estrutura proteica

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26/09/2014 
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Universidade Federal do Piauí 
Centro de Ciências da Saúde 
Departamento de Bioquímica e Farmacologia 
Disciplina:Bioquímica 
 
Prof. Ms. Paulo Alex Bezerra Sales 
Estrutura Proteica 
 
PROTEÍNAS 
 Macromoléculas (polímeros) mais abundantes em um 
organismo e participam de todos os processos biológicos 
formadas por monômeros (aminoácidos) 
 
 Diversas funções 
 Catalisadores, hormônios, antibióticos, anticorpos 
 São os principais constituintes de músculos, penas, 
cabelos, unhas, chifres, invólucros virais, clara de ovo, sedas, 
teias de aranha e muitos outros materiais biológicos 
 
 
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ESTRUTURA ATÔMICA 
 Modelo a toxina diftérica 
 Estrutura atômica 
- Cores diferentes para cada tipo de aminoácido 
-Não há grande variedade nos aminoácidos que constituem uma 
proteína 
 20 aminoácidos 
 -Diferentes proteínas são constituídas de diferentes combinações dos 
20 aminoácidos. 
-Toxina diftérica: polímero de 535 aminoácidos 
Mas como estão ligados os aminoácidos? 
Este fragmento é um peptídeo constituído de apenas 5 aminoácidos 
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L i g a ç ã o p e p t í d i c a 
PEPTÍDEO  Arginina - Prolina - Alanina - Tirosina - Serina 
 
Representação plana desse fragmento 
 
Para estudar a estrutura da ligação entre os aminoácidos 
vamos visualizar os átomos que compõem cada 
aminoácido 
 
 
Observe que há uma regularidade na estrutura ao lado 
 Os átomos de nitrogênio são sempre intercalados por 
dois de carbono, formando um "esqueleto" 
 
“Como estão ligados os aminácidos?“ 
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Como a ligação peptídica se dá entre dois aminoácidos, vamos isolar 
apenas dois deles e analisá-los detalhadamente (tirosina – serina) 
 Quebrar ligação entre os dois aminoácidos 
Todos aminoácidos possuem uma estrutura idêntica 
A ligação peptídica é estabelecida por uma reação entre o grupo 
carboxílico de um aminoácido e o grupo amino de outro. 
 
A ligação peptídica pode ser feita sinteticamente ou nos ribossomos das 
células. Primeiramente, vamos ligar os aminoácidos ao tRNA 
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 Assim, além da regularidade de dois átomos de carbono entre um de nitrogênio, 
também se observa que ao átomo de nitrogênio liga-se um átomo de hidrogênio e 
ao átomo de carbono ligado diretamente ao nitrogênio há um átomo de oxigênio 
ligado 
 
Este átomo de hidrogênio e de oxigênio são bastante importantes para a 
estruturação de uma proteína, como será visto posteriormente no capítulo Estrutura 
secundária. 
 
 E S T R U T U R A P R I M Á R I A: Sequência linear dos aminoácidos 
 
 
ESTRUTURA SECUNDÁRIA: dada pelo arranjo espacial dos 
aminoácidos próximos entre si na sequência primária da proteína. 
Arranjos alfa-hélices e folhas beta e estruturas não regular 
 
 
 EST R U T U R A TERCIÁRIA: resulta das interações entre diferentes 
regiões de estrutura regular definida ou não regular. Descreve a 
conformação espacial da proteína inteira 
 
