Estrutura das Proteínas

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08/04/2015
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PROTEÍNAS
 Componente celular mais abundante (depois da água)
 Moléculas mais diversificadas quanto à forma e à função estruturais e 
dinâmicas
 Citoesqueleto, estruturas de sustentação (ex.: colágeno)
 Catálise (enzimas), transporte de moléculas (ex.: hemoglobina), 
mecanismo de defesa (ex.: imunoglobulinas), ação hormonal (ex.: 
insulina), mecanismos contráteis (actina e miosina), proteínas 
reguladoras da expressão gênica (ativadores e inibidores)
 Praticamente todas as proteínas têm todos os 20 aminoácidos (exceção: 
colágeno)  proporções dos aa variam  estrutura tridimensional varia
 Algumas vezes acontecem mudanças estruturais transitórias  controle 
da função da proteína
PROTEÍNAS
 Sequência de aminoácidos  estrutura espacial da proteína  dependente 
do tipo e da localização na cadeia polipeptídica  determinação do tipo de 
interação entre grupos R (que apresentam características diferentes)
 Organização tridimensional  quatro níveis: estrutura primária, 
secundária, terciária e quaternária
Lehninger (2005) Biochemistry
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PROTEÍNAS
 Estrutura Primária
 Sequência de aminoácidos ao longo da cadeia polipetídica, que é 
determinada geneticamente
 Escrita na direção amino terminal carboxila terminal
glicina-lisina-alanina
alanina-lisina-glicina
lisina-glicina-alanina
São iguais ou diferentes
??????????
PROTEÍNAS
 Estrutura Secundária
 Estruturas regulares tridimensionais de segmentos da cadeia polipetídica
 Duas organizações: enrolamento da cadeia ao redor do eixo (a-hélice) e 
interação lateral de segmentos (folha b pregueada)  ambas 
estabilizam-se por pontes de hidrogênio entre unidades peptídicas.
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PROTEÍNAS
Marzzoco & Torres (2007) Bioquímica Básica
 a-hélice
 Ponte de H entre uma unidade peptídica e a 
quarta subsequente
 Pontes de H são paralelas ao eixo da hélice
 3,6 aa por volta
 Cadeias laterais para fora da hélice (não 
participam das pontes de H)
 Muitos aminoácidos de mesma carga 
dispostos subsequentemente  dependendo 
do pH, não há formação de a-hélice
 Prolina normalmente encontrada entre 
segmentos de a-hélice
Ver https://www.youtube.com/watch?v=eUS6CEn4GSA
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PROTEÍNAS
 Folha b pregueada
 Também mantida por pontes de H entre 
unidades peptídicas  entre cadeias 
diferentes ou entre segmentos distantes de 
uma mesma cadeia polipeptídica
 Conformação mais distendida 
 Pontes de H são perpendiculares (no caso de 
cadeias polipeptídicas antiparalelas) ou aprox. 
perpendiculares (no caso de cadeias 
paralelas) ao eixo
 Grupos R projetam-se para cima ou para 
baixo do plano
Marzzoco & Torres (2007) Bioquímica Básica
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Lehninger (2005) Biochemistry
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PROTEÍNAS
 Estrutura Secundária
 As duas organizações ocorrem em proporções diferentes em proteínas. 
Ex.: Mioglobina só a-hélice
Marzzoco & Torres (2007) Bioquímica Básica
PROTEÍNAS
 Estrutura Secundária
 As duas organizações ocorrem em proporções diferentes em proteínas. 
Ex.: Concanavalina A (lectina vegetal) só folha b pregueada
Marzzoco & Torres (2007) Bioquímica Básica
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PROTEÍNAS
 Estrutura Secundária
 As duas organizações ocorrem em proporções diferentes em proteínas. 
