proteinas - bioquimica

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Proteína
Macromoléculas mais abundantes nas células vivas
Ocorre em todas as células e todas as partes destas, desde peptídeos pequenos até polímeros com altos pesos moleculares
Importância: Instrumentos moleculares que podem expressar as informações genética
Exibem grande diversidade de funções biológicas: estruturais, reserva energética, enzimas, anticorpos, hormonais, transportadoras, contráteis, etc.
AMINOÁCIDOS - Subunidades monoméricas relativamente simples fornecem a chave para a estrutura de milhares de proteínas diferentes
Aminoácidos
Estrutura de um aminoácido
Carbono α, amino, carboxila, H e grupamento R (que muda o aminoácido)
Quantos aminoácidos são:
20, excluindo os aminoácidos modificados
Estereoisomeria nos α-aminoácidos:
Todos os aminoácidos constituintes das proteínas são α- aminoácidos. 
Estereoisomeria - Propriedade das substâncias que possuem a mesma fórmula molecular, mas diferente distribuição dos átomos.
Os α−aminoácidos que constituem as proteínas têm a configuração estereoquímica L. Por convenção, na forma L, o grupo α − NH3+ está projetado para a esquerda, enquanto na forma D, está direcionado para a direita.
Os resíduos de aminoácidos nas proteínas são L- estereoisômeros
Isômeros D – peptídeos da parede de células bactérias e antibióticos
Configuração
Como a estrutura está disposta
Formula em projeção
Fórmula em perspectiva
Classificação dos aminoácidos: 
De acordo com a origem = primários e não primários
Primários:
20, excluindo os aminoácidos modificados
Não primário:
São resíduos de aminoácidos criados por modificação dos resíduos primários já incorporados em um polipeptídio. Exemplos: 4-hidroxiprolina, 4-hidroxilisina, 6-N-metilisina, g-carboxiglutamato, desmosina e selenocisteína. Além destes, há também centenas de outros aminoácidos adicionais que nunca aparecem em proteínas, dos quais se destacam a ornitina e a citrulina.
De acordo com a necessidade nutricional (depende da espécie) = essenciais e não essenciais
Essenciais:
Não podem ser sintetizados pelos animais 
Não essenciais:
Podem ser sintetizados pelos animais (Vegetais: todos são não-essenciais)
De acordo com a cadeia lateral
Grupos R não-polares e alifáticos 
Hidrofóbicos
São importantes na estabilização das proteínas pela promoção de interações hidrofóbicas em seu interior. Glicina, alanina, valina, leucina, isoleucina, prolina e metionina.
Metionina – um dos dois aminoácidos que possui um átomo de enxofre, é também pertencente a esta classe, devido ao grupo tio-éter presente na cadeia lateral.
Prolina – diferente pois apesar de formar um ciclo, o radical não forma ciclo, é uma cadeia aberta – possui uma imina, logo é um iminoácido - a prolina “é um aminoácido torto”, e isto tem implicações significativas no efeito 3D da prolina na estrutura das proteínas.
Grupos R aromáticos
Hidrofóbicos
Podem participar de interações hidrofóbicas por serem relativamente apolares. Fenilalanina, tirosina e triptofano.
Tirosina e triptofano absorvem luz UV
Tirosina – exceção pois pode formar lig. de hidrogênio
Grupos R polar não-carregados
Hidrofílicos
São hidrofílicos devido à presença de grupos funcionais hidroxilas (serina e treonina), sulfidrila (cisteína) ou amida (asparagina e glutamina).
Asn e Gln: amidas de Asp e Glu
Cys pode ser oxidada para formar cistina – ponte de sulfeto (cria um aminoácido não primário)
Grupos R carregados positivamente
Mais hidrofílicos
Apresenta amina (lisina), guarnidina (arginia) ou imidazol (histidina)
His: grupo imidazol com pKa próximo do neutro (7) e pode atuar como doador ou aceptor de próton – 50% protonada e 50% desprotonada
pH > pKa – forma desprotonada
pH = pKa - 50% protonada e 50% desprotonada
ph < pKa – forma protonada
Grupos R carregados negativamente
Possuem o segundo grupo carboxila (COO-)
São muito hidrofílicos por possuir na molécula um segundo grupo carboxila. Aspartato e glutamato. 
