Proteínas estrutura e função

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS
CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS
DISCIPLINA- BIOQUÍMICA
Professora Responsável: Sarah Cavalcanti
PROTEÍNAS:
ESTRUTURA E FUNÇÃO
 
 Níveis estruturais das Proteínas
Estrutura Primária: Sequência de resíduos de aminoácidos 
Estrutura secundária: conformação local do esqueleto polipeptídico
Estrutura terciária: Estrutura tridimensional de toda cadeia polipeptídica
Estrutura quaternária: Arranjo espacial de duas ou mais cadeias polipeptídicas em uma proteína multissubunidade
 
Visão geral da estrutura das proteínas 
 O arranjo espacial dos átomos em uma proteína ou qualquer segmento de uma proteína – Conformação
 Mudança de conformação pode ocorrer pela rotação de ligações covalentes 
Uma ou poucas conformações de uma proteína pode existir em condições biológicas
Proteínas dobradas em qualquer uma de suas conformações estáveis ou funcionais – Proteínas Nativas
 
Estrutura Primária: Sequência de resíduos de aminoácidos 
Terminal carboxi
Terminal 
amino
 As ligações covalentes impõem importantes restrições na conformação da cadeia polipeptídica porque ligação peptídica é rígida e planar
A conformação da estrutura primária é mantida pelos ângulos diedros Phi (Ø), Psi (ψ) e ômega (ω)
 
Estrutura Primária: Sequência de resíduos de aminoácidos 
Importância da estrutura primária para a função das proteínas:
Proteínas com funções diferentes – sequência de resíduos aminoácidos diferentes
Proteínas com função semelhante – sequências de resíduos aminoácidos semelhantes
Doenças genéticas – mudança da sequência de resíduos aminoácidos (anemia falciforme) ou deleção de aminoácidos da proteína (distrofia muscular de Duchenne)
 
Estrutura Secundária:conformação local do esqueleto polipeptídico
 A estrutura secundária é definida pela conformação gerada pelo ângulos diedros e estabilizada por ligações de hidrogênio
 O nitrogênio das amidas são doadores de ligações de hidrogênio e os oxigênios das carbonilas receptores
 Tipos principais de estrutura secundária:
 Hélice α
 Conformação β (Folha β)
 Volta β* 
 
Estrutura Secundária: hélice-α é uma estrutura secundária comum
 Em torno de ¼ dos resíduos aminoácidos das proteínas estão na forma de hélice α 
ângulos diedros Ø (-57°) e Ѱ (-47°)
 
Estrutura Secundária: A sequência de resíduos aminoácidos afeta a estabilidade da hélice-α
 
Estrutura Secundária: conformação β organizam as cadeias polipeptídicas em folhas
 Conformação β - O esqueleto da cadeia polipeptídica é estendido em zigue-zague 
ângulos diedros Ø (-139°) e Ѱ (+135 °)
ângulos diedros Ø (-119°) e Ѱ (+113 °)
 
