Aula 4 Função proteica

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Função proteica
Professora: Karine Padilha
E-mail: karine.padilha@bioqmed.ufrj.br
Hormônios proteicos
• Hormônios que são proteínas.
- Prolactina (função estimular a produção de leite pelas glândulas
mamárias e o aumento das mamas).
- Hormônio de crescimento (GH, HGH) (estimula o crescimento
e a reprodução celular em humanos e outros animais vertebrados).
- Hormônio adenocorticotrófico (ACTH) (estimula a síntese e secreção de cortisol ou
corticosterona pelo córtex da adrenal).
- Vasopressina (aumenta a pressão sanguínea)
- Ocitocina (Promove a sensação de apego e empatia entre as pessoas, promove boas sensações,
"hormônio do amor").
- Insulina (responsável pela redução da glicemia, ao promover a entrada de glicose nas células).
etc..
• Todos esses hormônios viajam no sangue e precisam ser reconhecidos e incorporados em
células específicas que são identificadas e reconhecidas através de receptores proteicos ligados
ás membranas celulares.
Sinalização celular
• Por ex sinalização do componente Ras (em roxo
no centro)
• Esta via de sinalização é toda mediada por
proteínas.
• Tem proteínas que sinalizam positivamente
(ativando a ação da Ras) ou negativamente
(bloqueando a ação da Ras).
• Ou seja, a maior parte dos processos celulares
são desencadeados por proteínas.
A estrutura dinâmica das proteínas
• As funções de muitas proteínas envolvem a ligação reversível a outras moléculas.
Uma molécula que se liga reversivelmente a uma proteína é chamada de ligante.
• Um ligante se combina a um sítio particular da proteína, denominado sítio ativo.
- Que é complementar ao ligante em tamanho, forma, carga e afinidade á água.
• As proteínas são flexíveis. Em geral, mudanças específicas de conformações são
essenciais para conformação da proteína.
A estrutura dinâmica das proteínas
• A ligação de uma proteína com o ligante esta
associada a uma mudança de conformação da
proteína, que torna o sítio de ligação mais
complementar ao ligante, possibilitando uma ligação
mais firme.
• Ajuste induzido: A adaptação estrutural que ocorre
entre a proteína e o ligante.
• Mudanças conformacionais (alostéricas) são
essenciais para a função proteica.
A teoria do caos e estrutura de proteínas
• Novas teorias dizem que o modelo conhecido de "chave
e fechadura" está refutado.
• A proteína fica em estado de movimentação dinâmica.
- É o substrato que induz a mudança conformacional na
proteína.
• Complementaridade interativa: Como se a chave
moldasse a fechadura ao encontrar com ela –ou vice-
versa.
A teoria do caos e estrutura de proteínas
• Em uma proteína contendo várias subnidades, uma
mudança conformacional em uma delas normalmente
afeta a conformação das demais.
• As ligações com os ligantes podem ser reguladas por
meio de interações específicas (fosforilação,
glicolização, etc..) ou por ligação a outros ligantes.
• Nas enzimas, os ligantes são chamados de substratos e
o sítio de ligação é chamado de sítio ativo.
• O oxigênio é um gás essencial à vida da maior parte dos organismos.
• Esse gás não se dissolve facilmente em soluções aquosas, o que dificulta o transporte
dele na forma livre (sem estar associado a nenhuma molécula) para os tecidos.
• Durante o processo de evolução, surgiram moléculas capazes de transportar o oxigênio
em meio aquoso. As moléculas que foram selecionadas para esta função foram as
proteínas.
• Uma particularidade associada a essas proteínas é que era necessário que a molécula
transportadora de oxigênio se ligasse a ele com grande afinidade, mas que, no lugar de
destino (no caso, os tecidos), se desligasse dele facilmente. Em outras palavras, A
LIGAÇÃO DEVERIA SER REVERSÍVEL.
Proteínas de ligação ao Oxigênio
• Alguns metais, como o ferro e o cobre, são ótimos transportadores de
oxigênio. Só que a ligação do oxigênio ao ferro gera radicais
(moléculas muito reativas) que são altamente danosos ao DNA e às
proteínas.
• O ferro associou-se a um grupo prostético ligado a uma proteína,
denominada heme.
• Grupo prostético: Um composto associado de modo permanente a
uma proteína e que contribui para a função desta.
• O heme é constituído por uma completa estrutura, a protoporfirina.
• No heme, o ferro fica “sequestrado”, isto é, fica escondido, tornando-
se menos reativo.
• O ferro faz quatro ligações com os quatro nitrogênios
da protoporfirina, e que há ainda duas ligações que ficam livres;
exatamente uma delas é a que deve ser ocupada pelo oxigênio a ser
transportado.
