Estrutura Tridimensional das Proteínas

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03/04/2019 
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BIOQUÍMICA DE PROTEÍNAS 
 
ESTRUTURA TRIDIMENSIONAL 
DAS PROTEÍNAS 
Prof. Rafael Carvalho 
Março de 2019 
Vaga-lumes 
Reação da proteína luciferina + ATP 
(catálise pela enzima luciferase) 
Hemácias (eritrócitos) 
Hemoglobiba (Transporte O2) 
Queratina – proteína estrutural 
(lã, chifres, pelos, unhas) 
Aula aminoácidos Importância 
Estruturas 
O que determina o arranjo tridimensional das 
proteínas? 
Aminoácido 
Aminoácido 
Aminoácido 
Aminoácido 
Aminoácido 
Aminoácido 
Aminoácido 
Aminoácido 
PROTEÍNA 
Função estrutural 
Função dinâmica 
 transporte O2 
 contração muscular 
 defesa 
 enzimas 
Aula aminoácidos Aminoácidos 
Aminoácidos – estrutura química 
Carbono quiral 
Importância 
Lisina – convenções de nomenclatura 
Aminoácidos – estrutura química 
Importância 
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ESTEREOISOMERISMO EM AMINOÁCIDOS 
 
Enantiômeros – imagens especulares 
Importância 
 
 
Relações dos isômeros da alanina com a configuração absoluta 
do L e D gliceraldeído 
Os carbonos são alinhados verticalmente, com o átomo quiral ao centro. 
Os átomos de carbono nestas moléculas são numerados iniciando-se com o aldeído ou o carboxil terminais 
(vermelho) 
 L-aminoácido = grupo amino à esquerda (prevalecem na natureza) 
D-aminoácido = grupo amino à direita 
Importância 
C
COOH
HH2N
H
GLICINA - Gly
C
COOH
HH2N
CH3
C
COOH
HH2N
CH
H3C CH3
ALANINA - Ala VALINA - Val
C
COOH
HH2N
CH2
CH
H3C CH3
LEUCINA - Leu
C
COOH
HH2N
CH
H2C CH3
ISOLEUCINA - Ile
CH3
C
COOH
HH2N
CH3
CH2
S
CH3
METIONINA - Met
H
C
HN CH2
CH2 CH2
COOH
PROLINA - ProAMINOÁCIDOS APOLARES 
C
COOH
HH2N
CH2OH
C
COOH
HH2N
CHOH
CH3
C
COOH
HH2N
CH2
SH
C
COOH
HH2N
CH2
C
OH2N
C
COOH
HH2N
CH3
C
OH2N
CH2
SERINA - Ser TREONINA - Thr CISTEÍNA - Cys
ASPARAGINA - Asn GLUTAMINA - Gln
AMINOÁCIDOS POLARES 
C
COOH
HH2N
CH2
C
H
C
NH
CH2
C
COOH
HH2N
C
COOH
HH2N
CH2
OH
FENILALANINA - Phe TIROSINA - Tyr TRIPTOFANO - Trp
AMINOÁCIDOS AROMÁTICOS 
C
COOH
HH2N
CH2
COOH
C
COOH
HH2N
CH2
CH2
COOH
ÁCIDO ASPÁRTICO - Asp ÁCIDO GLUTÂMICO - Glu
AMINOÁCIDOS ÁCIDOS – CARGA NEGATIVA 
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C
COOH
HH2N
CH2
CH2
CH2
CH2
NH2
C
COOH
HH2N
CH2
CH2
NH
C
NH2
NH
C
COOH
HH2N
CH2
C
HC
H
N
N
CH
LISINA - Lys ARGININA - Arg HISTIDINA - Hys
AMINOÁCIDOS BÁSICOS – CARGA POSITIVA 
apolares 
aromáticos 
aromático 
polares 
polar 
básicos 
ácidos 
pK = indica a tendência de um 
grupamento químico em doar H+ 
 
Quanto menor o pK = maior a 
tendência de doar prótons (H+) 
 
pK = pH onde 50% 
dos grupos estão ionizados 
Estruturas 
OS AMINOÁCIDOS SE APRESENTAM EM DIFERENTES 
FORMAS IÔNICAS EM DIFERENTES VALORES DE pH 
Importância 
 COOH 
 
