Lista Exercícios 4 - Proteínas

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Disciplina: Bioquímica 1º Semestre de 2020 
Curso: Farmácia UNICSUL – SM 
1) Discutir a seguinte afirmação: a estrutura primária de uma proteína determina 
sua estrutura terciária. 
 
2) Em que diferem as pontes de hidrogênio da estrutura secundária e terciária 
de proteínas globulares? 
 
3) (Desafio) Uma mistura contendo as proteínas citocromo c (pI =10,6) e 
mioglobina (pI = 7,0) foi submetida a eletroforese utilizando-se soluções tampão 
com os seguintes valores de pH: 3,7; 10,6 e 12. Mostrar a migração das 
proteínas em cada caso. 
 
4) Julgue as seguintes afirmações (Desafio) 
 
I - Em valores extremos de pH, uma proteína apresenta menor número de grupos 
com carga elétrica do que em pH 7; 
II – Quanto maior a porcentagem de aminoácidos hidrofóbicos em uma proteína, 
tanto maior será a concentração de sal para precipitá-la; 
III – Aminoácidos que apresentam 3 valores de pka participam das interações 
hidrofóbicas de uma proteína; 
IV – As ligações de hidrogênio da estrutura folha beta de uma proteína são 
estabelecidas entre os grupos das cadeias laterais dos aminoácidos; 
V -Excluindo-se os grupos das cadeias laterais dos aminoácidos, as regiões em 
alfa hélice de proteínas diferentes são idênticas; 
VI – A desnaturação de uma proteína acarreta a perda de sua função. 
 
5) Em solução aquosa qual a posição dos grupos (polares e apolares) de uma 
proteína? 
 
6) Definir desnaturação de uma proteína e descrever a ação do pH extremo e da 
temperatura sobre a estrutura das proteínas. 
 
7) Definir estrutura terciária de proteínas globulares. Esquematizar os tipos de 
ligações que as mantêm, indicando os aminoácidos que participam dessas 
ligações. 
 
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8) Definir proteínas fibrosas. Dê um exemplo dessa classe de proteínas. 
 
9) (Curiosidade). Por que os aminoácidos que formam a ligação peptídica 
encontram-se na conformação trans e não cis? Qual aminoácido na estrutura da 
proteína tem maior liberdade rotacional? Por quê? (Se quiser, estude por 
curiosidade, veja o que é conformação cis e trans) 
 
10) O que são motivos de uma proteína? E domínios? 
 
11) Descreva a estrutura quaternária de proteínas: Dê um exemplo de uma 
proteína com estrutura quaternária 
 
Respostas 
1) Discutir a seguinte afirmação: a estrutura primária de uma proteína determina 
sua estrutura terciária. 
R. A Organização espacial da proteína é resultante do tipo de aminoácidos 
que a compõem e de como eles estão dispostos uns em relação aos outros. 
A sequência dos aminoácidos irá determinar o tipo de interação possível 
entre as cadeias laterais, as quais apresentam características de carga, 
volume e reatividade com água muito variáveis. 
 
2) Em que diferem as pontes de hidrogênio da estrutura secundária e terciária 
de proteínas globulares? 
R. Tanto nas alfa hélices quanto nas folhas beta, as pontes de hidrogênio 
que mantém estas estruturas são realizadas pelas unidades peptídicas, 
mas sem a participação dos grupos das cadeias laterais. 
Enquanto isso, a estrutura terciária é estabilizada por ligações não 
covalentes entre as cadeias laterais dos resíduos de aminoácidos. 
Enquanto na estrutura secundária os aminoácidos que estabelecem as 
ligações de hidrogênio estão próximos na estrutura primária (alfa hélice) 
ou de segmentos próximos (folhas beta) as ligações de hidrogênio na 
estrutura terciária podem ocorrer entre resíduos distantes da estrutura 
primária. 
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Veja a figura: As pontes de hidrogênio 
(amarelo) estabelecidas entre os 
aminoácidos para manter a alfa hélice 
(direita) e as folhas beta (esquerda) 
ocorrem entre os átomos de C, H e N da 
cadeia principal dos aminoácidos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Agora reparem em uma 
analogia da estrutura terciária de 
proteínas e peptídeos. As ligações 
não covalentes que contribuem 
para o dobramento final da 
proteína. A ponte de hidrogênio é 
destacada em amarelo. Estas 
ligações são realizadas pelos 
grupos das cadeias laterais dos 
aminoácidos. No caso da ligação 
de hidrogênio, esta é realizada 
pelos grupos das cadeias laterais 
da serina (em cima) e do aspartato 
(abaixo). 
 
