5ª Aula Parte A

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Bioquímica I
C d Q í i UFSCCurso de Química – UFSCar
5ª. Aula: 
Propriedades das Proteínas:Propriedades das Proteínas: 
carga elétrica, solubilidade e
l õ ialterações estruturais
Ref: Marzocco &Torres/ Lehninger
Profa. Dra. Maria Teresa Marques Novo
Departamento de Genética e Evolução – DGE
Centro de Ciências Biológicas e da Saúde (CCBS)
UFSCar- São Carlos 1
Propriedades das Proteínas:
carga elétrica
• Valor de pI da proteína: reflete sua composição em aa
- é o pH em que carga (+) = carga (–) (carga total zero)
d i d i l l d H- determinado experimentalmente: valor de pH em que a 
proteína não migra no campo elétrico
- depende da proporção de aa básicos e aa ácidos na 
proteína. Ex. pepsina : 28% aa ácidos e 2% aa básicos
- portanto, molécula da pepsina será neutra quando o pH 
for muito ácido (pI~1): proteína ácida(p ) p
- proteínas ácidas: são proteínas que possuem pI< 72
P i d d d P t íPropriedades das Proteínas:
carga elétrica g
• Outro ex.: 
- citocromo c: aa básicos ~ dobro dos aa ácidos 
(no pI: metade dos amino desprotonados) ( p p )
pI = 10,6: proteína básica, pI > 7
- tanto para aa como para proteínas, temos que:
+ -
carga (-) aumenta carga (+) aumenta 
pI
carga zero
Propriedades das Proteínas:
carga elétrica
Aa ácidos Aa básicos Razão:
pI Asp glu Arg His Lys aa ácidos/p p g g y
aa básicos
pepsina 1,0 16,6 11,3 1,0 0,5 0,4 15,0
albumina 4,8 10,4 17,4 6,2 3,5 12,3 1,3
mioglobina 7,0 4,7 8,3 1,9 7,5 12,8 0,6g , , , , , , ,
citocromo c 10,6 3,6 5,9 2,2 2,5 15,2 0,5
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Propriedades das Proteínas:
carga elétrica
• Exercício: Dado o peptídeo abaixo
Gl Hi T S l L A P GlGlu- His- Trp- Ser-gly-Leu - Arg - Pro-Gly
(a) Qual a carga líquida da molécula a pH 3, 8 e 11?
(use valores tabelados de pKa, pK1 e pK2 )(use valores tabelados de pKa, pK1 e pK2 )
(b) Estimar o pI deste peptídeo
Respostas: (a) pH 3, 8 e 11: cargas +2,~0 e -1, respectivam/
(b) pI=7,8
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Propriedades das Proteínas:
Solubilidade
• Solubilidade:
- determinada pela estrutura primária: esta determina 
a interação dos aa com a água na estrutura tridimensional
- influenciada por:
pHpH
concentração de sais 
di lé i d lconstante dielétrica do solvente
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Propriedades das Proteínas:p
Solubilidade 
• Fatores que alteram a solubilidade:
(1) pH: 
- altera carga da proteína 
- solubilidade é alterada pois depende da carga- solubilidade é alterada pois depende da carga 
- no pI não há carga: moléculas se agregam, 
solubilidade é menor do que em outros pH!solubilidade é menor do que em outros pH!
- em pH ≠ pI proteínas têm carga iguais e se repelem, 
d lú ipermanecendo solúveis
- quanto mais distante do pI maior a carga: maior a 
solubilidade!
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Propriedades das Proteínas:
S l bilid dSolubilidade 
• Fatores que alteram a solubilidade:
(2) concentração de sais
- muitas proteínas globulares são insolúveis em água e
tornam-se cada vez mais solúveis conforme se aumenta atornam se cada vez mais solúveis conforme se aumenta a
adição de sal, desde que em baixas concentrações do sal.