NH3
+- C – H 
 
 R 
MEIO ÁCIDO – rico em prótons (H+) 
 
Prevalece a forma protonada dos aminoácidos 
COOH = não ionizada 
 NH3
+ = ionizada 
Importância 
MEIO BÁSICO – pobre em prótons 
Prevalece a forma desprotonada dos aminoácidos 
 COO- 
 
NH2- C – H 
 
 R 
COO- = ionizada 
NH2 = não ionizada 
Importância 
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Dois grupamentos ionizados 
 
Meio neutro 
 
Sistemas biológicos 
Doa prótons para a solução 
Capta prótons para da solução 
TITULAÇÃO DA GLICINA – AMINOÁCIDO NEUTRO 
pK = indica a tendência de um 
grupamento químico em doar H+ 
 
Quanto menor o pK = maior a 
tendência de doar prótons (H+) 
 
pK = pH onde 50% 
dos grupos estão ionizados 
+1 0 -1 
Ponto isoelétrico (pI) = O pH onde predomina a 
forma eletricamente neutra (carga líquida igual 
a zero) = mesmo número de cargas + e - 
 
Ponto isoelétrico (pI) = determinado através da 
média aritmética entre os valores dos pKs. 
TITULAÇÃO DO GLUTAMATO – AMINOÁCIDO ÁCIDO 
pI = 2,19 + 4,25 = 3,22 
 2 
TITULAÇÃO DA HISTIDINA – AMINOÁCIDO BÁSICO 
pI = 6,0 + 9,17= 7,59 
 2 
Síntese proteica x Código genético 
Importância 
Ligação peptídicas = 
ligação química que 
ocorre entre duas 
moléculas quando o grupo 
carboxilo de uma molécula 
reage com o grupo amina 
de outra molécula, 
liberando uma molécula de 
água (H2O). 
Importância 
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Ligação peptídica 
FORMAÇÃO DE UMA LIGAÇÃO PEPTÍDICA POR CONDENSAÇÃO 
 
O grupo amino de um aminoácido (com grupo R2) atua como nucleófilo para 
deslocar o hidroxil de outro aminoácido (com grupo R1), formando a ligação 
peptídica. 
Importância 
Pontes dissulfeto – ligações estabilizadoras da estrutura 
de diversas proteínas 
Importância 
Sequência de aminoácidos da insulina 
bovina 
 
As duas cadeias estão unidas por pontes 
dissulfeto. 
 
A cadeia A é idêntica à insulina humana, de 
suínos, cães, coelhos. 
As cadeias B de vacas, suínos, cães, 
caprinos e cavalos são idênticas. 
Estrutura 
primária 
Estrutura 
secundária 
Estrutura 
terciária 
Estrutura 
quaternária 
Resíduos de aminoácidos α- hélice Cadeia polipeptídica Subunidades montadas 
Níveis de complexidade estrutural das proteínas 
Importância 
Aminoácidos: os monômeros proteicos. 
Esquema da estrutura química básica de um aminoácido 
Estruturas 
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Ligação peptídica 
 Ligação feita entre aminoácidos (aa) para formar peptídeos (2 
a 5 aa), polipeptídeos (+5 aa) e proteínas (+50 aa). 
Im
a
g
e
m
: 
 Y
a
s
s
in
e
M
ra
b
e
t 
/ 
F
o
rm
a
ç
ã
o
 d
a
 l
ig
a
ç
ã
o
 
p
e
p
tí
d
ic
a
, 
Ligação Péptica 
Aminoácido 2 Aminoácido 1 
Duplo Peptídeo 
Água 
Estruturas 
Peptídeos: 
Aspartame: adoçante; 2 resíduos de aa. 
Ocitocina: 9 resíduos de aa; estimula contração uterina. 
 Bradicinina: 9 resíduos de aa; inibe inflamação. 
 Insulina: 2 cadeias polipeptídicas (30 e 21 aa). 
 Glucagon: 29 aa. 
Estruturas 
I. Estruturas primárias. 
II. Estruturas secundárias. 
III. Estrutura terciárias. 
IV. Estruturas quaternárias. 
Estruturas 
 Estrutura Primária 
 Dada pela sequência de aminoácidos e ligações 
peptídicas da molécula. Forma um arranjo linear, 
semelhante a um “colar de contas”. 
(2) 
Estruturas 
Estrutura Primária 
 Sequência de Aminoácidos ao longo da cadeia 
polipeptídica. 
 Definidas Geneticamente. 
 
