Conformação, arquitetura e classificação de proteínas

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13 e 14 de agosto de 2018
Introdução à Bioinformática
Prof. Osmar NORBERTO DE SOUZA, Ph.D.
E-mail: osmar.norberto@pucrs.br
Laboratório de Bioinformática, Modelagem e Simulação de Biossistemas (LABIO)
Escola Politécnica
Laboratório de FarmInformática (FarmInf)
Escola de Ciências da Saúde
Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul – PUCRS
Porto Alegre - RS
Conformação, arquitetura e classificação de 
proteínas
Estrutura de proteínas
• Proteínas são polímeros de aminoácidos, mas como ocorre a formação dessas
macromoléculas?
Reação de 
condensação
Esse processo ocorre por meio de ligações peptídicas
Número de resíduos 
de Aminoácidos
+ 1
Número de 
ligações peptídicas
=
N
C
Estrutura de proteínas
• Hélice α: Para a formação de hélices
α, é preciso que no mínimo 8-10
resíduos de aminoácidos sejam
encontrados na região destacada em
azul.
Hélice-alfa
L-aminoácidos formam
hélices α de mão direita
(sentido da rotação).
Apresenta ~3,6 resíduos
de aminoácidos por volta
de hélice.
http://www2.warwick.ac.uk/fac/sci/moac/people/students/peter_cock/python/ramachandran/other/
N
C
Estrutura de proteínas
• Folha β: Este tipo de estrutura
secundária regular não ocorre sozinho.
É necessário que no mínimo duas fitas
estejam próximas para a formação
desta estrutura.
Folha β
O conjunto de fitas β é denominado de
folha β, que pode existir em três formas.
paralela anti-paralela mista
http://www2.warwick.ac.uk/fac/sci/moac/people/students/peter_cock/python/ramachandran/other/
N
N
C
C
C
C
C
C
C
CN
N
N
N
N
N
Estrutura de proteínas
• Folha β: Este tipo de estrutura
secundária regular não ocorre sozinho.
É necessário que no mínimo duas fitas
estejam próximas para a formação
desta estrutura.
Folha β
http://www2.warwick.ac.uk/fac/sci/moac/people/students/peter_cock/python/ramachandran/other/
fo
lh
a
-b
e
ta
p
a
ra
le
la
fo
lh
a
-b
e
ta
a
n
ti-p
a
ra
le
la
Estrutura de proteínas
• Voltas e Alças: Estes tipos de
estrutura secundária são classificados
como não regulares, visto que não
apresentam um padrão de ligações de
hidrogênio.
Estas estruturas podem ser encontradas
em qualquer região do gráfico de
Ramachandram.
http://www2.warwick.ac.uk/fac/sci/moac/people/students/peter_cock/python/ramachandran/other/
Volta:
2 a 4 resíduos
de aminoácidos.
Alça:
5 ou mais resíduos
de aminoácidos.
N
C
Estrutura de proteínas
• É o arranjo das estruturas secundárias numa mesma cadeia polipeptídica: 
PDB ID: 2BJB PDB ID: 1BVR
Estrutura de proteínas
Motivo estrutural - pode aparecer em diversas estruturas de proteínas compostas por diferentes
tipos de aminoácidos. Ex: motivo alça β-α-β, grampo β, entre outros.
• É o arranjo das estruturas secundárias numa mesma cadeia polipeptídica: 
N
C
NC
Motivo estrutural
Alça β-α-β
Motivo estrutural
Grampo β
Estrutura de proteínas
Motivo estrutural - pode aparecer em diversas estruturas de proteínas compostas por diferentes
tipos de aminoácidos. Ex: motivo alça β-α-β, grampo β, entre outros.
N
C
Motivo estrutural
Alça β-α-β
De motivos a domínios
Estrutura de proteínas
Domínio estrutural - Um ou mais motivos estruturais podem formar um domínio estrutural. Uma
das diferenças entre motivo e domínio é que os domínios apresentam uma estrutura globular
mesmo quando extraídos da proteína. Ex: Rossmann fold.
• A maioria das proteínas é modular: unidades discretas chamadas de domínio.
É possível expressar apenas o domínio
Rossmann fold de uma proteína, que este
assumirá sua conformação característica.
Estrutura de proteínas
Domínios A B C D
(1) Proteína com um único domínio
(2) Proteína com múltiplos domínios
•Proteoma procariótico: 2/3 das proteínas possuem dois ou mais domínios.