 
 
3) Uma mistura contendo as proteínas citocromo c (pI =10,6) e mioglobina (pI = 
7,0) foi submetida a eletroforese utilizando-se soluções tampão com os 
seguintes valores de pH: 3,7; 10,6 e 12. Mostrar a migração das proteínas em 
cada caso. 
R. O pI (Ponto Isoelétrico) de um aminoácido ou proteína é o pH onde a 
biomolécula tem carga líquida igual a zero. Sendo assim podemos montar 
uma tabela e prever as cargas das proteínas nos diferentes pHs. 
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pH citocromo c (pI =10,6) mioglobina (pI = 7,0) 
 Cargas (+, 0, -) 
3,7 + + 
10,6 0 - 
12 - - 
 
Lembrando que em meios onde o pH tem valor menor que um grupo 
ionizável, este grupo estará protonado. Se o grupo for amina estará com 
carga líquida (+) enquanto um ácido carboxílico terá carga líquida zero. 
Se o o pH tiver maior valor em relação aos pKas, ambos estarão 
desprotonados e a amina terá carga líquida zero, enquanto o ácido 
carboxílico terá carga líquida (-). 
Em pH igual a 3,7 as proteínas estão abaixo de valores de pI e, portanto, 
suas cargas líquidas totais têm valor positivo (+); 
Em pH igual a 10,6 o citocromo c está em pH igual ao seu pI e, portanto, 
sua carga líquida é igual a zero, enquanto a mioglobina está em pH acima 
de valor de pI e sua carga líquida total será negativa (-); 
Em pH 12 ambas as proteínas estarão em meio onde o valor de pH é 
superior ao valor de seus pIs e, portanto, suas cargas líquidas totais serão 
negativas (-). 
Se imaginarmos uma eletroforese onde as biomoléculas partem de um 
centro, tendo polos positivos (ânodos) e polos negativos (cátodos). 
Em pH 3,6 ambas as proteínas se deslocarão para o cátodo; 
Em pH 10,6 o citocromo c com carga zero não se deslocará enquanto a 
mioglobina com carga negativa migrará em direção ao ânodo; 
Em pH 12 ambas as proteínas migrarão para o ânodo, pois suas cargas 
líquidas serão negativas. 
 
 
4) Julgue as seguintes afirmações: 
 
I - Em valores extremos de pH, uma proteína apresenta menor número de grupos 
com carga elétrica do que em pH 7; 
R. É provável que em pH extremos ( 1 e 14) as proteínas apresentem menos 
grupos ionizáveis carregados, visto que em pH extremamente baixos os 
grupos ácidos carboxílicos estarão protonados e sem carga, enquanto que 
em pH extremamente altos os grupo amino estarão desprotonados e 
igualmente sem carga. 
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II – Quanto maior a porcentagem de aminoácidos hidrofóbicos em uma proteína, 
tanto maior será a concentração de sal para precipitá-la; 
R. Falso. Se lembrarmos do método de purificação de proteínas Salting out, 
veremos que a adição de sal promove interações com os grupos 
carregados das proteínas diminuindo a interações deles com os grupos 
carregados de outras proteínas e assim solubilizando as proteínas em 
solução (salting in). Se a adição de sal continuar, os íons provenientes do 
sal começarão a interagir com as moléculas de água, o que causa 
disrupção da interação proteína-água e consequente agregação e 
precipitação das moléculas de proteína (salting out). 
Desse modo, podemos concluir que proteínas com muitos grupos 
hidrofóbicos tem pouco interação com água e agregam-se com maior 
facilidade frente a adição de baixas concentrações de sal. 
III – Aminoácidos que apresentam 3 valores de pka participam das interações 
hidrofóbicas de uma proteína; 
R. Falso. Visto que as interações hidrofóbicas de uma proteína são 
realizadas pelos grupos hidrofóbicos contidos nas cadeias laterais dos 
aminoácidos; 
Sabendo que aminoácidos com 3 pKas apresentam grupos ionizáveisem 
suas cadeias laterais; 
Concluímos que estes aminoácidos não participam das interações 
hidrofóbicas de uma proteína. 
Devemos lembrar que nem todos os aminoácidos com apenas 2 pkas 
participam de interações hidrofóbicas de uma proteína, pois há 
aminoácidos com 2 pkas onde o grupo da cadeia lateral é polar, porém sem 
carga, como é o caso da serina: 
 