Proteínas de ligação ao Oxigênio
Por que não é somente o heme que transporta o oxigênio diretamente? Por
que há uma proteína envolvida nesse processo?
• O heme é uma molécula hidrofóbica, e não conseguiria circular livremente
pela corrente sanguínea (composta principalmente de água).
• O estado de oxidação do ferro. Quando o oxigênio ocupa uma das duas
ligações livres (valências) do ferro no heme, ele pode converter Fe2+ em
Fe3+, o que torna o heme incapaz de transportar o oxigênio ( Fe3+ não é
capaz de se ligar ao oxigênio).
• Aqui entra a proteína: umas das ligações livres do ferro interage com um
aminoácido da proteína designada para o transportede oxigênio.
• No caso da proteína que faz o transporte de oxigênio no nosso corpo, por
exemplo, este aminoácido é a HISTIDINA, que liga o ferro a um de seus
nitrogênios. A outra ligação fica livre para receber o oxigênio.
Proteínas de ligação ao Oxigênio
Então, o ferro preso a anéis (protoporfirina) formando o heme, que por sua vez fica mergulhado
no interior de uma proteína, garante que o transporte de oxigênio seja feito da melhor maneira
possível.
Pois, com isto:
• Não há conversão do Fe2+ em Fe3+, o que inviabilizaria o transporte do oxigênio;
• Não há formação de radicais tóxicos, que são danosos a outras moléculas da célula;
• É possível limitar o acesso de determinadas moléculas ao heme.
Falando um pouco das proteínas que estão envolvidas no transporte de gases no nosso organismo: a
hemoglobina e a mioglobina.
Mioglobina
• É encontrada nos músculos e tem como função distribuir
oxigênio a este tecido.
• Ela é particularmente abundante nos músculos de mamíferos que
mergulham, como focas e baleias, pois é capaz de reter o
oxigênio por longos períodos de tempo, enquanto o animal
está submerso.
• A mioglobina é composta por:
- Uma única cadeia, que contém 153 aminoácidos
- Apenas uma molécula de heme e oito α-hélices, cada uma
recebendo como denominação uma letra do alfabeto: de A até H.
Hemoglobina
• A hemoglobina está presente nos glóbulos vermelhos (hemácias)
e sua função é a de carregar oxigênio no sangue,
desempenhando, também, um papel vital no transporte de
dióxido de carbono (CO2) e hidrogênio (H).
• A hemoglobina é uma proteína tetramérica
- possui quatro subunidades. Ela possui duas subunidades ditas α
e duas β sendo, então, denominada (α2β2).
• Há quatro grupos hemes na hemoglobina, cada um ligado a uma
destas subunidades. Dessa forma, a hemoglobina
transporta quatro moléculas de oxigênio de cada vez.
Eritrócitos
• São células altamente especializadas em transportar O2.
- Perderam núcleo, mitocôndria, retículo.
- Vivem 120 dias.
- 34% de seu peso total é de hemoglobina.
• O CO tem mais afinidade à hemoglobina do que o O2.
Proteínas alostéricas
• Hemoglobina possui 2 tipos de estados conformacionais:
T(enso) e R(elaxado)
• A ligação do O2 à subunidade da Hmb no estado T desencadeia
mudança para o estado R.
• Em proteínas alostéricas, como a Hmb, a interação com um
ligante altera as propriedades de ligação a outros sítios da
mesma proteína.
A hemoglobina também carrega o Co2
• Liga CO2 de forma inversamente proporcional quando relacionado à ligação com o oxigênio
• CO2liga-se como grupo carbamato ao grupo α-amino na extremidade amino-terminal, formando a
carbaminoemoglobina.
• Os carbamatos ligados também formam pontes salinas adicionais que auxiliam na estabilização do
estado T e provem liberação do O2
A ligação do O2 à hmg é regulada por BPG
• Existem mecanismos que modulam a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio, como
um composto chamado 2,3 bifosfoglicerato (BPG).
• É uma molécula que está presente dentro das hemácias e é capaz de alterar a afinidade da
hemoglobina pelo oxigênio.
• A descoberta das funções do BPG foi importante, pois explicou por que a afinidade da
hemoglobina pelo oxigênio, em condições experimentais, era maior do que a afinidade da
hemoglobina pelo oxigênio na hemácia.
• O BPG atua como uma espécie de modulador, que se liga à hemoglobina e diminui a
afinidade dela pelo oxigênio em torno de 26 vezes.
