Aula proteínas estrutura

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BIOQUÍMICA METABÓLICA 
Profa. Dra Georgia Erdmann do Nascimento 
Email: georgia.erdnasc@gmail.com 
Aminoácidos e Proteínas 
Estrutura 
PROTEÍNAS 
Estrutural e mecânica 
Enzimas 
Hormônios 
Balanço de Fluídos 
Proteção Imune Balanço ácido-Base 
Transporte 
Canais e transportadores de 
membrana 
FUNÇÕES 
Transporte/ Estoque Estrutural 
Catálise 
Movimento 
Fator de 
Transcrição 
Anticorpos 
Hormônio 
Canal de potássio mioglobina 
Albumina 
Insulina 
IgG 
Miosina 
Colágeno 
Histonas 
Lisozima 
Pepsina Polimerase de 
DNA 
Proteínas 
FUNÇÕES Variedade Funcional → Diferentes Estruturas 3D 
O que são Proteínas???? 
Aminoácidos Peptídeos Proteínas 
A união de aminoácidos forma peptídeos e proteínas 
Função dos aminoácidos 
O que são aminoácidos???? 
Compostos com função 
mista “amina” e “ácido” 
Os aminoácidos diferem 
entre si pela cadeia lateral 
(R) 
Carbono α (quiral) → Assimétrico – se liga a 4 ligantes diferentes 
 (exceção glicina) 
Carbono α → Opticamente ativo 
Devido o arranjo tetraédrico em torno do Carbono α, 
os aminoácidos possuem dois ENANTIÔMEROS possíveis 
(configuração absoluta D e L) 
ESPELHO 
Forma D 
 
ENANTIÔMERO: Estereoisômeros com imagens especulares não sobreponíveis 
Forma L 
(predominante nas 
proteínas) 
CONFIGURAÇÃO 
ABSOLUTA: 
Assemelha-se ao L-
gliceraldeído 
Estereoespecificidade dos aa 
• Os aminoácidos diferem entre si pela estrutura da cadeia 
lateral (R) 
OS DIFERENTES AMINOÁCIDOS 
glicina 
alanina ? 
20 AMINOÁCIDOS FORMAM PROTEÍNAS 
• Existem inúmeros aminoácidos, porém apenas 20 deles estão 
presentes na síntese de proteínas. Eles podem ser reconhecidos pelo 
seguinte código de letras 
 
G Glicina Gly P Prolina Pro 
A Alanina Ala V Valina Val 
L Leucina Leu I Isoleucina Ile 
M Metionina Met C Cisteína Cys 
F Fenilanina Phe Y Tirosina Tyr 
W Triptofano Trp H Histidina His 
K Lisina Lys R Arginina Arg 
Q Glutamina Gln N Asparagina Asn 
E Glutamato Glu D Aspartato Asp 
S Serina Ser T Treonina Thr 
 
Condicionalmente 
essenciais 
Essenciais 
Arginina 
Cisteína 
Glutamina 
Glicina 
Prolina 
tirosina Histidina 
Metionina 
Fenilalanina 
Triptofano 
Lisina 
Treonina 
BCAA 
Isoleucina 
Leucina 
Valina 
AMINOÁCIDOS 
Alanina 
Asparagina 
Glutamato 
Não essenciais 
Aspartato 
Serina 
CLASSIFICAÇÃO SEGUNDO ESSENCIALIDADE 
• A cadeia R pode ou não ter afinidade pela água 
• As propriedades da cadeia R são importantes para a 
conformação das proteínas e para sua função 
? 
AFINIDADE PELA ÁGUA 
HIDROFÍLICO - POLAR 
 
 
REPULSÃO PELA ÁGUA 
HIDROFÓBICO - APOLAR 
OS DIFERENTES AMINOÁCIDOS 
AMINOÁCIDOS APOLARES 
leucina isoleucina metionina triptofano 
glicina alanina prolina valina fenilalanina 
AMINOÁCIDOS POLARES SEM CARGA 
serina 
treonina cisteína 
asparagina tirosina glutamina 
AMINOÁCIDOS POLARES 
COM CARGA NEGATIVA (ÁCIDOS) 
glutamato 
 aspartato 
AMINOÁCIDOS POLARES 
COM CARGA POSITIVA (BÁSICOS) 
arginina 
histidina 
 lisina 
Aminoácidos “Incomuns” → Modificados 
Aminoácidos “Incomuns” → Modificados 
Ligação 
dissulfeto 
Aminoácidos “Incomuns” → Derivados e variações 
• Os aminoácidos são ANFÓTEROS, pois em solução aquosa, 
comportam-se como ácido e como base, formando íons 
dipolares 
– O grupamento carboxila ioniza-se em solução aquosa 
liberando próton, adquirindo carga negativa 
– O grupamento amina ioniza-se em solução aquosa 
aceitando próton, adquirindo carga positiva 
Zwitterion 
(carga líquida=0) 
CARATER ANFÓTERO DOS AMINOÁCIDOS 
 propriedade de ácido e de base do aa 
CARATER ANFÓTERO DOS AMINOÁCIDOS 
-COOH -COO- + H+ -NH3
+ -NH2 + H
+ 
+1 CARGA 
FINAL 
0 -1 
Este comportamento depende do pH do meio aquoso em 
que o aminoácido se encontra 
meio ácido meio básico 
CURVA DE IONIZAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS 
Titulação da glicina 
e as regiões de 
tampão 
pI (ponto isoelétrico): pH no 
qual o somatório das cargas de 
uma molécula iônica dipolar é 
igual a ZERO 
pKa (pK1, pK2): medida de 
tendência de um grupo doar um 
próton. 
ou simplesmente, é o pH onde a 
molécula (ex. COOH ou NH2) 
está 50% ionizada e 50% não 
ionizada. 
E quando a cadeia lateral também é ionizável? 
A cadeia lateral do 
aminoácido histidina 
tem um pKa de 6,0 e 
proteínas contendo 
resíduos de histidina 
podem tamponar ao 
redor do pH neutro. 
Quando um aminoácido é 
titulado, sua curva de titulação 
indica a reação de cada grupo 
funcional com o íon hidrogênio. 
Polímeros de aminoácidos 
 