Exemplos de aminoácido com 3 pkas: Lisina 
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IV – As ligações de hidrogênio da estrutura folha beta de uma proteína são 
estabelecidas entre os grupos das cadeias laterais dos aminoácidos; 
R. Falso. Veja a figura abaixo: As pontes 
de hidrogênio (amarelo) estabelecidas 
entre os aminoácidos para manter a alfa 
hélice (direita) e as folhas beta 
(esquerda) ocorrem entre os átomos de 
C, H e N da cadeia principal dos 
aminoácidos e não destes átomos 
contidos nos grupos das cadeias 
laterais dos aminoácidos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
V -Excluindo-se os grupos das cadeias laterais dos aminoácidos, as regiões em 
alfa hélice de proteínas diferentes são idênticas; 
Verdadeiro. As regiões em alfa hélices de proteínas diferentes são 
totalmente iguais, visto que, os grupos das cadeias laterais não participam 
das ligações para manter esta estrutura. 
O que diferem os aminoácidos são seus grupos laterais, os restantes de 
suas cadeias são totalmente idênticos. 
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VI – A desnaturação de uma proteína acarreta a perda de sua função. 
Verdadeiro. A desnaturação de uma proteína acarreta a quebra das 
ligações não covalentes que mantem a conformação ideal da proteína para 
realizar suas funções. 
 
5). Em solução aquosa qual a posição dos grupos (polares e apolares) de uma 
proteína? 
R. Em solução aquosa os grupos apolares de cadeias laterais voltam-se 
para o interior da proteína, enquanto os grupos de cadeias laterais polares 
voltam-se para o exterior da proteína, interagindo desta forma com o meio 
aquoso. 
6). Definir desnaturação de uma proteína e descrever a ação do pH extremo e 
da temperatura sobre a estrutura das proteínas. 
R. Ao proceder-se ao isolamento e purificação de uma proteína, a partir de 
células onde ela é encontrada, são introduzidas alterações físicas e 
químicas no seu meio ambiente, que podem afetar sua estrutura espacial a 
ponto de ocasionar a perda de sua função biológica. A proteína é dita, 
então, desnaturada, sua conformação nativa é destruída devido à quebra 
de ligações não covalentes (as ligações peptídicas são mantidas) e o 
resultado é uma cadeia polipeptídica distendida. 
 
7) Definir estrutura terciária de proteínas globulares. Esquematizar os tipos de 
ligações que as mantêm, indicando os aminoácidos que participam dessas 
ligações. 
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A estrutura terciária descreve o dobramento final da cadeia polipeptídica 
por interações de regiões com estrutura regular (alfa hélice e folha beta) ou 
de regiões sem estrutura definida. Neste nível de organização, segmentos 
distantes da estrutura primária podem aproximar-se e interagir, através de 
ligações não covalentes entre as cadeias laterais dos resíduos de 
aminoácidos. 
Ligações de Hidrogênio: Estabelecida entre os grupos laterais polares com 
ou sem carga. As ligações de hidrogênio da estrutura terciária, 
naturalmente, não apresentam um padrão regular de disposição, ao 
contrário do que ocorre com as ligações de hidrogênio da estrutura 
secundária, com as quais não devem ser confundidas. 
Serina, treonina, asparagina, glutamina, tirosina, lisina, arginina, histidina, 
aspartato e glutamato são aminoácidos que realizam ligações hidrogênio. 
Interações Hidrofóbicas: Formadas entre as cadeias laterais hidrofóbicas 
dos aminoácidos apolares. Estas cadeias não interagem com a água, 
determinando uma retração das moléculas de agua ao seu redor. Os 
grupos hidrofóbicos aproximam-se reduzindo a área apolar exposta ao 
solvente. Naturalmente, as maioria das cadeias hidrofóbicas localizam-se 
no interior das proteínas. As interações hidrofóbicas são as mais 
importantes para a manutenção da conformação espacial da proteína 
devido ao grande número de aminoácidos hidrofóbicos (8). 
Alanina, leucina, isoleucina, prolina, triptofano e fenilalanina são exemplos 
de aminoácidos que realizam interações hidrofóbicas. 
Ligações eletrostáticas ou iônicas: incluem-se, nesta categoria, interações 
de grupos com cargas opostas, como os presentes nos aminoácidos 
básicos (arginina, histidina e lisina) e ácidos (aspartato e glutamato). Estas 
ligações têm importância para o dobramento da cadeia polipeptídica, 
quando ocorrem no interior da proteína. Todavia, esta situação não é muito 
frequente: a maioria dos grupos carregados de uma proteína localizam-se 
na sua superfície, estabelecendo interações íon-dipolo com as moléculas 
de água, que forma uma camada organizada em volta da molécula proteica, 
a camada de solvatação. 
 
