TEMA 2 COMPOSIÇÃO QUÍMICA, NÍVEIS ESTRUTURAIS E FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS

Prévia do material em texto

COMPOSIÇÃO QUÍMICA, 
NÍVEIS ESTRUTURAIS E 
FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS
Profa. Christiane Trevisan Slivinski
Desenho racional de fármacos
Síntese de substâncias que apresentam afinidade 
específica por um determinado tipo de molécula 
(enzima), envolvida com o processo patológico, inibindo 
sua ação e evitando a doença.
Mas... Que relação 
este tema tem com 
a estrutura de 
proteínas?
O planejamento racional de fármacos se 
desenvolveu a partir do modelo chave-fechadura 
proposto por Fischer, em 1885 (reconhecimento 
estrutural de moléculas), e contribuiu para o 
surgimento da química medicinal. 
A Química Medicinal envolve a invenção, a 
descoberta, o planejamento, a identificação, a 
preparação e a interpretação dos mecanismos de 
ação molecular de compostos biologicamente 
ativos.
CONHECIMENTO DA ESTRUTURA E 
FUNCIONAMENTO DAS PROTEÍNAS
SUMÁRIO
- Características gerais
- Composição química
- Aminoácidos
- Formação de polímeros
- Ligações peptídica
- Proteínas
- Desnaturação
- Funções das proteínas
 As proteínas são a personificação da transição de um 
mundo unidimensional de sequencias para um mundo 
tridimensional de moléculas capazes de realizar 
diversas funções.
- são polímeros lineares construídos a partir de
aminoácidos
- apresentam ampla variedade de grupos funcionais
- formam complexos proteicos
- alguns são rígidos e outros flexíveis
CARACTERÍSTICAS GERAIS
Todo aminoácido tem um grupo
carboxila e um grupo amino
ligado ao mesmo átomo de C (o
Cα). Eles diferem uns dos outros
através de suas cadeias laterais
ou grupos R.
 Todas as proteínas são construídas com o
mesmo conjunto de 20 aminoácidos ligados
covalentemente em seqüências lineares
características
C COO-
R
H3N
+
H
A maioria dos aminoácidos 
presentes nas moléculas 
protéicas são L-estereoisômeros
As cadeias laterais dos aminoácidos variam em:
- tamanho
- forma
- carga
- capacidade de ligar hidrogênio
- reatividade química
COMPOSIÇÃO QUÍMICA
Os aminoácidos podem ser classificados em cinco 
grupos, de acordo com as características químicas 
gerais incluindo a polaridade de seus grupos R.
 Hidrofóbicos com grupos R apolares de 
cadeia alifática
AMINOÁCIDOS
 Aromáticos
AMINOÁCIDOS
C COO-
H
H3N
+
CH2
FENILALANINA
C COO-
H
H3N
+
CH2
HO
TIROSINA
CH2
C
HN
C
C COO-
H
H3N
+
TRIPTOFANO
H
 Polares, sem carga
AMINOÁCIDOS
 Carregados negativamente (ácidos)
AMINOÁCIDOS
 Carregados positivamente (básicos)
AMINOÁCIDOS
C COO-
H
H3N
+
CH2
CH2
CH2
CH2
NH3
+
LISINA
C COO-
H
H3N
+
CH2
CH2
CH2
NH
C
NH2H2N +
ARGININA
C COO-H3N
+
H
CH2
C
N
C
CN
H
H
H
HISTIDINA
 Dos 20 aminoácidos padrão, o organismo 
humano sintetiza apenas 11 (não essenciais), os 
outros 9 aminoácidos (essenciais) devem ser 
obtidos através da alimentação
AMINOÁCIDOS ESSENCIAIS
- metionina
- fenilalanina
- treonina
- triptofano
- histidina
- valina
- leucina
- isoleucina
- lisina 
 Alguns aminoácidos importantes não primários:
- 4-hidroxiprolina (parede celular vegetal e colágeno) 
- 5-hidroxilisina (colágeno)
- N-metillisina (miosina)
- carboxiglutamato (protrombina) 
- desmosina (elastina)
 Cerca de 300 aminoácidos adicionais foram 
encontrados com diversas funções mas não 
aparecem em proteínas
AMINOÁCIDOS NÃO PRIMÁRIOS
IONIZAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS
 Quando um aminoácido cristalino, como a alanina, é 
dissolvido em água, ele existe na solução como um 
íon dipolar “zwitterion”
As substâncias que exibem esta dupla natureza são ditas 
anfotéricas e frequentemente chamadas de anfólitos
 Zwitterion 
como ácido
 Zwitterion 
como base
C
H
COO-
R
H3N
+ C COO- + H+
H
R
H2N
C COO- + H+
H
R
H3N
+ C COOH+
H
R
H2N
pH e pKa
 pKa – é o valor de pH que provoca 50% de
dissociação do ácido
 pKa1 – COOH
 pKa2 – NH3
+
 pKa3 – grupo R (quando houver)
C COO-
H
H3N
+
CH2
COO-
pKa1pKa2
pKa3
 Ocorre ionização primeiro do grupo carboxila,
depois do grupo amino e quando o grupo R for
ionizável, a ordem da ionização depende se seu
pKa
 Grupos ionizáveis:
 (-COOH) e (NH3
+) – protonados
 (-COO-) e (NH2) - desprotonados
C COOH
H
H3N
+
R H+
C COO-
H
H3N
+
R H+
C COO-
H
H2N
R
O valor de pH onde 
predomina a forma 
eletricamente neutra é 
denominado de ponto 
isoelétrico - pI
As curvas de titulação predizem as cargas elétricas dos
aminoácidos
pI =
pKa1 + pKa2
2
Curva de titulação da alanina
FORMAÇÃO DE POLÍMEROS
 Embora exergônicas, são estáveis por
possuírem alta energia de ativação
 Podem ser hidrolisadas por ácidos ou bases 
fortes ou proteases
LIGAÇÕES PEPTÍDICAS
Uma proteína é formada por uma sequencia de 
aminoácidos unidos por ligações peptídicas e que 
interagem entre si ao longo da cadeia
PROTEÍNAS
É possível deduzir a sequência de aminoácidos de 
uma proteína pela determinação da sequência de 
nucleotídeos em seu gene. Cada trinca de 
nucleotídeos corresponde a um aminoácido
 Determinada pela sequência de aminoácidos
 A função da proteína depende da estrutura
tridimensional
 A estrutura tridimensional é única
 A estrutura é estabilizada pelas ligações não
covalentes
ESTRUTURA TRIDIMENSIONAL
Estrutura primária
 É definida pela sequência dos aminoácidos
 Organização espacial dos resíduos de 
aminoácidos vizinhos na sequencia 
(estruturas regulares e periódicas)
Estrutura secundária
-HÉLICE
 O esqueleto polipeptídico enrola-se ao longo do 
eixo mais longo da molécula e os grupos R dos 
resíduos de aminoácidos projetam-se para fora 
Folha β-pregueada
 Conformação mais 
estendida, o esqueleto 
das cadeias 
polipeptídicas é 
estendido em zigue-
zague. As pontes de H 
entre as ligações 
peptídicas de cadeias 
poli adjacentes podem 
ser inter ou intra cadeias 
 Organização espacial dos resíduos dos 
aminoácidos que estão distantes uns dos 
outros na sequencia polipeptídica e ao 
padrão das pontes dissulfeto
Estrutura terciária
Mioglobina
 Subunidades no interior da cadeia 
polipeptídica
Estrutura quaternária
hemoglobina glicoproteína
 Apresentam forma alongada, com cadeias
polipeptídicas arranjadas em filamentos ou
folhas. Geralmente insolúveis, apresentam
função estrutural. São formadas pela
associação de módulos repetitivos,
possibilitando a construção de grandes
estruturas, apresentam estrutura secundária
regular
PROTEÍNAS FIBROSAS
α-queratina colágeno
 Uma ou mais cadeias polipeptídicas
organizadas em uma forma final
aproximadamente esférica, geralmente
solúveis e desempenham várias funções
dinâmicas (maior parte das enzimas e
hormônios)
PROTEÍNAS GLOBULARES
HIERARQUIA PROTEICA
Estrutura 3D da Proteína
Função Biológica
Portanto, o conhecimento da estrutura 3D é essencial 
para entender a função biológica e como alterá-la.