 
 
Estrutura Secundária 
É dada pelo arranjo espacial de aminoácidos próximos 
entre si na sequência primária da proteína. Ocorre graças à 
possibilidade de rotação das ligações entre os carbonos 
alfa dos aminoácidos e os seus grupos amina e carboxila. 
Estruturas 
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Estrutura Secundária 
 Estruturas regulares tridimensionais. 
 α – Hélice. 
 β – Pregueada. 
 Ambas são estabilizadas por pontes de hidrogênio. 
 Entre – NH e – C = O. 
 
 
 
 
Estrutura secundária -α-hélice 
MODELO DA α-HÉLICE 
 
Estabilizada por ligações de 
hidrogênio entre os grupo –C=O e 
– NH das ligações peptídicas. 
 
Cadeias laterais (Radicais) 
dispostas para o exterior da 
hélice. 
Estrutura secundária -α-hélice DIPOLO DA HÉLICE 
O dipolo elétrico da ligação 
peptídica é transmitido ao longo 
do segmento helicoidal através 
das ligações de hidrogênio 
intra-cadeia, resultandono 
dipolo da hélice. 
 
 
Grupamentos amino (+) 
e 
Grupamentos carboxil (-) 
Estrutura secundária –Folha β ou conformação β 
Os grupos R saem do plano da folha β e enfatizam o arranjo 
pregueado formado pelos planos das ligações peptídicas 
Estrutura secundária –Folha β ou conformação β 
MODELO DA FOLHA β-PREGUEADA 
Ligações de hidrogênio estabilizam esta estrutura 
As cadeias laterais não participam 
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As moléculas de proteínas são modificadas, se replicam e se acumulam nas 
células do sistema nervoso central, causando a doença. 
Aumento do conteúdo de folhas β-pregueadas e redução daquele de α-hélices 
PrP normal PrP modificada 
Alterações na solubilidade 
Agregação de moléculas 
Resistência à ação de 
proteases 
Degeneração do tecido 
nervoso 
Encefalopatia espongiforme bovina 
Estrutura Terciária 
Resulta do enrolamento da hélice, sendo 
estabilizada por pontes de hidrogênio e pontes 
dissulfeto. É literalmente um dobramento da 
proteína, adquirindo uma estrutura tridimensional. 
Estrutura Terciária 
 
 
Algumas proteínas podem ter duas ou mais 
cadeias polipeptídicas em estrutura 
tridimensional. 
Estrutura Quaternária 
Estrutura 
primária 
Resíduos de 
aminoácidos 
Está relacionada com todas as ligações covalentes (principalmente ligações 
peptídicas e pontes dissulfeto) ligando os resíduos de aminoácidos em uma 
cadeia polipeptídica. 
Estruturas 
Estrutura 
primária 
Estrutura secundária 
Resíduos de 
aminoácidos 
-hélice 
Refere-se a arranjos particularmente estáveis dos resíduos de 
aminoácidos dando origem a certos padrões estruturais. Mantida 
principalmente por pontes de hidrogênio. 
Estruturas 
Estrutura 
primária 
Estrutura secundária Estrutura terciária 
Resíduos de 
aminoácidos 
-hélice Cadeia 
polipeptídica 
Refere-se a todos os aspectos do dobramento tridimensional de um 
polipeptídio. 
Estruturas 
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Estrutura 
primária 
Estrutura secundária Estrutura terciária Estrutura quaternária 
Resíduos de 
aminoácidos 
-hélice Cadeia 
polipeptídica 
Subunidades 
montadas 
Quando uma proteína tem duas ou mais cadeias (ou subunidades) 
polipeptídicas, seu arranjo no espaço é chamado de estrutura 
quaternária. 
Estruturas Classificação das proteínas 
Proteínas fibrosas = função estrutura. 
 