solubilidade
8força iônica
Propriedades das Proteínas:p
Solubilidade 
em soluções salinas
diluídas:
efeito eletrostático
de íons aumenta a
l bilid dsolubilidade
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Propriedades das Proteínas:
S l bilid dSolubilidade 
• Fatores que alteram a solubilidade:
(2) concentração de sais
- em baixa concentração de sal a solubilidade aumenta 
(provavelmente devido ao aumento de íons + e – que interagem(provavelmente devido ao aumento de íons + e que interagem 
com grupos carregados da proteína, atenuando a interação entre 
elas): salting in) g
- em alta concentração de sal a solubilidade diminui: ç
íons competem com a proteína pelas moléculas de água para 
solvatação, aumentando a interação entre as moléculas desolvatação, aumentando a interação entre as moléculas de 
proteína, mais do que delas com a água: salting out 10
Propriedades das Proteínas:p
Solubilidade 
solubilidade Salting in
Salting out
(NH4)2SO4(NH4)2SO4Na2SO4
força iônica
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Propriedades das Proteínas:
S l bilid dSolubilidade 
• Fatores que alteram a solubilidade:
(2) concentração de sais
Salting out:
- ocorre com sais di- ou trivalentesocorre com sais di ou trivalentes
- cada proteína precipita em uma concentração salina 
característica: usado para separar proteínascaracterística: usado para separar proteínas
- costuma ser a etapa inicial para a purificação de 
proteínasproteínas
- sal mais usado é o sulfato de amônio: muito solúvel 
(altas concentrações são possíveis) e precipita a proteína(altas concentrações são possíveis) e precipita a proteína 
na forma nativa (não desnaturada) 12
Propriedades das Proteínas:
S l bilid dSolubilidade 
• Fatores que alteram a solubilidade:
(3) solventes orgânicos
- exemplos: acetona e álcool: possuem baixa constante dielétrica
(álcool forma pontes de H: abaixa conste dielétrica da água)(álcool forma pontes de H: abaixa conste. dielétrica da água)
- constante dielétrica (ε ): propriedade física que reflete o número 
de dipolos em um solvente (“isolamento” de íons; F= Q Q / ε r2)de dipolos em um solvente ( isolamento de íons; F= Q1Q2/ ε r2)
- abaixam a constante dielétrica da água: portanto abaixam a 
solubilidade de proteínas pois interações iônicas dessas moléculassolubilidade de proteínas, pois interações iônicas dessas moléculas 
são muito mais fortes em meios menos polares
- temperatura deve ser baixa para evitar desnaturação da proteína- temperatura deve ser baixa para evitar desnaturação da proteína
- também se utiliza precipitação de DNA com etanol 13
Propriedades das Proteínas:
Al õ iAlterações estruturais 
• Conformação nativa de uma proteína:
- é a conformação assumida espontaneamente pela ç p p
proteína após sua síntese (estruturas secundária, terciária e 
quaternária, se houver)q , )
- é a conformação mais estável que a molécula pode 
assumir nas condições em que se encontra: é o resultado dasassumir nas condições em que se encontra: é o resultado das 
interações internas da molécula e desta com seu meio
portanto a água interfere com as estruturas- portanto, a água interfere com as estruturas 
possíveis da conformação nativa!
d i l ã ifi ã d í d él l- durante isolação e purificação de proteínas das células, 
há alterações desse meio, o que pode provocar desnaturação14
Propriedades das Proteínas:
Al õ iAlterações estruturais 
• Desnaturação:
- é a perda da estrutura nativa (original) da proteína
devido à quebra de ligações não-covalentes (ligações
peptídicas são mantidas)
- resulta na distensão da cadeia polipeptídica (perda
da estrutura) e, consequentemente, na perda da função) , q , p ç
biológica
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Propriedades das Proteínas:
Al õ iAlterações estruturais 
16http://clovisbezerra.tripod.com/materiais-didaticos/fibras-itrans14a17.pdf, h 
ttp://www.vestibulandoweb.com.br/biologia/teoria/proteina-desnaturada.jpg
Propriedades das Proteínas:
Al õ iAlterações estruturais 
• Desnaturação: 
As ligações não-covalentes podem ser desfeitas por:
- aquecimento (temperatura): afeta ligações de H
da estrutura terciária . Ex. processo febrilp
- pH muito alto ou muito baixo (lembrar função
dos tampões): afeta interações iônicas e hidrofóbicas dados tampões): afeta interações iônicas e hidrofóbicas da
estrutura terciária, pois alteram ionização dos R (a
seguir)seguir)
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Propriedades das Proteínas:
Al õ iAlterações estruturais 
• Desnaturação: pH (Cont.)
As ligações não-covalentes podem ser desfeitas por:
pH muito baixo: proteína (+) mesma carga- pH muito baixo: proteína (+), mesma carga,
repulsão intramolecular
H it lt t í ( )- pH muito alto:proteína (-), mesma carga,
repulsão intramolecular
Consequência: exposição do interior hidrofóbicoeq p ç
quebra das pontes de H!