o Catálise enzimática
o Transporte
o Armazenamento
o Proteínas estruturais
o Proteínas contráteis ou de motilidade
o Defesa
o Controle e regulação de células
o Geração e transmissão de impulsos nervosos
FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS
HEMOGLOBINA
 Células aeróbias  recebimento contínuo de O2
 CO2 deve ser removido constantemente
 Simples difusão não ocorre
 HEMOGLOBINA
 anidrasecarbônica
 anidrase
carbônica
CO2 + H2O H2CO3 HCO3
- + H+
 Hemoglobina dos seres humanos adultos é formada por
4 subunidades  duas α e duas β – semelhante à 
mioglobina
 Molécula tetramérica composta pela união de dois
dímeros α1β1 e α2β2
 Os dímeros interagem nas interfaces α1β2 e α2β1
 As interfaces entre os dímeros sofrem modificações
importantes durante a oxigenação e a desoxigenação da 
hemoglobina
 Cada cadeia da hemoglobina está associada a um grupo
prostético chamado heme, localizado dentro de uma
cavidade hidrofóbica
 O heme é uma molécula de porfirina contendo um átomo
de ferro no estado ferroso (Fe2+), localizado em uma região
hidrofóbica da proteína
 Uma molécula de hemoglobina totalmente oxigenada tem 
quatro moléculas de O2 e é chamada de oxihemoglobina
(oxi-Hb ou HbO2)
 A hemoglobina desprovida de oxigênio é chamada de 
desoxihemoglobina (desoxi-Hb ou Hb)
As porfirinas consistem em um 
anel plano, resultante da ligação
de quatro núcleos pirrólicos, que
apresentam cadeias laterais
variáveis – PROTOPORFIRINA IX
SISTEMA IMUNE E 
IMUNOGLOBULINAS
 A resposta imune consiste de dois sistemas
complementares:
• Sistema imune humoral – direcionada à infecções
bacterianas e vírus extracelular
• Sistema imune celular – destrói células
hospedeiras, alguns parasitas e tecidos estranhos
ANTICORPOS OU IMUNOGLOBULINAS 
resposta imune humoral
 Qualquer molécula ou patógeno capaz de elicitar uma 
resposta imune é chamado de ANTIGENO, que pode ser 
um vírus, uma parede celular bacteriana, uma proteína 
individual ou outra macromolécula
ACTINA, MIOSINA E 
MOTORES MOLECULARES
 Força contrátil do músculo  actina e 
miosina
 Filamentos que sofrem interações
transitórias e deslizam entre si
 80% da massa de proteínas do músculo
 M.M. = 540.000
 Possui 6 subunidades – 2 cadeias pesadas e 4 
cadeias leves
 Terminais carboxila são arranjadas como α-hélice 
estendidas, enroladas em volta da outra em uma 
fibra
 No terminal amino, cada cadeia possui um 
domínio globular grande, contendo o sítio onde o 
ATP é hidrolisado
 As cadeias leves estão associadas com os 
domínios globulares
MIOSINA
• M.M. = 42000
• Segunda principal proteína muscular
• As moléculas monoméricas (actina G) associam-se para
formar o polímero um (actina F)
• Outras proteínas auxiliam na formação dos sarcôemros: 
α-actina, desmina, vimentina, nebulina, parmiosina, 
proteína C, proteína M, titina
ACTINA
ENZIMAS
o Enzimas proteínas altamente especializadas
- Elevado poder catalítico
- Alta especificidade
- Aceleram as reações
- Funcionam em condições brandas
- Centrais a todos os processo bioquímicos
- Reações sequenciais
REFERÊNCIAS
 GUIDO, R.V.C.; ANDRICOPOLUTO, A.D.; OLIVA, G. Planejamento 
de fármacos, biotecnologia e química medicinal: aplicações em 
doenças infecciosas. Estudos Avançados, v. 24, n. 70, p. 81-98, 
2010.20
 NELSON; D.L.; COX, M.M. Princípios de Bioquímica de 
Lehninger. 6ª Ed.. Porto Alegre: Artmed, 2014.
 MARZZOCCO, A.; TORRES, B.B.. Bioquímica Básica. Rio de 
Janeiro: Guanabara Koogan, 1999.
 BERG, J.M., TYMOCZKO, J.L.; STRYER, L.. Bioquímica. 7ª Ed. Rio 
de Janeiro: Guanabara Koogan, 2014.