4ª Aula

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Bioquímica I
C d Q í i UFSCCurso de Química – UFSCar
4ª. Aula: 
Estrutura de ProteínasEstrutura de Proteínas 
Profa. Dra. Maria Teresa Marques Novo
D t t d G éti E l ã DGEDepartamento de Genética e Evolução – DGE
Centro de Ciências Biológicas e da Saúde (CCBS)
UFSCar- São CarlosUFSCar- São Carlos
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Estrutura das Proteínas
• Níveis de Estrutura: 
primária, secundária, terciária e quaternária
• Proteínas globulares e fibrosasg
P t í i l j d• Proteínas simples e conjugadas
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Proteínas:Proteínas:
Níveis Estruturais
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Estrutura primária: a ligação peptídica
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E t t i á iEstrutura primária: 
a seqüência de aminoácidos
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E t t P i á iEstrutura Primária: 
a seqüência de aminoácidos
• É a sequência de aa. da 
cadeia polipeptídica, que é 
determinada geneticamente, g ,
sendo específica para cada 
proteína Ex insulinaproteína. Ex. insulina
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Estrutura Primária:Estrutura Primária: 
a seqüência de aminoácidos
• É a sequência de aa. que
determina a estrutura espacial da
proteína, pois a sequência
determina o tipo de interação
entre os grupos R e a águaentre os grupos R e a água
• Cada aa apresenta características
de carga, volume e solubilidadeg ,
em água muito variáveis. 7
Estrutura Secundária
• Descreve as estruturasDescreve as estruturas
tridimensionais regulares
formadas por segmentosformadas por segmentos
da cadeia polipeptídica
• Duas são particularmenteDuas são particularmente
estáveis (ocorrem em
t d d i )segmentos da cadeia):
1. α-hélice
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Estrutura Secundária
1. α-hélice:
enrolamento da cadeia-enrolamento da cadeia
ao redor de um eixo
- é a estrutura mais
simples que uma cadeiasimples que uma cadeia
polipeptídica pode
assumir com suasassumir com suas
unidades peptídicas
í id C fl í irígidas e Cα flexíveis
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Estrutura Secundária
α-hélice 
• A α-hélice e a folha β-pregueada são 
conformações que estabilizam-se devido a 
pontes de entre os grupos NH e C=O das p g p
unidades peptídicas
• Embora fracas como são em grande nº: as• Embora fracas, como são em grande nº: as 
pontes de H conferem alta estabilidade!
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Estrutura Secundária
α-hélice 
• cada ligação peptídica 
tá l idestá envolvida na 
formação das pontes H
• há 3,6 resíduos de aa 
para cada voltapara cada volta 
• as pontes são paralelas 
i d héliao eixo da hélice
• R para fora (não 11R para fora (não 
participam das pontes!)
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Estrutura Secundária
α-hélice 
• independe até certo 
t d Rponto dos R
• Porém: se R se repetir p
(mesma carga), α-hélice 
não se forma por ex anão se forma, por ex., a 
polilisina em pH 7 (R+)
12 á• mas em pH 12 está 
desprotonada: α-hélice se 
forma
12
Estrutura Secundária
Impedimentos da α-hélice 
• Prolina
• não tem H no grupo imino
• α-hélice não se forma
• Na estrutura primária: prolina fica entre α- hélicesNa estrutura primária: prolina fica entre α- hélices
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Estrutura Secundária
2. Conformação β:
- interação lateral de
segmentos de uma
cadeia polipeptídica oucadeia polipeptídica ou
de cadeias diferentes
f ã i- conformação mais
estendida que a α-
hélice
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Estrutura Secundária:
Conformação β
• setas que apontam é 
i b li d dsimbolizada por da 
extremidade amino para 
a carbóxi-terminal
• grupos R: para cima e 
b i d l dpara baixo do plano da 
folha pregueada
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Estrutura Secundária:
Tipos de Conformação β
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β- turns : 
fconectam dois segmentos da folha β anti-paralela
(ponte de hidrogênio entre 1º. e 4º. aminoácido)
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E t t t iá iEstrutura terciária: 
dobramento da cadeia
• Estabilizada por ligações (ou interações)Estabilizada por ligações (ou interações)
entre as cadeias laterais dos aminoácidos
• Tipos:
- não covalentes: pontes de H,
interações hidrofóbicas, ligaçõesç , g ç
eletrostáticas
- covalentes: pontes de dissulfetocovalentes: pontes de dissulfeto
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Estrutura terciária: 
dobramento da cadeia: interações não covalentes 
•
Pontes de H:
Ex. Ser ou Thr com
A GlAsn ou Gln
(não confundir com(não confundir com
pontes da estrutura
secundária; esta é maissecundária; esta é mais
regular) 19
Estrutura terciária: 
dobramento da cadeia: interações não covalentes 
Interações
hid fóbihidrofóbicas:
- entre cadeias
laterais de aalaterais de aa
hidrofóbicos
(apolares)(apolares)
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Estrutura terciária: 
dobramento da cadeia: interações não covalentes 
Interações hidrofóbicas:
- não resultam de atração entre os R apolares, mas sim,
l li i i l d l l ise localizam no interior apolar da molécula protéica;
i i f i l- são as mais importantes para a conformação espacial
das proteínas:
• devido ao meio aquoso polar• devido ao meio aquoso polar
• pois aa apolares são em grande nº (oito, exceto
Gly)Gly).