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Propriedades das Proteínas:
Al õ iAlterações estruturais 
• Desnaturação:
As ligações não-covalentes podem ser desfeitas por:
solventes orgânicos polares miscíveis com a- solventes orgânicos polares, miscíveis com a
água (ex. acetona, etanol): diminuem a constante
dielétrica do meio afetando as interações hidrofóbicasdielétrica do meio, afetando as interações hidrofóbicas
da estrutura terciária
éi f t d H R d t í- uréia: forma pontes de H com R da proteína,
substituindo ligações de H que mantinham a estrutura
tinativa
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Propriedades das Proteínas:
Al õ iAlterações estruturais 
• Desnaturação:
As ligações não-covalentes podem ser desfeitas por:
detergentes e sabões: são anfipáticos (longa- detergentes e sabões: são anfipáticos (longa
cadeia apolar com grupo terminal carregado) , se
introduzindo na proteína e se associando com Rintroduzindo na proteína e se associando com R
apolares (rompimento de ligações hidrofóbicas). Ex.
SDSSDS
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Propriedades das Proteínas:
Al õ iAlterações estruturais 
• Desnaturação:
As ligações não-covalentes podem ser desfeitas por:
agitação vigorosa da solução protéica até- agitação vigorosa da solução protéica, até
formação abundante de espuma (Ex. clara de neve)
21http://ctc.fmrp.usp.br/casadaciencia/bibliotecas/imagens/gr
upos/biomoleculas/colhada.jpg
Propriedades das Proteínas:
Al õ iAlterações estruturais 
• Desnaturação: 
Pode ser irreversível: quando após a desnaturação a q p ç
proteína torna-se insolúvel. 
Ex : albumina do ovo com o aquecimento formaEx.: albumina do ovo, com o aquecimento, forma 
coágulo insolúvel (sólido branco) : ovo frito
ovoalbumina 
Desnaturada
por temperatura
http://2.bp.blogspot.com/_xlJOm7BwJSQ/RreK36gh6JI/AAAAAAAAAZY/YHkDnh0SUxY/s400/Ovo-frito.jpg 22
Propriedades das Proteínas:
Al õ iAlterações estruturais 
• Desnaturação irreversível (Cont.): 
quando após a desnaturação a proteína torna-se q p ç p
insolúvel. 
Ex : caseína do leite (+ ácido) : precipitaçãoEx.: caseína do leite (+ ácido) : precipitação, 
produzindo a coalhada ou o iogurte
caseína
desnaturada
pelo pH baixo
23http://www.chacaradeorganicos.com.br/wp-cntent/uploads/2009/09/coalhadaCaseira.jpg
Propriedades das Proteínas:
Al õ iAlterações estruturais 
• Hidrólise ≠ Desnaturação: 
-Hidrólise é a reação reversa da síntese protéica
a proteína ao hidrolisar se produz peptídeos e/ou- a proteína ao hidrolisar-se produz peptídeos e/ou 
aminoácidos constituintes
l b tó i i á id i t- em laboratório: em meio ácido, com aquecimento
- no estômago de animais: processo digestivo
- na hidrólise ocorre destruição da estrutura primária, a 
qual se mantém durante a desnaturaçãoq ç
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Propriedades das Proteínas:
Al õ iAlterações estruturais 
• Renaturação
- processo em que as proteínas reassumem a sua 
conformação nativa após retirada das condiçõesconformação nativa, após retirada das condições 
desnaturantes
evidencia que de fato a estrutura tridimensional é- evidencia que de fato a estrutura tridimensional é 
consequência da sequência de aa!
l lá i ã â d- exemplo clássico: renaturação espontânea da 
ribonuclease (enzima que degrada RNA)
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Desnaturação e renaturação das proteínas
Ribonuclease
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Propriedades das Proteínas:
Al õ iAlterações estruturais 
• Folding de proteínas
- dobramento das proteínas na sua forma nativa na 
célulacélula
- há proteínas que assessoram o dobramento das 
cadeias polipeptídicascadeias polipeptídicas 
- tais proteínas que auxiliam o folding são as 
h h ichaperonas e chaperoninas
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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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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:
Hsp70
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Primeira 
classe:
Hsp70
30
Primeira 
classe:
Hsp70
31
Chaperoninas: p
Segunda classe de chaperonas moleculares:
C l téi l b d !- Complexos protéicos elaborados ! 
- Requeridos para o folding de proteínas celularesRequeridos para o folding de proteínas celulares 
que não se enovelam espontaneamente em 
condições normais 
(ex. 10 a 15% das proteínas de E. coli)
32
Chaperoninas: 
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