• Elucidado um importante mecanismo que possibilita à hemoglobina desligar-se do oxigênio e
entregá-lo aos tecidos.
Anemia falciforme é uma doença molecular da hemoglobina
• A mutação homozigota(aa) de um único nucleotídeo que
codifica para a cadeia B da hemoglobina faz com que a
forma da hemácia seja modificada
• Não há cura, transporte ineficiente de O2.
• Por outro lado, o heterozigoto (Aa) possui maior
resistência à malária já que o Plasmodium não consegue
infectar tão bem as hemácias falciformes
Interações proteicas moduladas por energia química (ATP)
Citoesqueleto
• Rede de filamentos proteicos que se prolongam no
citoplasma
• Rede estrutural da célula
• Define formato e organização geral do citoplasma
• Responsável pelos movimentos celulares
• Transporte interno de organelas
• Transporte de cromossomos na mitose
• Estrutura dinâmica
Etc...
Composição do citoesqueleto
• Formados por três tipos principais de filamentos
arranjados em conjunto e associados a organelas e à
membrana por proteínas acessórias
- Filamentos de Actina
- Filamentos intermediários
- Microtúbulos
• Funções:
- Motilidade celular, transporte de organelas, divisão celular
e outros tipos de transporte celular
Filamentos do citoesqueleto
• Cada tipo de filamento do citoesqueleto é um polímero construído
a partir de subunidades menores (monômeros)
• Podem difundir-se rapidamente pelo citoplasma
• Os polímeros do citoesqueleto são mantidos por ligações fracas
(não covalentes)
Actina
• Proteína globular, principal proteínado citoesqueleto
• 20% das proteínas totais de uma célula
• Leveduras: um gene; Mamíferos: 6 genes
• Uma das proteínas mais conservadas sendo 90% idêntica
desde os fungos até os mamíferos
• Participa da contração muscular, mobilidade celular,
divisão celular, citocinese, movimentação de vesículas e
organelas, sinalização celular, estabilização e manutenção
das junções celulares, formato celular
Filamentos de Actina
• Microfilamentos formam feixes ou redes tridimensionais
com propriedades de géis semi-sólidos
• O arranjo e a organização dos filamentos, as ligações entre
feixes e redes e estruturas celulares são regulados pela
ligação com uma variedade de proteínas de associação com
a actina
• Os filamentos são particularmente abundantes junto à
membrana plasmática
• Suporte mecânico e forma celular
• Movimento da superfície celular
Organização dos filamentos
• Feixes de actina
• Filamentos ligados em agrupamentos paralelos
• Proteínas empacotadoras de actina
• Redes de actina
• Arranjo ortogonal (matriz)
Feixes paralelos
• Responsáveis pelas microvilosidades das membranas
Redes de actina
• Filamentos de actina ligados por proteínas filaminas
• Ligações ortogonais
• Malha tridimensional frouxa
• Sustentação da superfície da célula
Filamentos de adesão celular
• Responsáveis pelo contato com células adjacentes
• Fibras de estresse
• Fibras de actinaque promovem adesão celular
• Fibras de alfa-actininaligam cateninase caderinas
• Contato célula-célula
• Junções de adesão
Projeções de membrana
• Microvilosidades intestinais
• Estruturas de resposta a estímulo
• Formadas por formação e retração de feixes de actina
• Pseudópodos
• Microespículas
Actina, miosina e o movimento celular
• Filamentos de actina estão associados a proteínas
miosinas, responsável por movimentos celulares
• A miosina é motor molecular
• Converte ATP em energia mecânica
• Gera força e movimento
• Responsável pela contração muscular, divisão celular,
movimentações celulares
Microtúbulos
• Cilindros ocos de 25nm de diâmetro
• Estruturas dinâmicas em constante processo de
organização e desorganização
• Definem a forma da célula
• Promovem locomoção, transporte intracelular de organelas
e separação dos cromossomos durante a mitose
Filamentos do citoesqueleto
• Proteína globular
• Arranjos das formas alfa e beta formam os microtúbulos
Microtúbulos, drogas e câncer
• Drogas que se ligam à tubulina, como a colchicina e a
colcemida inibem a polimerização de microtúbulos
• Inibem assim a divisão celular (mitose)
• Outras drogas que se ligam aos microtúbulos são também
utilizadas no tratamento de câncer, como vincristina e
vimblastina
Resumão
• As proteínas têm inúmeras funções celulares
• A estrutura da proteína é altamente relevante para que ela tenha uma função celular
• As proteínas mudam de conformação quando encaixadas a um ligante
- A ligação reversível da proteína ao ligante é importante na regulação do metabolismo
- Sítios de ligação podem ligar diferentes