Proteínas: Estrutura e Função

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Proteínas
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Unidade 4: PROTEÍNAS
4.1. Conceituação
4.2. Aminoácidos
4.2.1. Estrutura química
4.2.2. Classificação
4.2.3. Propriedades químicas
4.2.4. Ligações Peptídicas
4.3. Proteínas
4.3.1. Estruturas: primária, secundária, terciária e quaternária
4.3.2. Desnaturação protéica
4.3.3. Degradação protéica
4.4. Enzimas
4.4.1. Classificação
4.4.2. Propriedades
4.4.3. Cinética enzimática
4.4.4. Inibição enzimática
4.4.5. Enzimas em alimentos
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Proteínas
As proteínas são as moléculas orgânicas mais abundantes e importantes nas células e perfazem 50% ou mais de seu peso seco. 
São encontradas em todas as partes de todas as células, são fundamentais na estrutura e função celulares. 
São formadas por aminoácidos ligados entre si por ligações peptídicas. 
	 Ligação peptídica: é a união do grupo amino (-NH2) de um aminoácido com o grupo carboxila (-COOH) de outro aminoácido, através da formação de uma AMIDA.
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Proteínas
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Ligação peptídica
	Ligação feita entre aminoácidos (aa) para formar peptídeos (2 a 5 aa), polipeptídeos (+5 aa) e proteínas (+50 aa).
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Aminoácidos
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Grupo R apolar e alifáticos
Aminoácidos apolares e hidrofóbicos
Ligações de Van der Waals
Ala, Val, Leu, Iso
Interações hidrofóbicas
Gly; menor aminoácido
Met
Possui átomo de enxofre
Pro
Iminoácido, menor flexibilidade estrutural
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Aminoácidos hidrofóbicos
Metionina
Prolina
Grupo tioéter
Cadeia alifática com uma estrutura cíclica distinta
Grupo Imino_ conformação rígida (colágeno)
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Grupo R aromáticos
Aminoácidos hidrofóbicos
Tirosina pode formar pontes de hidrogênio com a água
Modificações pós- traducionais
Fosforilação do OH da tirosina
Fenilalanina
Mais apolar
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Grupos R polares, não carregados
Solubilidade intermediária em água
Serina e treonina
Grupos hidroxil
Asparagina e glutamina
Grupo amida
Cisteína
Grupo sulfidril
Ligações dissulfeto
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Aminoácidos hidrofílicos
Não carregados
Cisteína
Ligações de hidrogênio_ Grupos sulfidril
Cistina
Ligação dissulfeto
Hidrofóbico
Ligação covalente (entre cadeias polipeptídicas)
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Insulina bovina
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Grupos R carregados
Aminoácidos básicos
Aceita OH
Carga positiva
Lisina, segundo grupo amino
Arginina, grupo guanidina
Histidina, grupo aromático imidazol
Aminoácidos ácidos
Doa H+
Carga negativa
Possuem segundo grupo ácido carboxílico
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Aminoácidos incomuns
Modificações pós-traducionais
4-hidroxiprolina
5-hidroxilisina
6-N-metil-lisina
Gama-carboxiglutamato
Fosforilação de resíduos
Selenocisteína
Selênio ao invés de enxofre na Cys
É adicionado durante a tradução por mecanismo específico e regulado
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Selenocystein
Pyrrolysine
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Formação de pontes de enxofre
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Aminoácidos incomuns com funções importantes
4-hidroxilisina
Tecido conectivo (colágeno)
Proteínas de parede celular
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6-N-metil-lisina
Aminoácidos incomuns com funções importantes
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Aminoácidos incomuns com funções importantes
Desmosina_ 4 lisinas
Lisina
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Aminoácidos incomuns com funções importantes