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Estrutura terciária: 
dobramento da cadeia: interações não covalentes 
Ligações Eletrostáticas :
• Interações de grupos R com cargas opostas (entre• Interações de grupos R com cargas opostas (entre
Lys, Arg, His e aa ácidos Asp, Glu)
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Estrutura terciária: 
dobramento da cadeia: interações não covalentes 
Ligações Eletrostáticas :g ç
OOcorrem:
d b d i• para dobrar a cadeia
• estabelecendo interações íon-dipolo com água
(ocorrem principalmente na superfície da proteína)(ocorrem principalmente na superfície da proteína)
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E t t t iá iEstrutura terciária: 
dobramento da cadeia: interações covalentes 
• Pontes de Dissulfeto:• Pontes de Dissulfeto:
É uma ligação covalente entre 2 cisteínas que- É uma ligação covalente entre 2 cisteínas que
também estabilizam (formação de cistina)
- Não são formadas com frequência dentro da
célula: ambiente redutor
- Presentes em proteínas excretadas pela célula:p p
ex. insulina
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Estrutura quaternária: q
Associação de cadeias
• hemoglobina
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Estrutura quaternária: q
Associação de cadeias
• Associação de 2 ou mais cadeias polipeptídicas 
(subunidades iguais ou diferentes)
• Resultado: proteína OLIGOMÉRICAResultado: proteína OLIGOMÉRICA
• Mantida por ligações não covalentes 
( lh i )(semelhante as que mantém estrutura 3ária).
• Ex. hemoglobina: 2 α, 2 β (associaçãoEx. hemoglobina: 2 α, 2 β (associação 
principalmente devido a interações 
hidrofóbicas)hidrofóbicas)
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ÍPROTEÍNAS 
GLOBULARESGLOBULARES 
E 
FIBROSASFIBROSAS
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Proteínas globulares
• São aproximadamente esféricas
• Estrutura mais complexa que as filamentosas
• Ex: enzimas anticorpos proteínas reguladoras• Ex: enzimas, anticorpos, proteínas reguladoras 
e transportadoras (função dinâmica, não de 
)estrutura)
• Vários tipos de estrutura 2ária ou apenas l tipoVários tipos de estrutura 2ária ou apenas l tipo
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O arranjo tridimensional das proteínas globulares:
estruturas supersecundárias (motifs ou folds):
A j tá i d á i l t d t t dá iArranjos estáveis de vários elementos de estrutura secundária 
29
O arranjo tridimensional das proteínas globulares:
estruturas supersecundárias (“motifs”)p ( )
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Mioglobina: um exemplo de
proteína globular com apenas α-hélice
31
A classificação estrutural das proteínas: só α
32
A classificação estrutural das proteínas: todas β
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A classificação estrutural das proteínas
34
A classificação estrutural das proteínasç p
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Variação das 
estruturas secundárias presentesestruturas secundárias presentes
em várias proteínas
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Proteínas fibrosas (filamentosas)
• Longas cadeias ou folhas: suporte, forma e proteção
• Estrutura mais simples que globulares (raioX):
em geral com 1 tipo estrutura 2áriaem geral, com 1 tipo estrutura 2ária.