Estrutura Secundária:conformação local do arcabouço peptídico
 Volta β - conecta as extremidades de dois segmentos adjacentes de uma folha β antiparalela 
Estrutura Terciária: arranjo tridimensional total de todos os átomos de uma proteína
Mantida pela interação de grupos R localizados em pontos distantes na cadeia polipeptídica
ESTRUTURA NATIVA
(FUNÇÃO)
Estrutura quaternária: arranjo espacial entre subunidades protéicas
Mantidas por interações fracas ou em alguns casos por ligações covalentes
QUANTO A ESTRUTURA TERCIÁRIA E QUATERNÁRIA DAS PROTEÍNAS:
Proteínas fibrosas e globulares
Proteínas Fibrosas
Possuem cadeias polipeptídicas arranjadas em longos filamentos ou folhas
 função estrutural - garantem suporte, forma e proteção externa aos vertebrados
força e/ou flexibilidade às estruturas nas quais ocorrem
 Insolúveis na água – alta concentração de resíduos hidrofóbicos no interior e superfície da proteína
Simplicidade de estrutural 
Proteínas fibrosas: α-Queratina
protofilamento
Duas cadeias
 espiraladas
α-hélice
Células
Filamento
intermediário
protofibrila
Hélice α da queratina
Duas cadeias 
espiraladas
Protofilamento
Estrutura do cabelo
Cabelo, pelos, unhas, penas, espinhos, chifres, casco, camada externa da pele.
Interações hidrofóbicas (Ala, Val, Leu, Ile, Met e Phe) 
Ligações dissulfeto – estabilidade e aumentam a resistência
Proteínas fibrosas: Colágeno
Estrutura do colágeno 
Tecidos conjuntivos: tendões, cartilagens, matriz orgânica dos ossos, e a córnea do olho
Proteínas fibrosas: Colágeno
Estrutura das fibrilas de colágeno
Cabeças das moléculas de colágeno
Estriações cruzadas
Fibrilas de colágeno - estruturas supramoleculares formadas por triplas hélices de colágeno que organizadas em uma variedade de formas para garantir diferentes graus de resistência elástica nos tecidos onde ocorrem
Lys e HyLys
Proteínas fibrosas: Colágeno
Síndrome de Ehlers-Danlos (humanos) ou Astenia Cutânea (animais) 
 Sintomas – hiperextensibilidade, fragilidade cutânea e articulações frouxas
Mutação do gene que codifica a proteína peptidil prolil isomerase (PPIB), enzima lisil-hidroxilase (Causa - alteração na síntese de colágeno tipo I, III ou V) 
Glicina por Cisteína ou serina
Glicina por arginina
Proteínas fibrosas: Fibroína da Seda
Cadeia lateral de Alanina
Cadeia lateral de Glicina
Fibroína da seda. Conformação β. insetos e aranhas. Teia de aranha e fios de seda do bicho da seda 
Estrutura quaternária
Folhas β antiparalelas
Proteínas fibrosas: Fibroína da seda
Fiandeiras de uma aranha
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Proteínas fibrosas: Fibroína da Seda
Bicho da Seda (Bombix mori)
Tecido de seda
Proteínas globulares
 Proteína globular – segmentos diferentes de uma cadeia polipeptídica dobram-se uns sobre os outros para assumir uma forma mais compacta (esférica ou globular)
 Enovelamento
Diversidade estrutural
Funções biológicas
Enzimas, proteínas de transporte, proteínas reguladoras, anticorpos e etc
Proteínas globulares: Mioglobina
Estrutura terciária da mioglobina (153 aa, Mr 16.700)
Leucina
Isoleucina
Valina
Histidina
Proteínas globulares: possuem uma variedade de estruturas terciárias
Rubisco
Proteína cristal de Bacillus thuringiensis
https://www.rcsb.org/pdb/
Osmotina (PR proteína)
Proteínas globulares: possuem uma variedade de estruturas terciárias
Motivo – padrão de enovelamento identificável, envolvendo dois ou mais elementos da estrutura secundária e suas conexões
Domínio – parte da cadeia polipeptídica que é independentemente estável ou pode se movimentar como uma entidade isolada em relação ao resto da proteína
Domínio 3’-5’ exonuclease
Domínio 5’-3’ 
polimerase
DNA polimerase tipo 
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Estrutura Quaternária das Proteínas : Hemoglobina 
Estrutura quaternária da desoxi-hemoglobina
A associação das cadeias polipeptídicas serve a uma variedade de funções:
Interações entre cadeias pode causar mudanças na atividade da proteína
Cada cadeia pode exercer uma funções diferentes porém relacionadas
Associação de várias cadeias para formar uma determinada estrutura
64.500 Mr e 4 cadeias polipeptídicas
A perda de estrutura tridimensional da proteína suficiente para levar a perda da sua função
 Desnaturação
Fatores que desnaturam proteínas:
Calor (temperaturas elevadas): afeta as interações fracas em uma proteína (ligação de hidrogênio)
pH extremos: alteram a carga líquida das proteínas, causando repulsão eletroestática e ruptura de algumas ligações de hidrogênio
Solventes orgânicos e solutos: álcool e acetona, ureia e cloreto de guanidina (rompem interações hidrofóbicas)
Renaturação: Recuperação da estrutura nativa e da atividade biológica
Desnaturação e enovelamento das proteínas
Desnaturação irreversível
Desnaturação e enovelamento das proteínas
Estado nativo
cataliticamente ativo
Estado desenovelado
inativo, ligações cruzadas
de dissulfeto reduzidas
produzindo resíduos de
Cys
Estado nativo;
cataliticamente ativo.
Ligações cruzadas de 
dissulfeto corretamente 
reformadas
Adição da uréia
e do mercaptoetanol
Remoção da uréiae do mercaptoetanol
Desnaturação e enovelamento das proteínas
Ribonuclease (RNAse A)
Defeitos no enovelamento das proteínas pode causar doenças
Mal da vaca louca 
 (Encefalopatia espongiforme bovina)
Erro no dobramento da proteína PRÍON
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Defeitos no enovelamento das proteínas pode causar doenças
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 Função das Proteínas
 Função das proteínas envolve a ligação reversível de outras moléculas – Ligante
 Um ligante interage com uma região da proteína chamado Sítio de Ligação
 A ligação de uma proteína ao ligante – alteração da conformação da proteína
 Adaptação estrutural que ocorre entre a proteína e o ligante = Ajuste induzido 
 