Aminoácidos podem agir como ácidos e bases
Zwitterion – aminoácido na forma carregada em que a somatória de suas cargas (+) e (-) é igual a zero
Íon dipolar - anfólitos (comportamento como ácido e base ao mesmo tempo)
Curva de titulação
Neutralizar um acido
Aminoácidos não-carregados
Dois estágios:
Vai colocando base até neutralizar o primeiro acido, ai no 2 ta 50% de cada – bom tampão (0,5)
No 3 – 100% desprotonada (1,0) – não é um bom tampão (péssimo)
Depois põe mais base ainda e no 4 tem um novo tampão – a amina perde próton depois pois tem um pKa mais alto (9,62)
A carboxila perde primeiro pois o pKa é menos (2,34)
pI = pH isoelétrico 
Aminoácidos carregados negativamente
3 regiões tamponantes
pK1 – carboxila inicial do aminoácido Perdendo próton
pKR – radical
pK2 – amina 
Aminoácidos carregados positivamente 
1º - carboxila
2º - radical
3º amina 
pI = antes do zwitterion + depois do zwitterion/2
Polímeros de aminoácidos
Peptídeos e proteínas
O termo peptídeo refere-se à união de dois ou mais aminoácidos por intermédio de ligações peptídicas (até 50 aminoácidos)
As unidades que formam proteínas são os aminoácidos (+ de 50 aminoácidos) 
Ligação Peptídica 
Peptídeos naturais: formados de 2 até milhares de Aminoácidos ligados por ligações peptídicas.
Ligação peptídica: ocorre entre o grupo α-carboxila de um Aminoácidos e o grupo α-amino de outro com a remoção de uma molécula de água (desidratação)
Desidrata e condensa ao mesmo tempo – vira uma amida
Se tem amida, tem lig. Peptídica
É uma reação de condensação
Grupos do radical R: NUNCA participam da ligação peptídica
 Ocorre perda de água e formação de grupo amida
Aminoácido perde agua (lig. Pep) – recebe o nome de “resíduo de aminoácido” pois houve a perda de um H do grupo amino e de uma OH do grupo carboxila
Nº de ligações peptídicas = nº de aminoácidos -1
Nº de ligações peptídicas = nº de H2O perdidos
Sempre nessa ordem por causa dos L-aminoácidos (amina só do lado esquerdo) – presente em animais e vegetais
Tanto os grupos terminais como os grupos R em um peptídeo contribui para o comportamento ácido-básico de um peptídeo, pois se ionizam
Proteínas
As unidades que formam proteínas são os aminoácidos (+ de 50 aminoácidos) 
Simples
Só contém resíduos de AAs e nenhum outro grupo químico
Conjugadas
Contém os grupos prostéticos (não aminoácidos)
Multissubunitárias (multímero)
(2 ou mais cadeias polipeptídios associados de forma não covalente)
Duas cadeias idênticas - recebem o nome de protômeros
Hemoglobina
A hemoglobina é um tetrâmero (pois possui 4 subunidades de polipeptídeos) formada por dímeros (2 cadeias idênticas e 2 cadeias idênticas – ambas são protômeros)
4 subunidades de polipeptídeos (multímero)
2 cadeias idênticasAmbas unidas por Interações não covalentes
2 cadeias idênticas
Tetrâmero (formada por dímeros de protômeros)
Níveis de organização estrutural de proteínas
Estrutura primária = sequência de aminoácidos
Estrutura secundária = Dobramentos locais e organização dos AAs, formando estruturas repetitivas do tipo alfa-hélice e conformação beta;
Estrutura terciária = Arranjo tridimensional. Interação ou dobramento global entre as estruturas para formar uma proteína;
Estrutura quaternária = Montagem de subunidades de diferentes polipeptídeos para formar uma estrutura funcional.
Estrutura Tridimensional
Estrutura tridimensional é determinada pela sequência de aminoácidos
A função de uma proteína depende de sua estrutura
Uma proteína isolada tem uma estrutura singular ou quase
As interações não covalentes são as forças mais importantes que estabilizam a estrutura específica de uma proteína
Configuração x Conformação 
Configuração: 
É o modo como estão conectados os segmentos constituintes da cadeia. A configuração de uma cadeia somente pode ser alterada pela quebra e formação de novas ligaçõesquímicas. 
Conformação: 
Arranjo espacial dos átomos de uma molécula que são livres para assumir diferentes posições no espaço. A mudança de conformação ocorre sem a quebra de qualquer ligação, devido à liberdade de rotação da ligação. 
Geralmente, a conformação existente é a termodinamicamente mais estável.
Estabilidade: tendência à manutenção de uma conformação nativa.