Resultado da união do grupo α-carboxil no aminoácido (1) com o grupo 
α-amino de outro aminoácido (2) – ocorre desidratação (condensação) 
Ligação Peptídica 
É uma ligação covalente, 
rígida e estável, com caráter 
parcial de dupla ligação (i.e. 
possuem uma rigidez 
estrutural não podendo 
rotacionar em torno da 
ligação peptídica) 
As outras ligações simples 
dos peptídeos podem 
assumir diferentes 
conformações. 
Extremidade 
aminoterminal 
Extremidade 
carboxiterminal 
As proteínas formadas possuem duas extremidades 
 
Propriedades ácido-
básicas dos peptídeos 
Resíduos dos aa com 
grupos R ionizáveis 
Citocromo C – 104 aa → 20n = 20104 = 1,3x10130 (possibilidade teórica ilimitada) 
• Em humanos menos de 100 mil proteínas 
A função de uma proteína depende da sequência de aminoácidos 
1 simples troca: ANEMIA FALCIFORME (Anemia genética) 
Deleção grande: DISTROFIA MUSCULAR DE DUSCHENNE 
Proteínas funcionalmente semelhantes: sequencias de aa semelhantes 
Flexibilidade: 20 – 30% proteínas são polimórficas 
 
IDENTIDADE DA PROTEÍNA: quantidade aa/ tipo aa/ ordem 
NÍVEIS DE ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS 
Sequência de aa 
(MONTAGEM) 
Atração ou repulsão entre 
grupos R dos aa 
(EMPACOTAMENTO) 
Interação ligação H+ 
(DOBRAMENTO) 
Arranjo de várias 
cadeias 
(INTERAÇÃO) 
NÍVEIS DE ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS 
Estruturas secundárias mais 
conhecidas são as hélices α e 
as conformações β (folha 
β), e outro tipo comum é a 
volta β (em proteína 
globulares) 
NÍVEIS DE ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS 
NÍVEIS DE ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS 
 
Motivo (estrutura supersecundária) → padrão de enovelamento identificável, 
envolvendo 2 ou mais elementos e a conexão (ou conexões) 
 
Beta-beta 
(Beta-hairpin) 
NÍVEIS DE ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS 
Pontes de H 
 
Ligação iônica 
Pontes dissulfeto 
Interações 
hidrofóbicas e 
interações de van der 
Waals 
Cadeia 
polipeptídica 
Estrutura terciária, 
interação entre grupos 
que antes da estrutura 
secundária estavam 
distantes 
Estrutura terciária 
Arranjo total 3D 
NÍVEIS DE ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS 
Analogia com o fio de 
telefone 
Estrutura secundária 
Estrutura terciária 
NÍVEIS DE ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS 
Domínio – é uma parte da 
cadeia polipeptídica que é 
independentemente estável ou 
pode se movimentar como um 
entidade isolada em relação ao 
resto da proteína 
A existência de domínios permite 
a construção de proteínas a partir 
de módulos. 
 