A maioria possui os dois tipos. Ex.: toxina diftérica (Corynebacterium
diphteriae)
Marzzoco & Torres (2007) Bioquímica Básica
PRÍONS
(Proteinaceous Infectious Only)
ENCEFALOPATIA 
ESPONGIFORME
Mutação 
(forma normal ocorre no cérebro - PrP)
Efeito dominó  agregação das moléculas 
 degeneração do sist. nervoso
INGESTÃO  rações preparadas de 
restos de animais infectados
Absorvida inteira ???  ação de 
macrófagos
TROCA:
a-hélice  folha b
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PRÍONS
(Proteinaceous Infectious Only)
PROTEÍNAS
 Estrutura Terciária
 Dobramento final da cadeia polipeptídica  formada pela interações das 
cadeias laterais de diferentes regiões
 Pontes de H  entre grupos R de aa polares sem carga  na estr. 
terciária não apresentam padrão regular de disposição.
 Interações hidrofóbicas  entre grupos R de aa apolares  não 
resultam de atração entre grupos R, mas são consequência da 
presença da proteína em meio aquoso  reduzem a área apolar 
exposta à água.
 Ligações iônicas ou salinas  entre grupos R de cargas opostas 
fundamental para o dobramento quando presentes no interior apolar 
da proteína (menos frequente mais comum na superfície 
interações íon-dipolo com a água).
 Pontes dissulfeto  ligação covalente
R
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PROTEÍNAS
 Estrutura Terciária
Marzzoco & Torres (2007) Bioquímica Básica
PROTEÍNAS
 Estrutura Quaternária
 Associação de duas ou mais cadeias polipeptídicas (subunidades) 
mantidas por ligações não-covalentes (pontes de H, interações 
hidrofóbicas, ligações iônicas ou salinas)
 Subunidades podem ser iguais ou diferentes
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PROTEÍNAS
 Estrutura Quaternária
Marzzoco & Torres (2007) Bioquímica Básica
Lehninger (2005) Biochemistry
ver também: http://www.youtube.com/watch?v=26NCsgU2P0k
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PROTEÍNAS
 Proteínas globulares e fibrosas
 São assim denominadas segundo a sua forma
 Globulares  função geralmente dinâmica
 Fibrosas  basicamente estruturais
PROTEÍNAS
 Proteínas conjugadas
 Presença de moléculas não-proteicas  grupo prostético
 Liga-se à cadeia polipeptídica tanto covalentemente quanto 
não-covalentemente
 Glicoproteínas  grupo prostético = carboidrato
 Lipoproteínas  grupo prostético = lipídeo
 Mioglobina e hemoglobina  grupo heme
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PROTEÍNAS
 Grupo heme Hemoglobina
 É uma molécula de porfirina contendo ferro no estado ferroso (Fe2+)
 Porfirina  anel plano com quatro núcleos pirrólicos cadeias 
laterais variáveis  Protoporfirina IX na hemoglobina e mioglobina
PROTEÍNAS
 Protoporfirina IX e grupo heme
 Fica localizado no interior 
hidrofóbico
 Fe2+ têm seis sítios de 
coordenação  seis 
ligações: 4 com N dos anéis 
pirrólicos; 1 com cadeia 
lateral da His 87 e 1 com O2
 Ligação O2 altera cor da 
hemoglobina mais 
azulado sem O2 (sangue 
venoso) e mais vermelho 
com O2 (sangue arterial)
Marzzoco & Torres (2007) Bioquímica Básica
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PROTEÍNAS
 Protoporfirina IX e grupo heme
 Fica localizado no interior 
hidrofóbico
 Fe2+ têm seis sítios de 
coordenação  seis 
ligações: 4 com N dos anéis 
pirrólicos; 1 com cadeia 
lateral da His 87 e 1 com O2
 Ligação O2 altera cor da 
hemoglobina mais 
azulado sem O2 (sangue 
venoso) e mais vermelho 
com O2 (sangue arterial)
Marzzoco & Torres (2007) Bioquímica Básica
 Fica localizado no interior 
hidrofóbico
 Fe2+ têm seis sítios de 
coordenação  seis 
ligações: 4 com N dos anéis 
pirrólicos; 1 com cadeia 
lateral da His 87 e 1 com O2
 Ligação O2 altera cor da 
hemoglobina mais 
azulado sem O2 (sangue 
venoso) e mais vermelho 
com O2 (sangue arterial)
 Toxidade de COmaior 
afinidade que o O2
 pI das proteínas  valor de pH onde o somatório das cargas é zero 
refletem a proporção de aminoácidos ácidos e básicos  o que conta 
são as cadeias laterais, já que os grupos carboxila e amina ligados ao Ca
estão participando das ligações peptídicas
 O pI das proteínas só pode ser determinado experimentalmente (pH no 
qual as proteínas não migram)
PROTEÍNAS
 Carga e solubilidadede proteínas
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Marzzoco & Torres (2007) Bioquímica Básica
Nelson & Cox (2014) Princípios de Bioquímica de Lehninger, 6ª ed.