Proteínas globulares = funções dinâmicas (transporte, defesa, 
catálise, ...) 
Classificação das proteínas Classificação das proteínas 
ESTRUTURA DO COLÁGENO 
Fibrilas de colágeno = montagens supramoleculares consistindo 
de moléculas da tripla hélice associadas de diferentes maneiras = 
ligações cruzadas (covalentes) 
Classificação das proteínas 
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Estrutura do cabelo - α-queratina Estrutura do cabelo - α-queratina 
Estrutura da Seda 
Proteínas globulares = compactas 
 
Exemplo: Albumina sérica humana – 
548 resíduos de aa 
 
Estrutura nativa – dobramento muito 
compacto 
PROTEÍNAS GLOBULARES -FUNÇÃO DINÂMICA 
Funções biológicas das proteínas –função dinâmica Funções biológicas das proteínas –função dinâmica 
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Funções biológicas das proteínas –função dinâmica HEMOGLOBINA 
- O grupo prostético HEME é o sítio de ligação do O2 
- A ligação entre o Fe e o Oxigênio desencadeia alterações na 
conformação da hemoglobina 
HEMOGLOBINA 
Desoxi-Hb Oxi-Hb 
Fonte: Nelson & Cox, 2011. Princípios de Bioquímica de Lehninger. 
HEMOGLOBINA 
A ligação entre a Hemoglobina e o Oxigênio se dá de forma cooperativa 
-1 Hemoglobina para 4 O2 
- Ligação envolve rearranjos moleculares sucessivos 
- Movimentos coordenados 
- A ligação da primeira molécula de O2 facilita o preenchimento dos outros sítios 
de ligação 
- A 4ª molécula de O2 tem afinidade 300 X maior que a 1ª 
HEMOGLOBINA MIOGLOBINA 
Mioglobina Subunidade beta da 
hemoglobina 
GRUPO HEME 
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Curva de saturação de O2 com a Hemoglobina e com a Mioglobina 
Hemoglobina - Curva sigmóide 
 
4 sítios de ligação com O2 
Resposta + sensível a variações de O2 
Libera melhor o O2 
Mioglobina – Curva hiperbólica 
 
1 sítio de ligação com O2 
Transportador menos eficiente 
Melhor reservatório de O2 
OUTRAS MOLÉCULAS QUE TÊM AFINIDADE PELA HEMOGLOBINA 
Monóxido de carbono (CO) – afinidade 250 X maior que o O2. 
Níveis na atmosfera – menores que 0,05 ppm. 
Níveis permitidos em locais de trabalho (EUA) = até 50 ppm/turno 8 
h. 
Indivíduos normais = 1% COHb / Fumantes = 3 a 8% COHb (até 
15%). 
 
Funções biológicas das proteínas –função dinâmica 
OUTRAS MOLÉCULAS QUE TÊM AFINIDADE PELA HEMOGLOBINA 
Efeitos COHb (carboxihemoglobina): 
- Até 10% COHb = sintomas raramente observados. 
- Até 15% COHb = dores de cabeça leves. 
- Entre 20 - 30% COHb = dor de cabeça intensa, náuseas, tontura, confusão, 
desorientação (reversível com tratamento com O2. 
- Entre 30 – 50% COHb = graves sintomas neurológicos. 
- Acima 50% COHb = perda de consciência e coma. Parada respiratória. 
- Acima 60% COHb = morte. 
 
Funções biológicas das proteínas –função dinâmica Globina Globina 
Globina 
H2O O2 
+2 +2 
+3 
Mioglobina Oximioglobina 
Metamioglobina 
Vermelho púrupura 
(azulado) 
Vermelho vivo 
Marrom 
CARNE ARMAZENADA SOB BAIXA [O2] 
CARNE ARMAZENADA SOB ELEVADA [O2] 
 Contração muscular 
ACTINA + MIOSINA = PROTEÍNAS MOTORAS 
 Miosina 
- 4 subunidades: 2 cadeias pesadas (PM 220.000 Da) e 2 cadeias leves 
(20.000 Da). 
 
Cadeias pesadas = dispostas na forma de alfa - hélices enroladas uma em 
torno da outra. 
 