Forças que estabilizam e mantém a conformação nativa de uma proteína são: ligações dissulfeto, ligação de H, interações iônicas e hidrofóbicas
Estrutura primaria das proteínas 
É o nível estrutural mais simples e mais importante, pois dele deriva todo o arranjo espacial da proteína 
Consiste em uma sequência de aminoácidos unidos por ligações peptídicas e inclui algumas ligações de sulfeto
Estrutura secundaria das proteínas
E o arranjo espacial dos átomos da cadeia principal em um determinado segmento da cadeia polipeptídica
Ligações de hidrogênio ocorrem entre o hidrogênio do grupo –NH e o oxigênio do grupo C=O
Refere-se à conformação local de alguma porção de um polipeptídeo
Estrutura helicoidal ou -hélice
Cadeia polipeptídica é fortemente retorcida em torno de um eixo imaginário longitudinal, com grupos R dos resíduos de aas projetando-se para a face externa da hélice. A unidade repetitiva (cada passo da hélice) é de 5,4 Aº ou 3,6 resíduos de aas. 
1 volta da hélice = 5,4 Aº ou 3,6 resíduos de aminoácidos
Estabilizada por ligações de H (intramolecular)
-Hélices extensas orientadas para esquerda não foram observadas em proteínas.
Estabilidade de -hélice 
Distantes de 3 a 4 resíduos um do outro, aas aromáticos (interação hidrofóbica) e de cargas opostas (par iônico) – estabilizam
Aas R- próximos ao N-terminal e R+ próximos ao C-terminal - estabilizam
Blocos de resíduos de Glu, Asp assim como de Lys e/ou Arg, em pH 7 - desestabilizam (repulsão eletrostática).
Pro e Gly, Asn, Ser, Thr e Cys desestabilizam, dependendo da sequência, devido à tamanho e forma. 
Conformação β
Conformação mais estendida onde as cadeias polipeptídicas apresentam estrutura em ziguezague. Estas podem ser dispostas lado a lado, formando um arranjo denominado folha β. Ligações de H são formadas entre seguimentos adjacentes (intermolecular).
Diferenciação entre folha β paralela e antiparalela
Paralela – todas as cadeias peptídicas da folha β paralela tem o mesmo sentido (carboxi-aminoterminal)
Antiparalela - as cadeias peptídicas da folha β antiparalela tem direções intercaladas, as cadeias adjacentes possuem direções opostas relação as extremidades
Dobras β
Em proteínas globulares 1/3 dos resíduos de aas estão situados em dobras ou voltas nas quais a cadeia inverte sua direção com resíduos de Gly e Pro.
São elementos conectores que ligam estruturas sucessivas de hélices α e conformações β
 
Estruturas terciárias e quaternárias
Estrutura terciária: arranjo tridimensional global das proteínas onde inclui aspectos envolvendo distâncias mais longas dentro da sequência de aas. Estrutura tridimensional de uma proteína globular pode ser considerada como uma montagem de segmentos polipeptídicos nas conformações de -hélice e folhas β, unidos por segmentos ligantes.
Estrutura quaternária: arranjo de subunidades proteicas de peptídeos que contém duas ou mais cadeias polipeptídicas
Classificação das proteínas
Proteínas fibrosas
Em geral contém um único tipo de estrutura secundária
Apresentam propriedades que conferem resistência e/ou flexibilidade
São insolúveis em água devido à composição de aas
Ligações covalentes cruzadas, como as ligações dissulfeto, aumentam a resistência de proteínas fibrosas
-queratinas – encontradas em cabelos, cornos, cascos e pele. Parte da família das FI (filamento intermediário) encontradas no citoesqueleto de células eucariontes.
Proteínas globulares
Diferentes segmentos de uma cadeia polipeptídica enovelam-se uns sobre os outros. O enovelamento gera a diversidade estrutural e consequentemente a diversidade funcional.
Proteínas com funções metabólicas.
Elas incluem as enzimas, as imunoglobulinas, as proteínas transportadoras, motoras, regulatórias... 
Apresentam diferentes sequência de aas e diferentes estruturas terciárias, refletindo diferenças nas suas funções
Colágeno
Encontrado em tecidos conjuntivos como tendões, cartilagens, na matriz orgânica dos ossos e na córnea dos olhos. 
Apresenta 3 hélices orientadas para esquerda e possui 3 resíduos de aas por passo e o superenovelamento, formando Hélice Tríplice - orientada para direita
Composição: 35% de Gly, 11% de Ala e 21% de Pro e HyPro
Unidade repetitiva: Gly-X-Pro ou Gly-X-HyPro
Molécula de colágeno das fibrílas são unidas por ligações covalentes cruzadas, envolvendo resíduos de Lys, HyLys ou His 
 
Desnaturação proteica e enovelamento
Perda da estrutura tridimensional suficiente para causar perda de função.
As proteínas adquirem sua função em meio celular específico e mudanças nesse meio podem causar alterações na estrutura das mesmas.