 
 E S T R U T U R A QUATERNÁRIA: Algumas proteínas podem ter 2 
ou mais cadeias polipeptidicas. 
 E s t r u t u r a p r i m á r i a 
 1 GLY ALA ASP ASP VAL VAL ASP SER SER LYS 10 
 11 SER PHE VAL MET GLU ASN PHE SER SER TYR 20 
 21 HIS GLY THR LYS PRO GLY TYR VAL ASP SER 30 
 31 ILE GLN LYS GLY ILE GLN LYS PRO LYS SER 40 
 41 GLY THR GLN GLY ASN TYR ASP ASP ASP TRP 50 
 51 LYS GLY PHE TYR SER THR ASP ASN LYS TYR 60 
 61 ASP ALA ALA GLY TYR SER VAL ASP ASN GLU 70 
 71 ASN PRO LEU SER GLY LYS ALA GLY GLY VAL 80 
 81 VAL LYS VAL THR TYR PRO GLY LEU THR LYS 90 
 91 VAL LEU ALA LEU LYS VAL ASP ASN ALA GLU 100 
101 THR ILE LYS LYS GLU LEU GLY LEU SER LEU 110 
111 THR GLU PRO LEU MET GLU GLN VAL GLY THR 120 
121 GLU GLU PHE ILE LYS ARG PHE GLY ASP GLY 130 
131 ALA SER ARG VAL VAL LEU SER LEU PRO PHE 140 
141 ALA GLU GLY SER SER SER VAL GLU TYR ILE 150 
151 ASN ASN TRP GLU GLN ALA LYS ALA LEU SER 160 
161 VAL GLU LEU GLU ILE ASN PHE GLU THR ARG 170 
171 GLY LYS ARG GLY GLN ASP ALA MET TYR GLU 180 
181 TYR MET ALA GLN ALA CYS ALA GLY ASN ARG 190 
191 VAL ARG ARG SER VAL GLY SER SER LEU SER 200 
201 CYS ILE ASN LEU ASP TRP ASP VAL ILE ARG 210 
211 ASP LYS THR LYS THR LYS ILE GLU SER LEU 220 
221 LYS GLU HIS GLY PRO ILE LYS ASN LYS MET 230 
231 SER GLU SER PRO ASN LYS THR VAL SER GLU 240 
241 GLU LYS ALA LYS GLN TYR LEU GLU GLU PHE 250 
251 HIS GLN THR ALA LEU GLU HIS PRO GLU LEU 260 
261 SER GLU LEU LYS THR VAL THR GLY THR ASN 270 
271 PRO VAL PHE ALA GLY ALA ASN TYR ALA ALA 280 
281 TRP ALA VAL ASN VAL ALA GLN VAL ILE ASP 290 
291 SER GLU THR ALA ASP ASN LEU GLU LYS THR 300 
301 THR ALA ALA LEU SER ILE LEU PRO GLY ILE 310 
311 GLY SER VAL MET GLY ILE ALA ASP GLY ALA 320 
321 VAL HIS HIS ASN THR GLU GLU ILE VAL ALA 330 
331 GLN SER ILE ALA LEU SER SER LEU MET VAL 340 
341 ALA GLN ALA ILE PRO LEU VAL GLY GLU LEU 350 
351 VAL ASP ILE GLY PHE ALA ALA TYR ASN PHE 360 
361 VAL GLU SER ILE ILE ASN LEU PHE GLN VAL 370 
371 VAL HIS ASN SER TYR ASN ARG PRO ALA TYR 380 
381 SER PRO GLY HIS LYS THR GLN PRO PHE LEU 390 
391 HIS ASP GLY TYR ALA VAL SER TRP ASN THR 400 
401 VAL GLU ASP SER ILE ILE ARG THR GLY PHE 410 
411 GLN GLY GLU SER GLY HIS ASP ILE LYS ILE 420 
421 THR ALA GLU ASN THR PRO LEU PRO ILE ALA 430 
431 GLY VAL LEU LEU PRO THR ILE PRO GLY LYS 440 
441 LEU ASP VAL ASN LYS SER LYS THR HIS ILE 450 
451 SER VAL ASN GLY ARG LYS ILE ARG MET ARG 460 
461 CYS ARG ALA ILE ASP GLY ASP VAL THR PHE 470 
471 CYS ARG PRO LYS SER PRO VAL TYR VAL GLY 480 
481 ASN GLY VAL HIS ALA ASN LEU HIS VAL ALA 490 
491 PHE HIS ARG SER SER SER GLU LYS ILE HIS 500 
501 SER ASN GLU ILE SER SER ASP SER ILE GLY 510 
511 VAL LEU GLY TYR GLN LYS THR VAL ASP HIS 520 
521 THR LYS VAL ASN SER LYS LEU SER LEU PHE 530 
531 PHE GLU ILE LYS 535 
O aminoácido que "inicia" a proteína tem 
seu grupo NH3
+ livre, porque está ligado 
ao segundo aminoácido pelo seu grupo 
carboxila. Do segundo aminoácido em 
diante, todos têm tanto seus grupos amino 
quanto seus grupos carboxila participando 
de ligações peptídicas 
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E s t r u t u r a s e c u n d á r i a 
 Esqueleto de aminoácidos Retirarmos as cadeias laterais dos 
aminoácidos 
Estruturas secundárias 
  Estruturas coloridas de cor roxa parecem espirais, bastante regulares 
 Alfa-hélices 
  As estruturas coloridas de laranja são fitas paralelas, regularmente 
organizadas 
 Folhas beta pregueadas 
 Segmentos protéicos em branco possuem estrutura 
 Não regular 
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A l f a - h é l i c e 
 