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 Solubilidade  determinada pela estrutura primária e pelas 
características do meio
PROTEÍNAS
 Carga e solubilidade de proteínas
 Estrutura primária  define a relação entre estrutura tridimensional 
e afinidade pela água
 Características do meio  variação da carga líquida  pH e 
concentração de sais
PROTEÍNAS
 Carga e solubilidade de proteínas
Menor repulsão entre moléculas da 
proteína maior sua agregação 
menor solubilidade
Maior repulsão entre moléculas da 
proteína menor sua agregação 
maior solubilidade
em função do pH
M
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 T
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 (
20
07
) 
B
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B
ás
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a
Mais cargas negativasMais cargas positivas
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PROTEÍNAS
 Carga e solubilidade de proteínas
em função da 
concentração de sais
Íons adicionais podem interagir 
com grupos carregados e atenuar 
a interação entre as moléculas de 
proteína (que ocorrem através da 
aproximação de grupos de cargas 
contrárias)
Marzzoco & Torres (2007) Bioquímica Básica
ATÉ CERTO PONTO
PROTEÍNAS
 Carga e solubilidade de proteínas
em função da 
concentração de sais
Marzzoco & Torres (2007) Bioquímica Básica
Acima de certa concentração 
de sais, os íons competem 
com a proteína por interações 
com a água  precipitação da 
proteína
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PROTEÍNAS
 Desnaturação de proteínas
 Conformação nativa conformação mais estável que a proteína pode 
assumir.
 Alterações químicas e físicas no ambiente podem afetar estrutura das 
proteínas  perda da função biológica  proteína é desnaturada
(conformação nativa é perdida)
 Desnaturação pode ser provocada  aquecimento, aumento ou 
diminuição do pH, adição de uréia (rearranjo das pontes de hidrogênio), 
adição de detergentes (rearranjo das interações hidrofóbicas), adição de 
agentes redutores como b-mercaptoetanol (redução das pontes 
dissulfeto).
 Algumas proteínas quando desnaturadas tornam-se insolúveis (ex.: 
caseína e albumina)
PROTEÍNAS
 Desnaturação de proteínas
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PROTEÍNAS
 Renaturação de proteínas
 Retomada da conformação nativamais eficiente na presença de 
chaperonas (“assessoras de montagem”)  se ligam às proteínas e 
impedem ou revertem interações inadequadas
 Chaperonas também estabilizam proteínas em condições 
desfavoráveis  choque térmico HSP
Proteína completa
Presença de todos os 
aminoácidos essenciais em 
quantidades adequadas
Razão de Eficiência Protéica
Fonte de prot. REP %prot.
Ovo 100 15
Carne bov. 84 16
Leite de vaca 66 4
Amendoim 45 28
Milho 32 9
Trigo 26 12
Para uma mulher (necessidade diária):
Comendo só ovo  300 g de ovo para suprir 46 g de proteína completa
Comendo só milho  1.600 g de milho por dia para suprir os 46 g
 Proteínas completas
Nelson & Cox (2014) Princípios de Bioquímica de Lehninger, 6ª ed.
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sickle
(foice)
 Mutações
Mutação Glu6Val nas cadeias b na desoxigenação, as 
hemoglobinas se tornam insolúveis  agregação 
hemácias falciformes  retiradas do sangue mais 
rapidamente  anemia
Mutação Glu6Val nas cadeias b na desoxigenação, as 
hemoglobinas se tornam insolúveis  agregação 
hemácias falciformes  retiradas do sangue mais 
rapidamente  anemia
sickle
(foice)
 Mutações