryer, 2008 
As pontes de hidrogênio participam em todas as 
proteínas e podem se formar tanto dentro da 
estrutura secundária quanto em resíduos mais 
distantes. 
Ligações hidrofóbicas são especialmente 
importantes na estabilidade da conformação 
nativa uma vez que resíduos hidrofóbicos estão 
interiorizados na proteína. 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Estrutura terciária: interações químicas 
Nelson & Cox, 2000 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Estrutura quaternária 
Fonte: Protein Data Bank 
Proteínas Fibrosas x Proteínas Globulares 
Fibrosas 
• Fornecem suporte, forma e proteção 
externa aos vertebrados 
• Insolúveis em água 
-Queratina 
• O superenovelamento amplia a resistência da estrutura. 
• Cabelos, lã, unhas, garras, espinhos, chifres, cascos e pele. 
• Ligações dissulfeto estabilizam a estrutura quaternária. 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Classificação das proteínas: 
Redução das Pontes de Enxofre 
Colágeno 
• Encontrado em tecidos conjuntivos como tendões, cartilagens, matriz dos ossos e na córnea. 
• 3 alfa-hélices superenoveladas. 
 
 
As cadeias alfa das moléculas de colágeno 
são unidas por tipos não habituais de 
ligações covalentes cruzadas. À medida que 
as pessoas envelhecem há um acúmulo 
destas ligações,o que aumenta a rigidez e a 
inelasticidade do tecido conjuntivo. 
Proteínas Globulares 
Incluem as enzimas, as proteínas transportadoras, as proteínas motoras, as 
proteínas regulatórias, as imunoglobulinas etc. 
 
 
 
H3N CH
CH3
C
O
N
H
CH C
OCH2
OH
OH
 
+
 
H3N CH
CH3
COH
O
+ CH C
OCH2
OH
OHH3N
H2O, H
+
+
+
heat
 
 
 
Requer ácido ou base, presença de água ou aquecimento. 
Leva a formação de peptídeos ou aminoácidos isolados. 
Assemelha-se a digestão utilizando-se enzimas. 
Ocorre dentro das células para a obtenção de aminoácidos para a síntese de 
proteínas e tecidos. 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Introdução – hidrólise de proteínas 
Ribonuclease A 
– Proteína monomérica (4 S-S) 
– Uréia e mercaptoetanol (desnaturante e 
redutor) 
 
 
 
 
– Diálise 
– Mediu Atividade da enzima 
 
 
 
N D 
Perda da estrutura protéica 
resulta na perda de função. 
D N 
HS-CH2-CH2-SH 
b-mercaptoetanol 
 
H2N-CO-NH2 
Uréia 
 
Seqüência primária 
 
Estruturas secundária e terciária 
 
Proteína Funcional 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Enovelamento protéico: 
A via de enovelamento de um grande polipeptídeo é complicada e nem todos os 
princípios que orientam este processo foram esclarecidos. 
Primeiro Modelo 
O processo de enovelamento é visto de forma hierárquica. 
 
• Estruturas secundárias locais formam-se inicialmente; 
• Seguem interações envolvendo maiores distâncias; 
• O processo continua até a formação de domínios completos e o completo enovelamento do 
polipeptídeo. 
 Segundo Modelo 
Colapso hidrofóbico 
 
• Há um colapso espontâneo do polipeptídeo em um estado compacto; 
• Este colapso é mediado por interações hidrofóbicas entre resíduos apolares; 
• O estado resultante desse colapso pode ter um conteúdo elevado de estrutura secundária. 
 
 
 A maioria das proteínas 
provavelmente se enovela por um processo 
 que incorpora os dois modelos. 
 Desenovelado 
 
 Intermediário (s) 
 
 Enovelado 
Enovelamento Protéico Assistido 
• Intermediários 
• Resíduos hidrofóbicos expostos – agregação 
• Formação de pontes de enxofre incorretas 
• Isomerização dos resíduos de prolina 
• Precursores – remoção depois do enovelamento 
 • Proteínas de Choque Térmico – HSP70 
• Encontradas em células submetidas ao estresse térmico. 
• Elas se ligam às regiões hidrofóbicas das proteínas que 
ainda estão desenoveladas, evitando que a proteína agregue. 
• Elas funcionam como uma espécie de concha que se abre 
permitindo a entrada do polipeptídeo desenovelado, 
fechando-se em seguida. Gasto de ATP. 
• Chaperoninas 
• Proteínas complexas que ajudam no enovelamento de 
proteínas que não sabem se enovelar sozinhas. 
• Neste processo também há gasto de ATP. 
 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
O funil energético: 
Desenovelado Intermediário (s) Enovelado 
Mal Enovelado 
ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
 Enovelamento incorreto e agregação protéica : 
Native 
Protein 
Misfolded 
Isoform 
Association 
Small Oligomers 
Amyloid Fibrils 
Protofibrils 
ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
 Enovelamento incorreto e agregação protéica : 
Encefalopatias Espongiformes 
Mal enovelamento de proteínas e agregação. 
 