Agentes desnaturantes:
Calor - afeta as interações fracas em uma proteína. Exceção-proteína termoestáveis de bactérias termofílicas
Extremos de pH - alteram a carga líquida da proteína provocando repulsão eletrostática e rompimento de ligações de H. 
Solventes orgânicos miscíveis com água (álcool ou acetona); 
Solutos como uréia e cloridrato de guanidínio; 
Detergentes. 
Os solventes orgânicos, uréia e os detergentes rompem principalmente as interações hidrofóbicas das proteínas globulares
Renaturação proteica
Retorno à estrutura nativa e a sua atividade biológica.
Uréia é agente redutor→ rompimento de interações hidrofóbicas 
estabilizantes e ligações dissulfeto → perda completa na 
atividade catalítica.
Remoção dos agentes desnaturantes faz com que a proteína retorne
a sua estrutura terciária e atividade catalítica corretas → sequência
de aas determina a estrutura terciária.
Enzimas
Catalizadores biológicos: substâncias de origem biológicas que aceleram as reações químicas;
As vias metabólicas (sequências ordenadas de reações) são possíveis porque as enzimas catalisam todas as reações químicas das vias
As enzimas também controlam as vias metabólicas permitindo que o metabolismo se adapte a mudanças;
Definição:
São catalisadores biológicos, e com exceção de um pequeno grupo de moléculas de RNAs catalíticos, chamadas de RIBOZIMAS, as demais enzimas são PROTEÍNAS globulares
Função:
Viabilizar as atividades das células, quebrando moléculas ou juntando-as para formar novos compostos
Co-fator
Co-fator: Componente químico adicional que algumas enzimas requerem para desempenhar sua atividade. Pode ser Íon metálico ou coenzima (molécula orgânica). 
Coenzimas são, geralmente, derivadas de vitaminas (nutrientes orgânicos necessários na alimentação diária). Elas funcionam como transportadores transitórios de grupos funcionais. 
Quando o Co-fator está covalentemente ligado à parte proteíca da enzima recebe o nome de Grupo prostético
Apoenzima: parte protéica de uma enzima – apoproteína // Holoenzima: é o complexo cataliticamente ativo. 
Quase 1/3 das enzimas requerem um componente não protéico para sua atividade, denominado cofator 
Nomenclatura
Adição do sufixo “ASE” ao nome do substrato: 
Lipídeos – LIPASE // Amido – AMILASE
Adição do sufixo “ASE” à descrição de sua atividade:
Polimerização de nucleotídeos para formar DNA – DNA polimerase 
Nomes arbitrários
Tripsina
Pepsina
Ptialina
Catálise enzimática
Sem catálise, as reações necessárias para o metabolismo não ocorreriam com uma velocidade útil.
As enzimas apresentam sítio ativo (cavidade na enzima onde o substrato (S) se liga). Esta cavidade é contornada com resíduos de aas cujos grupos se ligam ao substrato e catalisam sua transformação
O substrato liga-se ao sítio ativo através de interações fracas, não covalentes.
Reação enzimática: E + S ES EP E + P
Mecanismo e EspecificidadeEnzimas: Catálise
Catálise 
A enzima não se altera
Têm alto grau de especificidade por seus substratos.
Gera apenas o produto desejado 
Modelo Chave-fechadura
A enzima teria sitio ativo complementar ao substrato. 
Encaixe Induzido
O sítio ativo da enzima é complementar ao estado de transição. 
O substrato altera sua conformação para atingir o estado de transição
Reações Catalisadas por Enzimas
Catalisador atua diminuindo a Energia de Ativação
A enzima aumenta a velocidade (diminui a energia de ativação ∆G++) mas não afeta o equilíbrio químico (não altera ∆G'0 dos estados fundamentais) da reação.
Cinética Enzimática
Fatores que influenciam a velocidade de uma reação enzimática:
Efeito da concentração do substrato:
A) Em baixa [S], a velocidade aumenta linearmente quando esta é aumentada.
B) Apesar do aumento da [S], a velocidade inicial permanece constante.
Gráfico dos duplos recíprocos de Lineweaver-Burk
A equação de Michaelis-Menten descreve o comportamento cinético da maioria de enzimas que apresentam uma dependência hiperbólica de Vo em relação a [S].
Kcat
É chamada número de renovação e é equivalente ao número de moléculas de S convertidas em produto por uma única molécula de E, numa unidade de tempo, quando a E está saturada pelo S.
Kcat - constante geral para descrever a velocidade limitante de qualquer reação catalisada por enzima em condições de saturação. 
Vo = kcat[Et][S] / Km + [S]
Km e kcat permitem avaliar a eficiência catalítica das enzimas independente do mecanismo da reação.