 
 Proteínas de ligação ao oxigênio
O Oxigênio Pode Ligar-se ao Grupo Prostético Heme
O grupo heme está presente na mioglobina na hemoglobina e muitas outras proteínas
Oxigênio é pouco solúvel em soluções aquosas
Anel orgânico 
Ferro-protopofirina
 
 
 As subunidades da hemoglobina são estruturalmente semelhantes às da mioglobina
Mioglobina
Subunidade β da hemoglobina
Sequência de aminoácidos idêntica em apenas 27 posições
 
 
 Hemoglobina sofre uma alteração estrutural na ligação do oxigênio
 estado T
Desoxiemoglobina
Hemoglobina possui função de transporte de O2
 
 
 Hemoglobina sofre uma alteração estrutural na ligação do oxigênio
 estado T
Hemoglobina possui função de transporte de O2
 estado R
A ligação de O2 a desoxi-hemoglobina leva a uma mudança conformacional
 
 
 Anemia falciforme é uma doença molecular da hemoglobina
Eritrócitos normais
Eritrócitos de forma variável
Sintomas – fraqueza, vertigem, falta de oxigenação, aumento das pulsações , etc
 
 
 Anemia falciforme é uma doença molecular da hemoglobina
Mudança de glutamato para valina
Hemoglobina A
Hemoglobina S
Interação entre moléculas
Formação de filamentos tubulares
Cristalização de fibras
 
 
 Anticorpos possuem sítios de ligação ao antígeno
Anticorpos possuem função de defesa
Imunoglobulina G
Fragmento basal
Fragmento de
ligação ao antígeno
 
 
 Anticorpos possuem sítios de ligação ao antígeno
macrófago
Interação antígeno-anticorpo
(específica) 
Imunoglobulina G
Contração Muscular: Actina e Miosina são as principais proteínas do músculo
Cadeia da Miosina
520.000 Mr
Miosina (Filamentos Grossos)
 
Actina (Filamentos Finos)
Contração Muscular: Actina e Miosina são as principais proteínas do músculo
 
 
 Actina e Miosina : Contração Muscular
Estrutura do músculo esquelético
Feixe de fibras musculares
 
 
 Contração Muscular
Músculo relaxado
Músculo Contraído
 
 
 Contração Muscular