Adição de grupo fosforil, metil, acetil, adenilil, ADP-ribosil ou outros grupos a resíduos de Aas específicos pode aumentar ou diminuir a atividade de proteínas
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Estrutura
Cadeias
polipeptídicas
Regiões da
seqüência que
formam estruturas
Regulares (arranjo espacial) 
Empacotamento das
estruturas secundárias
formando um ou
múltiplos domínios
(forma tridimensional)
Algumas proteínas são
compostas por várias
estruturas terciárias
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BIO-QUIMICA
Classificação:Estrutura
 1 - Primária
• 2 - Secundária
• 3 - Terciária
• 4 - Quaternária
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Níveis estruturais das proteínas
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Estrutura primária - Ligações covalentes entre os resíduos 
Ligação peptídica 
Pontes dissulfeto 
Estrutura secundária - Estrutura primária + Pontes de hidrogênio entre átomos da cadeia principal 
Estrutura terciária - Estrutura secundária + Ligações não-covalentes entre átomos da cadeia lateral com outros átomos da cadeia lateral ou cadeia principal 
Interações hidrofóbicas 	Interações eletrostáticas 
Pontes de hidrogênio 		Pontes salinas
Estrutura quaternária - Ligações não-covalentes entre átomos de cadeias terciárias distintas em multímeros 
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BIO-QUIMICA
Estrutura Primária
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BIO-QUIMICA
 Estrutura Secundária 				
Hélice
 Laminar
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BIO-QUIMICA
BIO-QUIMICA
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BIO-QUIMICA
 Estrutura Terciária 			
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BIO-QUIMICA
Estrutura Terciária
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Estrutura terciária
Ligações não-covalentes entre átomos da cadeia lateral com outros átomos da cadeia lateral ou cadeia principal 
Existem diversas classes de conformações finais para a estrutura terciária, formando as chamadas classes de dobramento (fold classes)
All-alpha (hemoglobina)
All-beta (imunoglobulinas)
Alpha/Beta (Triose-fosfato isomerase)
Alpha+Beta (lisozima)
Multiple 
Small-dissulfide rich (insulina)
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BIO-QUIMICA
Estrutura Quaternária
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BIO-QUIMICA
Estrutura Quaternária
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Proteínas: FUNÇÕES 
As propriedades ou funcionalidade depende da composição
 dos aminoácidos e da disposição das ligações que estabilizam sua estrutura.
Conforme as funções que desempenham são divididas em:
ESTRUTURAIS (colágeno)
COM ATIVIDADE BIOLÓGICA (enzimas)
COM VALOR NUTRITIVO 
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Propriedades
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As propriedades funcionais das Proteínas são classificadas em 3 grupos:
Propriedades de hidratação: interação entre a água e proteína.
 Absorção, molhabilidade, formação de gel, solubilidade e viscosidade
Propriedades interação proteína-proteína:
Formação de gel, coagulação
Propriedades de superfície: 
emulsificação, formação de espuma.. 
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Propriedade de hidratação
A TEXTURA e PROPRIEDADES REOLÓGICAS dos alimentos dependem da interação da H2O com macromoléculas como Proteínas e Polissacarídeos.
Proteínas interagem com a água por LH, ligações dipolo-dipolo ou cadeia lateral dos aa (interação com grupos ionizados)
Fatores intrínsecos e estrínsecos influenciam diretamente na hidratação 
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Propriedade de hidratação
AA com cadeias laterais hidrófilas ou hidrófobas 
Conformação 2ª ou 3ª (ordenação no espaço)
O tipo e a proporção das forças envolvidas na conformação, composição e ordenação dos aa.
Fatores como LH, pH, TºC, solventes orgânicos, [ ] de proteínas, força iônica e outros agentes desnaturantes tbm afetam a capacidade de interação com a água.