• São estruturais e insolúveis• São estruturais e insolúveis
• Ex: α queratina colágeno elastinafibroína da seda• Ex: α-queratina, colágeno, elastina, fibroína da seda
e proteínas contráteis do músculo
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Proteínas fibrosas típicas:Proteínas fibrosas típicas:
a α-queratinaq
• α-hélice: resistência
• Pele, cabelo, lã, chifres, unhas, cascos, bicos e penas 
(cabelo: distensão em tº maior)
• 2 ou 3 cadeias em α-hélice em associação: longos cordões
• São muito insolúveis: Ala, Val, Leu, Ile, Met
(empacotamento/ insolubilidade)
• Ricas em cisteína (pontes de dissulfeto: unem cadeias 
adjacentes aumentam a resistência definem padrão deadjacentes, aumentam a resistência, definem padrão de 
ondulação)
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Queratina: um exemplo de estrutura p
em α- hélices das proteínas fibrosas
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Modificando o penteado
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Proteínas fibrosas típicas: p
a fibroína da seda
• β-conformação (ponte H intercadeias)
• Seda e teia de aranha: empilhamento de 
folhas β-pregueadas (conformação mais β p g (
distendida que α-hélice)
• Não há % cisteína alta (e pontes deNão há % cisteína alta (e pontes de 
dissulfeto): maior flexibilidade que α-
queratinaqueratina
• Aminoácidos com R pequenos (seda: Gly)
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Fibroína: um exemplo de estruturaFibroína: um exemplo de estrutura 
em β- conformação das proteínas fibrosas
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Proteínas fibrosas : o colágenoote as b osas : o co áge o
M lé l i b d t d t b d• Molécula mais abundante dos vertebrados
• Função mecânica/ sustentação no tecido 
conjuntivo (tendões, cartilagens, ossos, vasos, 
pele, em órgãos)p g )
• Altamente resistente, não elástica
• Conformação própria (≠α ≠β)• Conformação própria (≠α, ≠β)
• 3 cadeias enroladas, hélice para esquerda, 
3 aa por volta
• Aminoácidos em grande quantidade: Gly Pro eAminoácidos em grande quantidade: Gly, Pro e 
hidroxiprolina 43
Colágeno: um exemplo de estrutura típica
à esquerda das proteínas fibrosas
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Proteínas fibrosas : o colágeno
• Gelatina: derivada do colágeno (baixo valorGelatina: derivada do colágeno (baixo valor 
nutricional)
• Lig. covalentes entre Lys: aumenta com 
idade (maior rigidez e mais quebradiço; ( g q
ossos com menor resistência c/ idade)
• Hidroxilação enzimática da Pro: vitamina C• Hidroxilação enzimática da Pro: vitamina C 
(falta: escorbuto)
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Proteínas Conjugadas vsProteínas Conjugadas vs. 
Proteínas simplesp
• Conjugadas: j g
cadeia polipeptídica (aa) + moléc. orgânica não protéica
• Simples: apenas cadeia polipeptídica
• Ex. de proteínas conjugadas:
Lipoproteínas: proteína + lipídeo (covalente)
Glicoproteínas: proteína + carboidrato (covalente)
Hemoglobina, mioglobina: proteína + grupo heme
(ligação ao heme: não covalente)
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Propriedades das Proteínas
• carga elétrica
p
• solubilidade
Alterações Estruturais das ProteínasAlterações Estruturais das Proteínas
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Desnaturação e renaturação das proteínas
Ribonuclease
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Chaperonas moleculares:
Proteínas que interagem com polipeptídeos
i l f ld d i i d f ld dparcialmente folded ou inapropriadamente folded:
Facilita folding correto ou fornece o microambiente
Primeira 
classe:classe:
Hsp70,
se liga a g
regiões
hidrofóbicas
de peptídeosde peptídeos
unfolded:
Estresse 
térmicotérmico
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Chaperoninas: 
Segunda classe de chaperonas moleculares:g p
Complexos protéicos elaborados ! 
Requeridos para o folding de proteínas celulares 
que não se enovelam espontaneamente em condições normais q p ç
(ex. 10 a 15% das proteínas de E. coli)
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