•Proteoma eucariótico: 4/5 das proteínas possuem múltiplos domínios.
• Domínios possuem entre 25-500 resíduos de aminoácidos.
• A maioria dos domínios possui < 200 resíduos de aminoácidos.
• Domínios com menos de 50 resíduos são normalmente estabilizados por ligações S-S.
Estrutura de proteínas
• É o arranjo das estruturas secundárias numa mesma cadeia polipeptídica: 
Porque os sítios ativos de enzimas são frequentemente encontrados próximos a regiões
de alças?
Forma aberta Forma fechada Comparação
P
D
B
ID
:
2
IY
S
P
D
B
ID
:
2
IY
Z
Estrutura de proteínas
• É o arranjo de diversas cadeias polipeptídicas formando um complexo multiproteico com uma função específica.
Dímeros Trímeros Tetrâmeros Hexâmeros
PDB ID: 1PWY PDB ID: 1GZX PDB ID: 1Q1GPDB ID: 7HVP
Estrutura de proteínas
• É o arranjo de diversas cadeias polipeptídicas formando um complexo multiproteico com uma função específica.
Bicamada
hexagonal
Monocamada
hexagonal
Protomero
Heterotrímero
Cabeça
Cauda
Caps
Globinas
a b c d
Linkers
L1 L2 L3
Bachega JFR et al,. The structure of the giant haemoglobin from Glossoscolex paulistus. Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 2015
Estrutura de proteínas
Estrutura de proteínas é mais conservada do que sequência.
24 % de identidade 24 % de identidade
Estrutura de proteínas
Estrutura de proteínas é mais conservada do que sequência
Hemoglobina Mioglobina
http://scienceblogs.com/startswit
habang/files/2009/04/19443.jpg
http://www.livescience.com/32500-
why-is-dark-meat-dark.html
PDB ID: 1MBNPDB ID: 1GZX
Estrutura de proteínas
Sequências com alta similaridade tendem a
apresentar estruturas terciárias similares.
Porém, sequências não tão conservadas
também podem apresentar estruturas similares.
Mutações que apresentem as mesmas
características físico-químicas, normalmente,
não irão alterar a estrutura. Todavia, mudanças
nas sequências de RNA e aminoácidos serão
muitos mais proeminentes.
Estrutura de proteínas
http://www.rcsb.org/pdb/statistics/contentGrowthChart.do?content=fold-scop
Classificação de estruturas de proteínas
• Como essas cadeias polipeptídicas se organizam num espaço 3D? Existem tipos de enovelamento para
as proteínas?
Classe:
Arquitetura:
Topologia:
É o nível mais geral para a classificação de
proteínas, o qual descreve basicamente a
composição de estruturas secundárias.
Descreve a forma que as estruturas
secundárias se organizam num espaço 3D
como, por exemplo, barril, sanduíche.
Considera a conectividade entre as estruturas
secundárias para classificar as proteínas.
Orengo CA, et al,. CATH — a hierarchic classification of protein domain structures. Structure 1997, Vol 5 No 8.
Classificação de estruturas de proteínas
• Como essas cadeias polipeptídicas se organizam num espaço 3D? Existem tipos de enovelamento para
as proteínas?
Alfa Beta Alfa-beta
PDB ID: 1AIMPDB ID: 1DC9PDB ID: 1MBN
Estrutura de proteínas
• Quais são os fatores que fornecem estabilidade para as estruturas de proteínas?
Efeito hidrofóbico!!!
Adiciona
H2O
http://elte.prompt.hu/sites/default/files/tananyagok/IntroductionToPracticalBiochemistry/ch08s05.html
Estrutura de proteínas
• Entretanto, nem todos os resíduos hidrofóbicos estarão organizados em núcleos hidrofóbicos.
Ligações de
hidrogênio!!!
Exercício
• Qual a definição de domínio estrutural?
• Vocês resolveram a estrutura cristalina de uma proteína de 127 resíduos de aminoácidos e, analisando
o gráfico de Ramachandran, os ângulos phi e psi estão concentrados na região azul. De acordo com os
seus conhecimentos de estrutura de proteínas, descreva qual o tipo de estrutura secundária
preponderante e a qual classe ela pertence.
• Defina osquatros níveis estruturais de proteínas (primária, secundária, terciária e quaternária).
• De acordo com a classificação hierárquica das proteínas, qual a definição de Classe, Topologia
e Arquitetura?