Diversos domínios possuem uma 
função especifica associada 
Exemplo de um proteína (Src) – uma proteína tirosina quinase - que possui quatro 
domínios. Dois domínios possuem atividade regulatória (SH2 e SH3) enquanto os 
outros dois são domínios catalíticos 
NÍVEIS DE ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS 
NÍVEIS DE ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS 
Estrutura Quaternária 
Algumas proteínascontém duas ou mais cadeias polipeptídicas 
distintas (Subunidades - PROTÔMEROS), que podem ser 
idênticas ou diferentes. 
HEMOGLOBINA 
Quatro cadeias protéicas 
Esta estrutura é 
mantida pelas mesmas 
forças que mantém as 
estruturas secundárias 
e terciárias 
funcional funcional 
NÍVEIS DE ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS 
Classificação 
De acordo com 
natureza química 
Simples: 
apenas aa 
Conjugada: 
grupo prostético 
HOMOPROTEÍNAS/ HOLOPROTEÍNAS 
(histonas/albumina/gluteninas) 
HETEROPROTEÍNAS: 
- Lipoproteínas 
- Glicoproteínas 
- Fosfoproteínas 
- Hemoproteínas 
- Flavoproteínas 
- Metaloproteínas 
De acordo com o 
número de cadeias 
polipeptídicas 
Monomérica 
Multimérica 
HOMOMÉRICA 
HETEROMÉRICA 
Hemoglobina  Metaloproteína, 
heterotetramêro (2 cadeias alfa e 
2 cadeias beta) e Globular 
De acordo com a 
forma 
Fibrosa 
Globular 
NÍVEIS DE ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS 
 1 ou mais cadeias polipeptídicas 
 Arranjadas de forma esférica ou 
globular. 
 Contém diversos tipos de 
estruturas secundárias. 
 Ex. ENZIMAS, PROTEÍNAS 
REGULADORAS, PROTEÍNAS DE 
TRANSPORTE 
Proteínas 
Globulares 
 1 ou mais cadeias 
polipeptídicas arranjadas em 
longos filamentos ou folhas. 
 Em geral formadas por um 
único tipo de estrutura 
secundária. 
 Geralmente insolúveis 
 Proteínas de suporte, forma e 
proteção aos vertebrados: 
 colágeno, queratina, fibroína 
Proteínas 
Fibrosas 
CONFORMAÇÃO NATIVA DAS PROTEÍNAS 
A maioria das proteínas enrolam-se dentro de uma única conformação 
estável (conformação nativa) 
Interações que mantém a estrutura nativa: 
 
 • ligações de hidrogênio 
 
 • interações iônicas - entre resíduos carregados 
 
• interações hidrofóbicas - entre resíduos apolares 
 
• pontes dissulfeto 
 
• CAMADA DE SOLVATAÇÃO 
CONFORMAÇÃO NATIVA DAS PROTEÍNAS 
CONFORMAÇÃO NATIVA DAS PROTEÍNAS 
Desnaturação: perda da estrutura 3D suficiente para causar a perda de 
função. Em geral corresponde a proteína parcialmente dobrada. Perda das 
ligação não covalentes (fracas) 
Causas: MUDANÇA DO AMBIENTE 
temperatura, pHs extremos, solventes 
orgânicos, ureia, detergentes 
CONFORMAÇÃO NATIVA DAS PROTEÍNAS 
Renaturação: muitas vezes as 
proteínas desnaturadas podem reassumir 
suas conformações nativas estáveis. 
 A capacidade de renaturação da 
ribonuclease A forneceu a prova mais 
importante que a estrutura terciária de 
uma proteína globular é determinada por 
sua sequência de aminoácidos (estrutura 
primária). 
 
Acontece com a minoria de proteínas. A 
maioria necessita de alguma assistência. 
CONFORMAÇÃO NATIVA DAS PROTEÍNAS 
PROTEOSTASE  Manutenção contínua do grupo ativo de proteínas 
celulares, necessária em um dado conjunto de condições. 
Atividade coordenada de vias para 
a síntese e enovelamento 
Redobramento 
de proteínas 
parcialmente 
desdobradas 
Sequestro e degradação de 
proteínas irreversivelmente 
desdobrada 
UPR 
reguladores 
transcricionais 
1. Síntese ptns no 
ribossomo 
 
2. Enovelamento 
assistido: 
 - Atividade das 
chaperonas e foldases 
 
1. Degradação 
CONFORMAÇÃO NATIVA DAS PROTEÍNAS 
Chaperonas: proteínas que interagem com os polipeptídeos 
parcialmente dobrados ou dobrados incorretamente, facilitando os 
mecanismos de enovelamento corretos ou garantindo um 
microambiente adequado ao enovelamento. 
 
famílias de chaperonas: 
 
Hsp70 (heat shock proteins) – ligam-se a regiões não dobradas ricas 
em resíduos hidrofóbicos; translocação de proteínas; empacotamento 
quartenário. 
 
Chaperoninas – GroEL/GroES em E. coli 
 Hsp60 análoga em eucariontes 
 
Foldases: - (PDI) - Proteína-dissulfeto-isomerase/ 
 - (PPI) - Proteína-peptidil-prolil-cis-trans-isomerase 
 
↑↑UPR 
UPR (unfolded protein response): reguladores transcricionais 
CONFORMAÇÃO NATIVA DAS PROTEÍNAS 
DEFEITOS DO ENOVELAMENTO PROTÉICO 
AMILOIDOSES: Diabetes tipo 2, doença de Alzheimer, doença Huntington e 
doença de Parkinson 
 
 
ARTRITE REUMATÓIDE 
TUBERCULOSE 
FIBROSE CÍSTICA 
ALGUNS CANCERES 
AMILOIDOSE SISTÊMICA 
SEGUNDÁRIA 
AMILOIDOSE SISTÊMICA 
PRIMÁRIA 
Transtirretina 
A secreção pelas células β de um pequeno peptídeo (37 aa), o polipeptídeo 
amiloide das ilhotas (PPAI, ou IAPP, ou amilina), pode levar à deposição ao 
redor das ilhotas, destruindo gradualmente as células  DM2