• Transmissível 
PrPC PrPSC 
Doença de Alzheimer 
• Funções cognitivas como memória, fala e raciocínio. 
• Placa senil ou placa amilóide (peptídeo A neurotóxico). 
 
 
August D., primeira 
paciente 1901 
Em geral, existem 3 vias para regular a função/atividade de proteínas. 
• A célula pode: 
– Regular a taxa de síntese de proteínas; 
– Regular a taxa de degradação; 
– Regular a taxa de atividade intrínseca da proteína através de interações covalentes e não-
covalentes 
• Ligação de uma molécula específica; 
• Modificação química. 
 
 
 
 
Sistema Ubiquitina-Proteassoma 
Regulação da taxa de degradação 
 
• Complexo multienzimático 
• Região catalítica localizada internamente 
• Ubiquitina (76 aas) 
• Degradação, localização e atividade da proteína 
 
 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
 Regulação da função e da atividade: 
Fosforilação 
Fosforilação e Defosforilação regulam covalentemente a atividade da proteína. 
 
• Um dos mecanismos mais comum de regulação da atividade de proteínas. 
• Proteínas quinases catalisam a fosforilação e fosfatases catalisam a defosforilação. 
• A fosforilação altera a carga da proteína e geralmente leva a uma mudança conformacional. 
• Fosfofrutoquinase-2 e frutose 2,6-bifosfatase (enzima bifuncional). 
 
 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
 Fatores que afetam sua estabilidade 
calor 
pH 
alta pressão 
agentes químicos: uréia, cloreto de guanidina, etc. 
agentes mecânicos: agitação 
 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Fatores que afetam sua estabilidade – alta temperatura 
01 
EXPLORANDO AS PROTEÍNAS 
 A solubilidade das proteínas 
depende enormemente da 
concentração de sal no meio. 
 Sua solubilidade aumenta a 
medida que aumenta a força 
iônica do meio pois mais íons vão 
se ligando na molécula e 
prevenindo sua agregação (salting 
in). 
 Numa força iônica muito alta, 
os sais acabam por envolver as 
moléculas levando sua agregação 
e precipitação (salting out) Devido 
essa característica é possível 
separar as proteínas de acordo 
com sua solubilidade. 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Isolamento e purificação: precipitação por sais 
Nelson & Cox, 2000 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Isolamento e purificação: centrifugação 
Berger, Tymoczko & Stryer, 2008 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Isolamento e purificação: cromatografia líquida 
 Numa coluna de 
cromatografia as proteínas 
podem ser separadas por carga, 
tamanho, afinidade e outras 
propriedades. 
 Este tipo de coluna contém 
sempre uma fase sólida (matriz) 
e uma fase móvel que pode ser 
uma solução de proteínas. 
Nelson & Cox, 2000 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Explorando as proteínas: eletroforese em gel 
 A eletroforese de proteínas é geralmente 
realizada num polímero de poliacrilamida (gel). A 
migração das proteínas se dá em função de seu 
tamanho e forma. 
 A eletroforese é uma técnica muito poderosa e 
amplamente utilizada na análise de proteínas em 
função de seu tamanho. 
 Proteínas carregadas pela ligação de SDS 
migram através de um campo elétrico em direção 
ao polo positivo. 
Nelson & Cox, 2000 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Explorando as proteínas: High Performance Liquid Chromatography 
 O aparelho de HPLC funciona com 
diversos tipos de colunas pré-empacotadas 
que separam as proteínas por sua carga, 
tamanho, afinidade e etc. 
 A cromatografia líquida de alta 
performance ou HPLC é uma técnica 
avançada que usa alta pressão para 
movimentar as moléculas de proteína 
rapidamente através da coluna. 
 Estas características proporcionam que 
as moléculas fluam através da coluna de 
maneira que diminua a difusão das bandas 
com conseqüente aumento da resolução. 
Berger, Tymoczko & Stryer, 2008 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Explorando as proteínas: dicroísmo circular 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Explorando as proteínas: espectrometria de massa 
Berger, Tymoczko & Stryer, 2008 
 ESTRUTURA DE PROTEÍNAS 
Resumo: