Estruturas proteicas

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Estrutura quaternária:
• Associação de mais de uma 
cadeia polipeptídica 
• No modelo, um tetrâmero 
composto de 4 cadeias 
polipeptídicas
x 4
Estrutura terciária:
• Enovelamento de uma cadeia 
polipeptídica como um todo.
• Ocorrem ligações entre os 
átomos dos radicais R de 
todos os aminoácidos da 
molécula
. 
Estrutura secundária:
• Enovelamento de partes da 
cadeia polipeptídica
• Formada somente pelos 
átomos da ligação peptídica, 
através de pontes de H.
• Ex: alfa-hélices e folhas beta.
Estrutura primária: é a sequência dos 
aminoácidos na cadeia polipeptídica; 
mantida por ligações peptídicas
aminoácido
É o esqueleto covalente (fio do 
colar), formado pela seqüência dos 
átomos (-N-C-Ca-)n na proteína. 
Para entender a estrutura 3D das proteínas, vamos “dissecá-la” em 
níveis organizacionais para facilitar o estudo:
Estudos da estrutura tridimensional de proteínas tiveram grande impulso na década 
de 1950 com Linus Pauling, e o uso de raios-X para analisar cristais de proteína.
Na queratina (proteína da lã de carneiro), 
Pauling viu um padrão repetitivo de 
zonas claras (eletrondensas) e escuras 
na difração de raios X. 
a-hélice
Filme
fotográfico
Raio X
Para explicar esse padrão, foi proposto 
o modelo da a-hélice, com as seguintes 
caracterísiticas:
• esqueleto covalente C-C-N-C-C-N
da proteína assume a forma de espiral 
ou mola, enrolada para a direita, com 
um espaçamento de 3,6 resíduos de 
aminoácido por volta;
• o enovelamento é estabilizado por 
pontes de hidrogênio entre átomos das 
ligações peptídicas de qualquer 
aminoácido, exceto prolina;
• as cadeias laterais dos aminoácidos 
voltam-se para fora da hélice.
Estabilidade da alfa hélice
• A hélice é comum porque 
nesse modelo as posições das 
ligações de hidrogênio estão 
otimizadas
– Entre um H ligado ao NH2 e um 
O do COOH
– Cada ligação peptídica participa 
de ligação de hidrogênio, 
conferindo estabilidade
• Para isso, todos os 
aminoácidos precisam ter o 
mesmo tipo de isomeria óptica 
(L ou D)
Linus Pauling também propôs o modelo da folha pregueada ou estrutura b para 
explicar o padrão de difração de raios X pela b-queratina, proteína presente na 
unha, chifres e cascos de animais. 
Na folha pregueada as cadeias polipeptídicas 
dispõem-se lateralmente (em paralelo) e fazem 
pontes de H entre os átomos da ligação peptídica.
As cadeias laterais R dos aminoácidos voltam-se 
para cima ou para baixo do plano da folha
Vista lateral
Folha anti-paralela
-N C
-C N
Folha paralela
-C N
-C N
Pontes de H
Folhas b paralelas e antiparalelas podem se formar em uma proteína através 
de pequenas torções da cadeia polipeptídica.
antiparalela
Paralela, torção à direita
Paralela, torção à esquerda
Voltas beta são comuns em proteínas
Arquitetura proteica – voltas beta Em proteínas globulares, que apresentam estrutura
dobrada compacta, alguns resíduos de aminoácidos estão em voltas ou alças onde a
cadeia polipeptídica inverte sua direção (Figura 4-7). Esses são elementos conectores
que ligam estruturas sucessivas de hélices a e conformações beta. As voltas b são
particularmente comuns e conectam as extremidades de dois segmentos adjacentes de
uma folha beta antiparalela. A estrutura é uma volta de 180o que envolve quatro
resíduos de aminoácidos, com o oxigênio carbonílico do primeiro resíduo formando uma
ligação de hidrogênio com o hidrogênio do grupo amino do quarto resíduo.
Estruturas de voltas beta. Voltas b
dos tipos I e II são as mais comuns;
distinguem-se pelos ângulos f e c
adotados pelo esqueleto peptídico na
volta (ver Tabela 4-1). As voltas do
tipo I ocorrem duas vezes mais do
que as voltas do tipo II. As voltas beta
do tipo II normalmente possuem uma
Gly como terceiro resíduo. Observe a
ligação de hidrogênio entre os grupos
peptídicos do primeiro e do quarto
resíduos da volta. (Cada um dos
resíduos de aminoácidos está
identificado por grandes círculos
azuis. Nem todos os átomos de H
estão mostrados.)
Dobra b
A a-hélice e a folha b são os tipos de estrutura secundária mais comum entre as 
proteínas, por que não dependem da composição e sequência de aminoácidos, 
sendo estabilizadas apenas por pontes de H dos átomos da ligação peptídica. 
Entre os 20 aminoácidos, apenas a prolina não pode fazer nenhuma das duas 
estruturas, por formar uma ligação peptídica mais rígida em torno do Ca.
Existem outros tipos de estruturas secundárias conhecidas, como a dobra b ou 
“alças” (domínios) de ligação a íons, como Ca2+ ou Zn2+. 
tipo 1 tipo 2
hélice-dobra-hélice
“Zinc-finger”
Loops e curvas
Loops 
geralmente contêm resíduos hidrofílicos.
Encontrado em superfícies de proteínas
Conectar alfa-hélices e folhas beta
Curvas
• Loops com < 5 AA’s são conhecidos como
curvas
Beta-alfa-beta Só beta Só alfa
Barril beta
Barril alfa-beta
Alguns modelos de organização estrutural, como os barris b e ab, aparecem 
em vários tipos de proteínas, às vezes não relacionadas.
A estrutura terciária descreve a forma tridimensional final de uma cadeia 
polipeptídica, resultando da associação de partes organizadas da molécula, 
chamadas de “domínios” ou “motivos” proteicos.
Proteínas com estrutura quartenária são composta de mais de uma 
cadeia polipeptídica, que podem estar associadas covalentemente 
(pontes dissulfeto) ou não. 
Subunidade 
(uma cadeia polipeptídica)
Proteína 
(biológicamente ativa; dímero não covalente ) 
Algumas definições importantes:
- Por serem conceitos didáticos, frequentemente é difícil distinguir em uma 
proteína os níveis secundário e terciário de organização estrutural.
- Para evitar tais ambiguidades utiliza-se o termo conformação proteica, 
que se refere aos aspectos da estrutura tridimensional de uma proteína 
acima de sua sequência de aminoácidos.
- Os termos conformação e configuração não são sinônimos. 
➢ Configuração refere-se à estrutura tridimensional de uma molécula 
determinada por ligações covalentes, como por exemplo, as formas 
L- e D- de um aminoácido. 
➢ Conformação refere-se à estrutura tridimensional de uma molécula 
decorrente da somatória de ligações fracas, não covalentes.
Conformação nativa de uma proteína refere-se à estrutura tridimensional em 
que a molécula apresenta suas propriedades biológicas naturais. 
Desnaturação refere-se a alterações da conformação nativa de uma proteína, 
podendo resultar em perda parcial ou total, reversível ou irreversível, de sua 
atividade biológica. 
FORÇAS NÃO COVALENTES
Pontes de H
-Aminoácidos polares
Ligações iônicas
- Aminoácidos carregados
Interações hidrofóbicas
-Aminoácidos apolares
Forças de Van der Waals
-Qualquer aminoácido
ProteínaProteína
NH
— CH2 — OH ... O — C — CH2 — CH2 —
2
ProteínaProteína
O
—CH
Ponte de Hidrogênio
Interações hidrofóbicas
e Forças de van der Waals 
2
CH—CH3
CH3 CH3
CH3 — CH — CH2 —
— CH — CH3 H3C — CH —
CH3 CH3
++—CH2—CH2—NH3 O
C —CH2—CH2—Ligação Iônica 
Quais são os tipos de forças que mantém a estrutura tridimensional de 
uma proteína ?
ProteínaProteína
NH
— CH2 — OH ... O — C — CH2 — CH2 —
2
ProteínaProteína
O
—CH
Ponte de Hidrogênio
Interações hidrofóbicas
e Forças de van der Waals 
2
CH—CH3
CH3 CH3
CH3 — CH — CH2 —
— CH — CH3 H3C — CH —
CH3 CH3
++—CH2—CH2—NH3 O
C —CH2—CH2—Ligação Iônica 
Quais são os tipos de forças que mantém a estrutura tridimensional de 
uma proteína ?
Pontes de H ocorrem:
- entre os átomos daligação 
peptídica (por exemplo, a 
a-hélice e a folha b);
- entre cadeias laterais de 
aminoácidos polares, 
carregados ou não;
- para os grupos –NH3
+ e 
–COO- dos aminoácidos N- e 
C-terminal, respectivamente.
Ponte de Hidrogênio
Ligações iônicas:
- ocorrem entre as cadeias 
laterais de aminoácidos com 
cargas contrárias;
- dependem do estado de 
ionização dos aminoácidos e 
do pH do meio;
- são menos frequentes do 
que as pontes de H.
ProteínaProteína
NH
— CH2 — OH ... O — C — CH2 — CH2 —
2
ProteínaProteína
O
—CH
Ponte de Hidrogênio
Interações hidrofóbicas
e Forças de van der Waals 
2
CH—CH3
CH3 CH3
CH3 — CH — CH2 —
— CH — CH3 H3C — CH —
CH3 CH3
++—CH2—CH2—NH3 O
C —CH2—CH2—Ligação Iônica 
Quais são os tipos de forças que mantém a estrutura tridimensional de 
uma proteína ?
Ligação Iônica 
ProteínaProteína
NH
— CH2 — OH ... O — C — CH2 — CH2 —
2
ProteínaProteína
O
—CH
Ponte de Hidrogênio
Interações hidrofóbicas
e Forças de van der Waals 
2
CH—CH3
CH3 CH3
CH3 — CH — CH2 —
— CH — CH3 H3C — CH —
CH3 CH3
++—CH2—CH2—NH3 O
C —CH2—CH2—Ligação Iônica 
Quais são os tipos de forças que mantém a estrutura tridimensional de 
uma proteína ?
-Interações hidrofóbicas:
- ocorrem entre as cadeias 
laterais de aminoácidos 
apolares;
- radicais apolares são repelidos 
pela água, aproximando-se uns 
dos outros; 
- não é uma força de atração 
real, resultando da repulsão pela 
água;
- como consequência, em meio 
aquoso o interior de proteínas 
globulares é hidrofóbico.
Interações hidrofóbicas
ProteínaProteína
NH
— CH2 — OH ... O — C — CH2 — CH2 —
2
ProteínaProteína
O
—CH
Ponte de Hidrogênio
Interações hidrofóbicas
e Forças de van der Waals 
2
CH—CH3
CH3 CH3
CH3 — CH — CH2 —
— CH — CH3 H3C — CH —
CH3 CH3
++—CH2—CH2—NH3 O
C —CH2—CH2—Ligação Iônica 
Quais são os tipos de forças que mantém a estrutura tridimensional de 
uma proteína ?
Forças de Van der Waals
- é uma força eletrostática que 
ocorre entre dipolos temporários; 
- dipolos temporários (duração de 
nanosegundos) são criados devido 
à órbita errática dos elétrons;
- pode envolver qualquer tipo de 
aminoácido;
- geralmente coincidem com as 
regiões da proteína onde ocorrem 
as interações hidrofóbicas, pois a 
aproximação dos radicais apolares 
facilita a interação entre os dipolos.
e Forças de van der Waals
O hormônio insulina é composto por duas subunidades, A e B, unidas por duas pontes 
dissulfeto intercadeia. Além disso, a cadeia B possui uma ponte dissulfeto intracadeia
A
B
Quais são os tipos de forças que mantém a estrutura tridimensional de 
uma proteína ?
Além dos laços não covelentes, uma proteína 
pode ter pontes dissulfeto formada a partir 
de dois resíduos do aminoácido Cys (cisteína).
Pontes dissulfeto são 
covalentes e só podem ser 
rompidas por agentes 
redutores, como 
2-mercapto-etanol. 
As interações que as proteínas estabelecem com o meio são 
importantes na determinação de sua conformação. 
A bacteriorhodopsina é formada por 7 segmentos de a-hélices apolares, que 
delimitam um canal interno de natureza polar.
O pesquisador sueco Cristian Anfisen foi um 
pioneiro no estudo da estrutura 3D de proteínas, e 
recebeu o Prêmio Nobel (1972) por suas descobertas.
Anfisen estudou a Ribunuclease (14.000d), proteína 
com 8 cisteínas formando 4 pontes dissulfeto.
Ele demonstrou que era possível fazer uma 
desnaturação reversível da proteína, adicionando 
uréia e 2-mercaptoetanol para abrir as suas 4 pontes 
dissulfeto. Ao retirar lentamente (por diálise), esses 
reagentes, a proteína volta a ter atividade biológica, 
mostrando que voltou à sua conformação nativa.
Esse fato é surpreendente pois as 8 cisteínas, 
combinadas 2 a 2, dariam 28 = 256 possibilidades, 
de formar diferentes pontes dissulfeto, mas apenas 
o arranjo original de pontes se forma. 
A conclusão de Anfisen foi a de que a sequência 
dos aminoácidos (não alterada na desnaturação) é o 
que determina a estrutura 3D das proteínas.
➢ Por que diferentes moléculas de uma proteína apresentam sempre a mesma estrutura 
3D? 
➢ De onde vem a informação para a estrutura tridimensional de uma proteína ?
A conformação nativa de uma proteína representa 
o estado de menor energia do sistema.
A energia que estabiliza a estrutura 3D de 
uma proteína vem do aumento da entropia da água, 
representando “desorganização” da água à medida 
que interagem com a proteína.
In vivo conformações intermediárias das proteínas são estabilizadas por 
chaperonas durante o processo de síntese proteica.
Como é possível termodinamicamente que as proteínas tenham estruturas 
tão altamente organizadas ? 
De onde vem a energia que estabiliza a estrutura 3D das proteínas ? 
entropia
e
n
e
rg
ia
Estrutura nativa
• Níveis de organização estrutural das 
proteínas
• Modelos de estrutura proteica
• Métodos de estudo da estrutura primária
de proteínas
• Forças estabilizadoras da estrutura de 
proteínas
Classificação de Proteina
• Simples - composto apenas de resíduos de ácidos 
aminados
• Conjugado - contem grupos prostéticos
(Íons metálicos, co-fatores, lipídios, carboidratos)
• Exemplo: Hemoglobina - Heme
➢ Uma cadeia de polipeptídeo - proteína 
monomérica
➢ Mais de um - proteína multimérica
➢ Homomultímero - um tipo de cadeia
➢ Heteromultímero - dois ou mais diferentes 
cadeias
➢ (Por exemplo, hemoglobina é um 
heterotetrâmero. Tem duas cadeias alfa e duas 
cadeias beta.)
Classificação de Proteina
fibrosa -
polipeptídeos dispostas em longos fios ou folhas
insolúvel em água (lotes de hidrofóbica AA)
forte, mas flexível
Estruturais (queratina, colágeno)
globular -
cadeias de polipéptidos dobrados em forma esférica 
ou globular
solúvel em água
conter vários tipos de estrutura secundária
diversas funções (enzimas, proteínas reguladoras)
Classificação de Proteina
Queratin
colágeno
catalase
Estrutura terciária (3D)
• Arranjo tridimensional total de 
todos os átomos de uma proteína
• Alcance mais longo e dimensão 
total, quando comparado com 2D
• Segmentos distantes na estrutura 
1D podem ser atraídos por 
interações fracas
• Algumas proteínas são formadas 
por mais de um complexo 
polipeptídico (quaternária)
Proteínas globulares
• Diversidade estrutural reflete diversidade funcional
– Dobramento gera estrutura compacta
• Teem partes em hélices-a e partes em folhas-B
• Motivos estruturais
– Padrão identificável
– Envolve elementos 2D
e conexões entre eles
A mioglobina forneceu os indícios iniciais sobre a complexidade da estrutura 
globular proteica
Estrutura terciária de proteínas globulares pequenas, II. Mioglobina O primeiro avanço no
entendimento da estrutura tridimensional de uma proteína globular veio com os estudos de difração
por raios X da mioglobina, feitos por John Kendrew e seus colaboradores, em 1950. A mioglobina é
uma proteína ligadora de oxigênio relativamente pequena (Mr 16.700) das células musculares. Ela
funciona tanto para a estocagem de oxigênio quanto para facilitar a difusão do oxigênio nos tecidos
musculares em contração. A mioglobina contém uma única cadeia polipeptídica de 153 resíduos de
aminoácidos de sequência conhecida e um único grupo ferro-protoporfirina, ou heme.
As estruturas proteicas globulares são compactas e variadas. A 
albumina sérica humana (Mr 64.500) tem 585 resíduos em uma única 
cadeia. São dadas aqui as dimensões aproximadas de uma de suas 
cadeias polipeptídicasse ela ocorresse em uma conformação b, ou em 
uma hélice a. Também é mostrado o tamanho da proteína em sua forma 
globular nativa, determinada por cristalografia por raios X; a cadeia 
polipeptídica deve estar com um enovelamento muito compacto para 
caber nestas dimensões. 
Estrutura terciária da mioglobina de cachalote. (PDB 
ID 1MBO) A orientação da proteína é igual de (a) a (d); o 
grupo heme é mostrado em vermelho. Além de ilustrar a 
estrutura da mioglobina, esta figura mostra exemplos de 
diversas formas de apresentar a estrutura de uma 
proteína. 
As proteínas globulares têm uma diversidade de estruturas terciárias
Para entender uma estrutura tridimensional completa, é preciso analisar seu padrão de enovelamento.
Primeiro, definem-se dois importantes termos que descrevem os padrões de estruturas de proteínas ou
elementos de uma cadeia polipeptídica, seguindo então para as regras de enovelamento. O primeiro
termo é motivo, também chamado de estrutura supersecundária ou enovelamento. Um motivo ou
enovelamento é um padrão de enovelamento identificável, envolvendo dois ou mais elementos da
estrutura secundária e a conexão (ou conexões) entre eles.
O segundo termo que descreve padrões estruturais é o domínio. Um domínio, como
definido por Jane Richardson em 1981, é uma parte da cadeia polipeptídica que é
independentemente estável ou pode se movimentar como uma entidade isolada em relação
ao resto da proteína.
As proteínas globulares têm uma diversidade de estruturas terciárias
Classificação estrutural das proteínas
Estrutura quaternária
• Dímeros, homodímeros, 
heterodímeros
• Trímero, tetrâmero
• Oligômero, multímero
A estrutura quaternária varia de dímeros simples a grandes complexos
Estrutura quaternária Muitas proteínas têm múltiplas subunidades polipeptídicas (de duas a
centenas). A associação das cadeias polipeptídicas pode servir a uma variedade de funções. Muitas
proteínas com múltiplas subunidades podem ter funções reguladoras; a ligação de pequenas
moléculas pode afetar a interação entre as subunidades, causando grandes mudanças na atividade
da proteína em resposta a pequenas mudanças na concentração de substrato ou moléculas
reguladoras (Capítulo 6). Em outros casos, subunidades distintas assumem funções diferentes, mas
relacionadas, como catálise e regulação. Algumas associações, como nas proteínas fibrosas
consideradas anteriormente neste capítulo e nas proteínas dos capsídeos dos vírus, têm,
principalmente, funções estruturais. Algumas associações proteicas muito grandes formam sítios de
reações complexas envolvendo múltiplas etapas. Por exemplo, cada ribossomo, o local onde ocorre a
síntese de proteínas, incorpora dúzias de subunidades de proteínas com certo número de moléculas
de RNA.
Uma proteína de múltiplas subunidades 
também é chamada de multímero.
Um multímero com apenas algumas
subunidades é chamado de oligômero
Em uma proteína multimérica, tanto de 
um único tipo de subunidade quanto
de um grupo de subunidades, são 
chamadas de protômero.
Muitas vezes são utilizadas letras 
gregas para distinguir as diferentes 
subunidades que fazem parte do 
protômero.
Hemoglobia:A primeira proteína oligomérica que teve sua estrutura tridimensional
determinada foi a hemoglobina (Mr 64.500), que contém quatro cadeias polipeptídicas e
quatro grupos prostéticos heme, nos quais os átomos de ferro se apresentam no estado
ferroso (Fe21) (Figura 4-17). A porção proteica, a globina, consiste em duas cadeias (141
resíduos em cada cadeia a) e duas cadeias b (146 resíduos em cada cadeia). Observe
que neste caso, a e b não se referem às estruturas secundárias.
Estrutura quaternária da desóxi-hemoglobina. (PDB ID 
2HHB) A análise por difração de raios X da desóxi-hemoglobina 
(hemoglobina sem as moléculas de oxigênio ligadas aos 
grupos heme) mostra como as quatro subunidades 
polipeptídicas estão agrupadas. (a) Representação na forma de 
fitas revela os elementos estruturais secundários da estrutura e 
a posição de todos os cofatores hemes. (b) Modelo de 
contorno de superfície mostra a cavidade em que os cofatores 
hemes estão ligados e ajuda a visualizar o empacotamento das 
subunidades. As subunidades a são mostradas em tons de 
cinza, e as subunidades b, em tons de azul. Observe que os 
grupos heme (em vermelho) estão relativamente distantes 
entre si. 
Desnaturação de proteínas
• Condições diferentes das 
celulares levam as 
proteínas à desnaturação
• Perda da estrutura leva 
também à perda da função
• Calor, pHs extremos, 
temperatura (?), solventes 
orgânicos, detergentes
Renaturação de proteínas
• A sequência terciária é 
determinada pela 
sequência primária, certo?
• As proteínas 
desnaturadas, portanto, 
podem voltar aos estados 
nativos através de 
renaturação, quando o 
estímulo é retirado
Desnaturação e enovelamento das proteínas
As proteínas têm uma existência surpreendentemente precária. Como foi visto, a 
conformação de uma proteína nativa é apenas marginalmente estável. Além disso, a 
maioria das proteínas deve manter certa flexibilidade conformacional para funcionar. A 
manutenção contínua do grupo ativo de proteínas celulares, necessárias em um dado 
conjunto de condições, é chamada proteostase. A proteostase celular requer a atividade 
coordenada de vias para síntese e enovelamento de proteínas, o redobramento de 
proteínas parcialmente desdobradas e o sequestro e degradação de proteínas 
irreversivelmente desdobradas. Em todas as células, essas redes envolvem centenas de 
enzimas e proteínas especializadas.
Vias que contribuem para proteostase. Três tipos 
de processos contribuem para proteostase.
A perda de estrutura da proteína resulta na perda de função
As estruturas proteicas evoluíram para atuar em determinados ambientes celulares.
Condições diferentes daquelas da célula podem resultar em mudanças estruturais grandes
ou pequenas na proteína. A perda de estrutura tridimensional suficiente para causar a perda
de função é chamada de desnaturação. O estado desnaturado não necessariamente
corresponde ao desdobramento completo da proteína e à randomização da conformação. Na
maioria das condições, as proteínas desnaturadas existem como um conjunto de estados
parcialmente dobrados.
Desnaturação de proteínas. Os resultados 
correspondem a proteínas desnaturadas por 
duas modificações diferentes em seus 
ambientes. Em cada caso, a transição entre 
o estado dobrado e o estado não dobrado é 
abrupta, sugerindo cooperatividade neste 
processo. (a) Desnaturação térmica da 
apomioglobina (mioglobina sem o grupo 
prostético heme) de cavalo e da 
ribonuclease A (com suas ligações dissulfeto
intactas; ver Figura 4-27). 
O ponto médio da faixa de temperatura em que ocorre a desnaturação é chamado de temperatura de fusão, ou Tm. 
A desnaturação da apomioglobina foi monitorada por dicroísmo circular (ver Figura 4-10), que mede a quantidade de 
estrutura helicoidal na proteína. A desnaturação da ribonuclease A foi acompanhada pelo monitoramento das 
mudanças na fluorescência intrínseca da proteína, que é afetada pelas mudanças no ambiente dos resíduos de Trp. 
(b) Desnaturação da ribonuclease A, com suas ligações dissulfeto intactas, pelo hidrocloreto de guanidina (GdnHCl), 
monitorado por dicroísmo circular. 
A sequência de aminoácidos determina a estrutura terciária
A estrutura terciária de uma proteína globular é determinada por sua sequência de 
aminoácidos. A prova mais importante disso vem dos experimentos que mostram que a 
desnaturação de algumas proteínas é reversível. Certas proteínas globulares 
desnaturadas por temperatura, extremos de pH ou agentes desnaturantes reassumemsuas estruturas nativas e suas atividades biológicas se retornarem às condições nas 
quais a conformação nativa é estável. Esse processo é chamado de renaturação. 
Renaturação da ribonuclease desnaturada e desdobrada. A ureia desnatura a ribonuclease, e o mercaptoetanol
(HOCH2CH2SH) a reduz, rompendo as ligações dissulfeto e liberando os oito resíduos de Cys. A renaturação
envolve o restabelecimento correto das ligações dissulfeto transversais 
Enovelamento protéico
• Lento e gradual
• Diminuição da entropia
até alcançar um estado
estável
• Algumas proteínas se dobram
de forma assistida pelas
proteínas chaperonas
Algumas proteínas se dobram de forma assistida
Nem todas as proteínas se 
dobram espontaneamente à 
medida que são sintetizadas 
dentro da célula. O 
enovelamento de muitas 
proteínas necessita de 
chaperonas, proteínas que 
interagem com polipeptídeos
parcialmente dobrados ou 
dobrados de forma incorreta, 
facilitando os mecanismos 
de enovelamento correto ou 
garantindo um 
microambiente adequado 
para ocorrer o 
enovelamento. Vários tipos 
de chaperonas moleculares 
foram encontrados em 
organismos que vão desde 
bactérias até humanos. As 
duas principais famílias de 
chaperonas, ambas bem 
estudadas, são a família da 
Hsp70 e as chaperoninas. 
As chaperonas no 
enovelamento proteico.
As chaperonas no enovelamento proteico. A rota pela qual as chaperonas da classe 
Hsp70 se ligam aos polipeptídeos e os liberam é ilustrada pelas chaperonas eucarióticas 
Hsp70 e Hsp40. 
➢ As chaperonas não promovem diretamente o enovelamento da proteína, mas evitam a 
formação de agregados de peptídeos não dobrados. 
➢ As proteínas não dobradas ou parcialmente dobradas primeiro se ligam à forma aberta 
da Hsp70 ligada ao ATP (PDB ID 2QXL). A Hsp40 então interage com esse complexo e 
induz a hidrólise do ATP produzindo a forma fechada do complexo (derivado de PDB ID 
2KHO e 1DKZ), na qual os domínios coloridos em cor de laranja e amarelo estão juntos 
como as duas partes de uma mandíbula, mantendo presas partes da proteína 
desdobrada.
➢ A dissociação do ADP e a reciclagem de Hsp70 requer a interação com outra proteína, 
um fator de troca de nucleotídeo (NEF). Em uma população de moléculas de 
polipeptídeos, alguma fração das moléculas liberadas após a ligação transitória das 
proteínas parcialmente dobradas pela Hsp70 assumirá a conformação nativa. 
➢ As remanescentes são novamente ligadas pela Hsp 70 ou desviadas para o sistema 
das chaperoninas (Hsp60; ver Figura 4-31).
➢ Em bactérias, as chaperonas Hsp70 e Hsp40 são chamadas DnaK e DnaJ, 
respectivamente. DnaK e DnaJ foram primeiro identificadas como proteínas necessárias 
para a replicação in vitro de certas moléculas de DNA viral (por isso a designação 
“Dna”). 
Chaperoninas são complexos elaborados de proteínas necessários para o enovelamento de algumas 
proteínas celulares que não se dobram espontaneamente. Em E. coli, estima-se que de 10 a 15% 
das proteínas celulares necessitam do sistema de chaperoninas residentes, chamado de 
GroEL/GroES, para o enovelamento nas condições normais (mais de 30% precisam de assistência 
quando as células são submetidas ao estresse por calor). Em eucariotos, o sistema de chaperoninas
análogo chama-se Hsp60. As chaperoninas se tornaram conhecidas quando foram consideradas 
necessárias para o crescimento de certos vírus bacterianos (por isso, a designação “Gro”, de 
growth). Essa família de proteínas é estruturada como uma série de anéis de múltiplas subunidades, 
formando duas câmaras orientadas uma de costas para a outra. Uma proteína desdobrada primeiro 
se liga a uma superfície hidrofóbica exposta próxima a extremidade apical de uma câmara GroEL. A 
proteína é então presa dentro da câmara, fechada transitoriamente, pela “tampa” GroES (Figura 4-
31). 
Chaperoninas
As chaperoninas no enovelamento de proteínas. (a) 
Mecanismo de ação proposto para as chaperoninas GroEL
(membro da família de proteínas Hsp60) e GroES de E. coli. Cada 
complexo GroEL consiste em dois anéis heptaméricos que 
formam duas câmaras grandes (cada subunidade com Mr
57.000). A GroES, também um heptâmero (subunidades de Mr
10.000), bloqueia a entrada de uma das câmaras na GroEL
depois da ligação, dentro da câmara, de uma proteína 
desdobrada. A câmara com a proteína desdobrada é designada 
como cis; o oposto é designado trans. O enovelamento ocorre no 
interior da câmara cis, durante o tempo que leva para hidrolisar os 
7 ATP ligados às subunidades no anel heptamérico. As moléculas 
de GroES e de ADP então se dissociam, e a proteína é liberada. 
As duas câmaras do sistema GroEL/Hsp60 alternam a ligação e 
facilitam o enovelamento das proteínas clientes. (b) Imagens da 
superfície e corte longitudinal do complexo GroEL/GroES (PDB ID 
1AON). O corte (abaixo) ilustra o grande espaço interno no qual 
as outras proteínas se ligam. 
Defeitos no enovelamento proteico fornecem a base molecular para uma ampla gama 
de doenças genéticas em humanos
Apesar da participação de muitos processos que assistem o enovelamento proteico, erros podem 
ocorrer. De fato, o enovelamento proteico errado é um problema substancial para a célula, e um 
quarto ou mais de todos os polipeptídeos sintetizados é destruído por não se dobrar corretamente. 
Em alguns casos, os erros de enovelamento causam ou contribuem para o desenvolvimento de 
doenças graves. Muitas condições, incluindo diabetes do tipo 2, doença de Alzheimer, doença de 
Huntington e doença de Parkinson, estão associadas com um mecanismo de enovelamento errôneo: 
uma proteína solúvel normalmente secretada pela célula é secretada em um estado de enovelamento 
errado, sendo convertida em uma fibra amiloide extracelular insolúvel. As doenças são coletivamente 
chamadas de amiloidoses. 
Formação das fibrilas amiloides 
causadoras de doenças.
Formação das fibrilas amiloides causadoras de doenças. (a) Moléculas de proteínas 
cuja estrutura normal inclui regiões de folhas beta passam por enovelamento parcial. Em 
um pequeno número de moléculas, antes do enovelamento completo, as regiões de 
folhas beta de um polipeptídeo se associam com a mesma região de outro polipeptídeo, 
formando o núcleo de um amiloide. Outras moléculas de proteína lentamente se associam 
ao amiloide e o estendem para formar uma fibrila. (b) O peptídeo beta-amiloide inicia 
como dois segmentos alfa-helicoidais de uma proteína maior. A clivagem proteolítica desta 
proteína maior libera o peptídeo beta-amiloide relativamente instável, que perde sua 
estrutura alfa-helicoidal. Ele pode, então, lentamente ser organizado em fibrilas amiloides 
(c), que contribuem para as placas características no exterior do tecido nervoso das 
pessoas com doença de Alzheimer. As cadeias laterais aromáticas mostradas aqui 
exercem um papel significativo na estabilização da estrutura amiloide. A estrutura amiloide 
é rica em folhas beta, com as fitas beta arranjadas perpendicularmente ao eixo da fibrila 
amiloide. O peptídeo beta-amiloide assume a forma de duas camadas de folhas beta 
paralelas estendidas. Alguns peptídeos formadores de amiloide podem se dobrar na 
forma de hélices beta voltadas para esquerda (ver Figura 4-22). 
Alguns são degradados por autofagia. Nesse processo, eles são primeiro encapsulados em uma 
membrana, e, então, o conteúdo da vesícula resultante é degradado após a fusão com um 
lisossomo citosólico. Alternativamente, as proteínas erroneamente dobradas podem ser 
degradadas por um sistema de proteases chamado sistema ubiquitina-proteossomo (descrito no 
Capítulo 27). Defeitos em qualquer um desses sistemas diminuem a capacidade de lidar com 
proteínas erroneamentedobradas e aumentam a propensão para o desenvolvimento de doenças 
amiloides. 
Vaca louca
• A doença de Creutzfeldt-
Jakob, é causada por uma 
falha no enovelamento de 
proteínas
• Mecanismo não muito 
entendido, mas parece que as 
proteínas em forma priônica 
transformam as outras 
também em proteínas com 
esse formato
Conclusões
➢ Estrutura da proteína é estabilizada principalmente por interações 
fracas
➢ Estrutura secundária consiste no arranjo espacial de átomos de trechos 
de proteínas, definidas por ângulos phi e psi específicos
➢ A estrutura 3D das proteínas tem dois tipos básicos: proteínas fibrosas 
e globulares
➢ A estrutura quaternária vem da junção de várias subunidades terciárias 
oriundas de genes 
➢ A estrutura das proteínas pode ser destruída pela desnaturação, o que 
mostra que a função depende da estrutura
➢ Enovelamento de proteínas envolve múltiplos mecanismos