A formação e a manutenção da alfa-hélice é obtida por pontes 
de hidrogênio entre os átomos das ligações peptídicas 
 
Vamos "retirar" as cadeias laterais para 
facilitar a visualização 
Pontes de hidrogênio se estabelecem entre o átomo de hidrogênio 
do esqueleto de um aminoácido e o átomo de oxigênio de outro 
aminoácido 
 A regularidade da alfa-hélice faz com que sua estrutura seja como a 
de um tubo 
 As cadeias laterais dos aminoácidos ficam expostas para o lado de 
fora do tubo evitando impedimento estérico (impede que uma 
determinada conformação seja permitida com o esqueleto de 
aminoácidos) 
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Observe que as prolinas encontradas em alfa-hélices, na verdade 
localizam-se no fim destas estruturas e jamais no meio 
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PRO em alfa-hélice 
 
 
 
 
 Observe que a prolina apresentada localiza-se no fim da hélice 
 Devido ao fato da prolina ter uma cadeia lateral cíclicaenvolvendo o grupo amino há uma restrição dos movimentos possíveis da 
ligação peptídica envolvendo este aminoácido 
 A ligação peptídica da prolina envolve uma amida secundária não 
há um átomo de hidrogênio disponível para que se forme ponte de 
hidrogênio com os aminoácidos adjacentes na hélice, que estabilizaria a 
alfa-hélice 
 
 
E s t r u t u r a s e c u n d á r i a 
Ao lado temos um domínio (Thr386 a Ser535) 
da toxina diftérica estruturado exclusivamente 
em folhas-beta (representadas pelas fitas 
em laranja). 
 
Vamos estudar inicialmente um segmento 
menor deste domínio segmento isolado 
(Thr386-Glu423) 
 
Observe como as cadeias polipeptídicas são 
paralelas. 
 
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Estrutura atômica do segmento 
Protéico 
 
Retirada dos trechos de estrutura 
não-regular 
Esqueleto 
(cinza) 
Isolar segmento 
(Tyr394-Trp398) 
C-alfa (verde) do segmento 
 Esqueleto : cadeias laterais 
(em laranja) estão de ambos 
os lados do esqueleto 
 C-alfa estão coloridos 
de verde 
 Cadeias laterais dos 
aminoácidos se alternam, uma 
para cada lado do esqueleto 
(em cinza). 
 Tal distribuição de cadeias 
laterais ocorre porque os 
ângulos de torção apresentam 
regularidade, fazendo com 
que o esqueleto fique 
"ondulado" ou "pregueado", 
daí o nome folha-beta 
pregueada. 
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  Nesse tipo de representação, a direção da seta indica o sentido do N 
para o C-terminal, ou seja, do primeiro ao último aminoácido 
 
Observe que no segmento ao lado as setas são opostas 
 
 Esse tipo de folha-beta é chamado de anti-paralela 
 
Em proteínas também são encontradas folhas-beta paralelas. No 
entanto, esse segundo tipo é bem menos frequente e provavelmente por 
ser menos estável que o primeiro 
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Domínio (Thr386 a Ser535) 
Observe a quantidade de pontes de hidrogênio que mantêm a coesão 
do esqueleto proteico 
Toda a estrutura é anti-paralela 
Estrutura formada não é perfeitamente paralela, mas levemente 
torcida. Essa torção é devida às interações entre os resíduos de 
aminoácidos 
Folhas-beta são comumente encontradas com essa estrutura 
(formando uma "bola" com fitas anti-paralelas) que é bastante estável 
(estrutura energeticamente mais favorável) 
 
Padrões estruturais 
Motivos: Agrupamento de dois ou mais elementos de 
estruturas secundárias 
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Padrões estruturais 
Domínio: Parte de uma cadeia polipeptídica estruturalmente 
independente 
E s t r u t u r a s e c u n d á r i a: n ã o - r e g u l a r 
 Cerca de metade de uma proteína 
globular é composta por estrutura 
secundária (alfa-hélices e folhas 
beta pregueadas). A outra metade é 
composta de estrutura não-regular. 
 Não apresenta um padrão repetitivo 
(EM BRANCO) 
 Note que quase todos os segmentos 
encontram-se entre trechos de 
estrutura regular. (VERDE) 
 
 
E s t r u t u r a s e c u n d á r i a: n ã o - r e g u l a r 
 Nas proteínas, é comum 
ocorrer, nas regiões 
de estrutura não-regular, 
trechos conhecidos 
como voltas, que causam 
mudança de sentido da cadeia 
polipeptídica. Estas voltas são 
mantidas por pontes de 
hidrogênio e são, portanto, 
estruturas estáveis 
 
 
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 Entre regiões em folhas beta pregueadas também há um 
tipo de volta responsável pelo anti-paralelismo das folhas 
Estas voltas são chamadas de dobras beta 
E s t r u t u r a t e r c i á r i a 
 A estrutura terciária é formada pela disposição espacial das 
estruturas secundárias e das estruturas não regulares, 
constituindo a proteína toda. 
Importância da cadeia lateral dos aminoácidos na 
estrutura tridimensional das proteínas 
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Classificação quanto a estrutura proteica 
M a n u t e n ç ã o d a Es t r u t u r a t e r c i á r i a 
A estrutura terciária da difteria é uma estrutura bastante 
compacta 
Que forças mantêm tal compactação? 
 
 São ligações ou interações entre as cadeias laterais dos 
aminoácidos: 
1 - ponte salina 
2 - ponte de hidrogênio 
3 - interação hidrofóbica 
4 - ponte dissulfeto 
 
 
 
1 - Ponte salina 
 
 
Apesar dos dois aminoácidos 
estarem localizados tão distantes 
um do outro na estrutura primária 
da proteína (separados por 37 
aminoácidos) eles estão em contato 
 
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1 - Ponte salina 
 
 
Você pode verificar que os aminoácidos estão de 
fato mantendo o contato entre os segmentos do 
esqueleto de aminoácidos que formam uma alça. 
Grupo amino (NH3
+ , carregado positivamente) 
da cadeia lateral da ARG173. 
Grupo carboxílico (COO- , carregado 
negativamente) da cadeia lateral do ASP211. 
Para haver estabelecimento de uma 
ponte salina ou interação iônica, é 
necessário que os dois aminoácidos em 
contato tenham grupos carregados 
 
 
É importante lembrar que apesar de 
todos os aminoácidos terem dois grupos 
carregados, o grupo amino (positivo) e o 
grupo carboxílico (negativo), esses 
grupos estão envolvidos na ligação 
peptídica e não podem, portanto, 
estabelecer interação iônica 
 
 
 
Assim, os grupos que conferem carga 
líquida a um aminoácido são as cadeias 
laterais 
Ponte de hidrogênio 
Tirosina 60 (TYR60) 
Glutamina 184 (GLN184) 
 
Novamente, os aminoácidos estão 
distantes na estrutura primária, 
mas estão em contato devido à 
estrutura tridimensional que a 
proteína adquire 
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Ponte de hidrogênio 
Se dá entre um átomo 
de oxigênio ou nitrogênio e 
um átomo de hidrogênio ligado 
a um átomo de oxigênio ou 
nitrogênio 
 
A ponte de hidrogênio em 
estudo é formada entre um 
átomo de hidrogênio ligado a 
um átomo de oxigênio da 
tyrosina 60 e um átomo de 
oxigênio da glutamina 184. 
 