Cadeias leves = cabeças da miosina, com sítio de ligação para o ATP (que 
desempenha papel importante no processo de Contração Muscular). 
O arranjo das cadeias da miosina leva a formação de uma estrutura que serve 
de eixo central da unidade contrátil, denominado de FILAMENTO GROSSO. 
Funções biológicas das proteínas –função dinâmica 
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Cadeias leves – azul 
Cadeias pesadas - rosa 
Funções biológicas das proteínas –função dinâmica 
Hidrólise da Miosina – Tripsina e Papaína 
Funções biológicas das proteínas –função dinâmica 
FILAMENTO GROSSO 
Funções biológicas das proteínas –função dinâmica 
 
DISPOSIÇÃO DOS FILAMENTOS NOS MÚSCULOS 
 
Disco Z 
SARCÔMERO = UNIDADE CONTRÁTIL 
Disco Z 
Discos Z = servem de âncora à qual os filamentos finos se prendem – delimitam 
um sarcômero 
 
Bandas A = disposição dos grupamentos grossos e finos, alinhados e 
superpostos – região mais escura 
 
Banda I = região apenas com filamentos finos 
Linha M = região situada na metade dos filamentos grossos 
Linha M 
Funções biológicas das proteínas –função dinâmica 
Contração muscular: 
Bandas I – se estreitam 
Disco Z – se aproximam 
CONTRAÇÃO MUSCULAR 
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Contração muscular: 
Bandas I – se estreitam 
Discos Z – se aproximam 
CONTRAÇÃO MUSCULAR 
Micrografia eletrônica 
relaxado 
contraído 
Funções biológicas das proteínas –função dinâmica 
MECANISMO MOLECULAR DA 
CONTRAÇÃO MUSCULAR 
MECANISMO MOLECULAR DA 
CONTRAÇÃO MUSCULAR 
Regulação da contração muscular pela tropomiosina e troponina 
Tropomiosina e Troponina: ligadas à actina F 
 
Músculo relaxado: essas duas proteínas se organizam de forma a bloquear os sítios de ligação 
com a miosina 
 
Troponina I – impede ligação actina-miosina 
Troponina C – sítio de ligação com o cálcio 
Troponina T – liga todo o complexo à tropomiosina 
 
Sinal neural para início da contração = Ca2+ é liberado do retículo sarcoplasmático, se liga á 
troponina C. 
 
Troponina C = muda de conformação, altera as posições da TroponinaI e da Tropomiosina, 
liberando os sítios de ligação entre actina e miosina, e a contração muscular se inicia. 
PROTEÍNAS 
desnaturação 
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■ A forma espacial das proteínas 
pode ser afetada pela 
temperatura, pH, polaridade, 
salinidade, solventes, radiações, 
etc. 
■ As proteínas perdem o arranjo 
[desenrolam-se, perdem as 
ligações]. 
 Ovo; 
 Leite, coalhada, queijos; 
 Sangue. 
Desnaturação proteica 
 As proteínas podem desnaturar. Isto acontece quando, por ação 
de substâncias químicas ou do calor as proteínas sofrem 
alteração das estruturas secundária e terciária ou a quebra 
das ligações não covalentes da estrutura quaternária. 
 
 NÃO AFETA ESTRUTURA PRIMÁRIA 
 
 As proteínas perdem a sua conformação e, consequentemente, a 
sua funcionalidade. A desnaturação pode ser: reversível ou 
irreversível. 
 
Desnaturação proteica 
Proteína 
nativa 
Proteína desnaturada 
É a alteração da estrutura 
da proteína sem ruptura das 
ligações peptídicas 
Desnaturação proteica 
 Desnaturação pelo pH do meio 
Desnaturação proteica 
 Físicos 
 Químicos 
Alterações de temperatura 
Raio X 
Ultra-som 
Ácidos e bases fortes 
Detergentes 
Ureia 
Mercaptoetanol HS-CH2-CH2-OH 
Desnaturação proteica (agentes 
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Aquecimento 
Desnaturação proteica 
■ Redução da solubilidade. 
■ Aumento da digestibilidade. 
■ Perda da atividade biológica (enzimas, hormônios, 
anticorpos, etc...). 
Alterações das propriedades de uma proteína desnaturada 
Desnaturação proteica 
Efeito de sais na solubilidade de proteínas 
 
Salting-in = aumento da solubilidade de proteínas pela adição de um sal 
neutro de forças iônicas relativamente baixas. 
 
Salting-out = É a precipitação reversível das proteínas pela adição de sal 
de força iônica elevada devido a remoção da água de hidratação das 
moléculas proteicas. 
Desnaturação proteica 
Efeito de solventes na solubilidade de proteínas 
 
- Solventes orgânicos solúveis em água (acetona, etanol) = diminuem a 
solubilidade de proteínas = sofrem hidratação e diminuem a solvatação 
das cadeias polipeptídicas que precipitam por consequência. 
Desnaturação proteica