Devido principalmente ao desmascaramento de grupos hidrofóbos
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Propriedade de hidratação
[ ] de proteínas: quantidade de água que elas podem absorver 
pH: alteração das cargas relação com PONTO ISOELÉTRICO 
TºC: rompe as LH e promove DESNATURAÇÃO
 
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BIO-QUIMICA
Ponto isoelétrico
pH que apresenta igualdade cargas (+) e (-)
pl proteína apresenta menor solubilidade
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BIO-QUIMICA
Solubilidade das proteínas
Depende da quantidade de pontes de H que formam com a água
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BIO-QUIMICA
Solubilidade
pH  próximo do pI solubilidade
Diminuem as forças repulsivas entre as moléculas das proteínas
Agregados
Precipitam
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Desnaturação de proteínas
A conformação das proteínas é fragil em função de tratamentos com:
Ácidos, soluções salinas concentradas, solventes calor e radiações
	A desnaturação de uma proteína é qualquer modificação na sua conformação (alteração estrutura 1ª, 2ª e 3ª) sem rompimento das ligações peptídicas envolvidas na estrutura primaria.
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Desnaturação de proteínas 
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Efeitos da desnaturação 
Redução da solubilidade devido ao aumento da exposição de grupos hidrofóbicos;
Mudança na capacidade de se ligar com a água; 
Perda da atividade biológica;
Aumento da suscetibilidade ao ataque de proteases devido maior exposição da ligações peptídicas
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Desnaturação de proteínas
Pode ser reversível [uréia CO(NH2)2]ou irreversível (calor)
Os agentes da desnaturação podem ser classificados em:
Físicos: calor, frio, irradiações, agitação, etc)
Químicos: (pH, solventes, etc…)
	Ex.: leite coagulação ácida, álcool
Biológicos: enzimas 
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Propriedade de hidratação
[ ] de íons:
[ ] iônica baixa: a hidratação das proteínas pode aumentar.
PQ? Os íons fixam-se as proteínas diminuindo a atração eletrostática entre elas. Abre-se a rede proteíca que está mais em contato com a H2O.
Efeito “salting-in”
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Propriedade de hidratação
[ ] de íons:
[ ] salina elevada: a hidratação das proteínas pode diminuir.
PQ? Ocorre uma concorrência entre as proteínas para captar água, diminuindo interações água-proteína o que pode provocar ppt. As moléculas de água ficam ligadas aos sais.
Efeito “salting-out”
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SOLUBILIDADE
PARA QUE UMA PROTEÍNA SEJA SOLÚVEL, ELA DEVE INTERAGIR COM O SOLVENTE (LH, dipolo-dipolo e interações iônicas); PODE-SE DEFINIR TBM COMO O EQUILÍBRIO ENTRE AS INTERAÇÕES PROTEÍNA-PROTEÍNA E PROTEÍNA-SOLVENTE.
A SOLUBILIDADE É IMPORTANTE NO PREPARO DE SOPAS, MOLHOS, BEBIDAS, ETC…PERMITE A DISPERSÃO RÁPIDA E COMPLETA DAS MOLÉCULAS FORMANDO UM SISTEMA COLOIDAL DISPERSO COM ESTRUTURA HOMOGÊNEA
Obs: COLOIDE COMPONENTES COM 1nm a 1μm entre soluções verdadeiras e sistemas heterogêneos
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VISCOSIDADE
A viscosidade de um fluido é a medida de sua resistencia a fluir ou a romper-se.
A viscosidade dos fluidos protéicos está diretamente relacionada com com o diâmetro da moléculas dispersas.
O diâmetro depende da massa, volume, estrutura, cargas elétricas das proteínas, da interação proteína-água e proteína-proteína
Tbm pelo pH, temperatura, [ ] protéica e de sais
Quanto menor o diâmetro menor a viscosidade
		
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GELEIFICAÇÃO
A GELEIFICAÇÃO PROTÉICA CONSISTE NA FORMAÇÃO DE UMA REDE PROTEÍCA ORDENADA A PARTIR DE PROTEÍNAS PREVIAMENTE DESNATURADAS.
Os passos para a obtenção do gel protéico são os seguintes: 
Desnaturação protéica
Separação das moléculas protéicas: na proteína nativa os grupos hidrófobos estão voltados para o interior da molécula que ficam descobertos durante a separação o que favorece a interação entre proteína-proteína.
Interação proteína-proteína (lig. Hidrofóbica, cátions divalentes, LH e pontes dissulfeto)
Agregação