Ponte de hidrogênio 
Neste caso, a ponte de 
hidrogênio se estabelece entre o 
hidrogênio da hidroxila (O-H) da 
tirosina e o oxigênio da carbonila 
da glutamina. 
 
INTERAÇÕES HIDROFÓBICAS 
 
Tipo de interação muito 
importante para a manutenção 
da estrutura de uma proteína 
são as interações hidrofóbicas 
 
Este tipo de interação é o 
mesmo que faz o óleo 
agregar-se quando jogado na 
água 
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INTERAÇÕES HIDROFÓBICAS 
 
 Aminoácidos hidrofílicos: ciano 
 
 Aminoácidos hidrofóbicos: 
 Encontram-se no interior da 
proteína 
 Isso ocorre porque os 
aminoácidos externos são 
hidrofílicos 
 (hydros=água, phyllia=gostar) e 
fazem contato com a água 
 Os aminoácidos hidrofóbicos 
(phobia=medo) agregam-se, 
evitando o contato com a água 
 
 PONTE DISSULFETO 
 
A ponte dissulfeto é uma ligação covalente entre dois 
átomos de enxofre (das cadeias lateraisl de duas cisteínas) 
E s t r u t u r a q u a t e r n á r i a 
 Como você observou 
pela estrutura primária da 
toxina diftérica, essa proteína é 
constituída de apenas uma cadeia 
polipeptídica (monomérica). No 
entanto, algumas proteínas são 
constituídas por mais de uma 
cadeia. 
 A concanavalina A é um tipo de 
proteína que não pertence ao 
sistema imunológico e que se 
liga especificamente a certos 
resíduos de carboidratos. 
 Esta proteína é constituída de 
duas cadeias polipeptídicas 
independentes, ou seja, 
separadas. 
 
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Cadeia A da concanavalina A 
 
Observe que a concanavalina A possui praticamente apenas estrutura 
secundária organizada em folhas beta pregueadas. 
 
 
 Cadeia B 
 
 A cadeia B é idêntica à 
cadeia A. Isso não ocorreem todas as proteínas, 
muitas vezes as sub-
unidades que as 
compõem são 
ligeiramente diferentes 
entre si, como no caso da 
hemoglobina que possui 
4 sub-unidades. 
 
 A estrutura formada 
pelas duas sub-unidades 
(dímero) é chamada 
de estrutura quaternária. 
 
 Cadeia B 
 
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Forças que mantêm a estrutura 
quaternária 
 
Que tipo de forças mantêm 
tal estrutura? 
Hidrofobicidade dos 
aminoácidos da cadeia A. 
 
Nesta representação, a cor 
azul representa maior 
hidrofobicidade e a cor 
vermelha, menor (mais 
polar) 
 
Forças que mantêm a estrutura quaternária 
 
Observe que a superfície de 
contato entre as duas sub-
unidades é bastante hidrofóbico 
 
 
 
Hidrofobicidade na superfície 
de contato entre as cadeias B e 
A 
 
Desnaturação de Proteínas 
Perda da estrutura tridimensional, com consequente perda de função 
 
• Reversível ou irreverssível; 
• Não altera a estrutura primária 
• Não causa perda no valor nutritivo das proteínas 
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O enovelamento proteico é influenciado pela sequência de 
aminoácidos e pelo meio em que se encontra 
Algumas proteínas se dobram de forma Assistida 
(Chaperonas) 
Hsp 70 
 Ligam-se em regiões não dobradas do peptídeo que 
é rico em resíduos hidrofílicos, evitando uma agregação 
inapropriada 
 Bloqueiam o dobramento de certas proteínas que 
devem permanecer não dobradas até que sejam 
deslocadas até a membrana 
 Evitam a desnaturação pelo calor 
 
Chaperoninas 
 Complexos elaborados de proteínas necessários para 
o dobramento de algumas proteínas celulares que não se 
dobram espontaneamente 
 Contextualizando 
 
1- Ondulação permanente é engenharia 
bioquímica 
 
2- Qual a relação da vitamina C com o 
Colagéno? 
 
3- Morte por dobramentos errado: As 
doenças priônicas