Pontes Dissulfeto: Ao contrário das outras três, as pontes dissulfeto (-S-S-
) são ligações covalentes geradas a partir da oxidação do grupo lateral de 
duas cisteínas. 
 
8) Definir proteínas fibrosas. Dê um exemplo dessa classe de proteínas. 
R. As proteínas fibrosas apresentam forma alongada, são geralmente 
insolúveis e desempenham um papel basicamente estrutural nos sistemas 
biológicos. São formada por módulos repetitivos, possibilitando a 
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construção de grandes estruturas. O componente fundamental de 
proteínas fibrosas são cadeias polipeptídicas muito longas com estrutura 
secundaria regular. 
Um exemplo é a alfa-queratina, onde duas ou três cadeias em alfa-hélices 
associam-se lateralmente, formando longos cabos helicoidais, que 
reunidos formam fibrilas ou fibras. As alfa queratinas são o componente 
principal da epiderme de vertebrados e de estruturas relacionadas, como: 
cabelo, lã, chifres, unhas, cascos, bicos e penas. Nestas proteínas, é 
frequente a formação de pontes dissulfeto entre resíduos de cisteína de 
cadeias polipeptídicas ou fibrilas adjacentes, conferindo grande 
resistência as fibras. O padrão de distribuição destas pontes confere o grau 
de ondulação do cabelo e da lã. 
 
 
 
9). Por que os aminoácidos que formam a ligação peptídica encontram-se na 
conformação trans e não cis? Qual aminoácido na estrutura da proteína tem 
maior liberdade rotacional? Por quê? 
R. A Ligação peptídica pode adotar uma destas duas conformações: trans 
(180o) ou cis (0o). A grande maioria das ligações peptídicas estão na forma 
“trans” (180o) pois nesta conformação, a cadeia peptídica evita colisões 
estéricas desfavoráveis que acontecerão na conformação cis. 
No caso da glicina, as áreas de possível conformação são muito mais 
amplas do que as dos outros ácidos aminoácidos, porque tem somente H 
como cadeia lateral. 
 
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10) O que são motivos de uma proteína? E domínios? 
R. Muitas vezes, pode-se distinguir na estrutura terciária de uma proteína 
monomérica, ou na estrutura terciaria das subunidades componentes de 
uma proteína polimérica, regiões diferenciadas, chamadas domínios. Cada 
domínio tem uma organização espacial compacta, com interior hidrofóbico 
e superfície externa polar. O grau de interação entre domínios pode variar 
desde domínios independentes ligados por um segmento flexível da cadeia 
polipeptídica, ou domínios separados por uma fenda estreita, até aqueles 
que estabelecem um contato muito íntimo. Em qualquer um dos casos, os 
domínios podem movimentar-se, uns em relação aos outros. Esta 
flexibilidade é fundamental para que a molécula de proteína possa ligar-se 
eficientemente a outros compostos. 
 
 
Exemplo de uma proteínaque possui quatro domínios. Dois possuem 
atividade regulatória (SH2 e SH3) enquanto outros dois são domínios 
catalíticos. 
Motivos: Descreve a conectividade de elementos de estrutura secundaria. 
Podem ser a junção de duas alfa hélices, como a junção de folha beta, alfa 
hélice, folha beta e até mesmo estruturas em formas de barris. 
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11). Descreva a estrutura quaternária de proteínas: Dê um exemplo de uma 
proteína com estrutura quaternária. 
R. Estrutura Quaternária descreve a associação de duas ou mais cadeias 
polipeptídicas (subunidades), para compor uma proteína funcional 
oligomérica. A estrutura quaternária é mantida por ligações não covalentes 
entre as subunidades, do mesmo tipo que mantém a estrutura terciaria. As 
subunidades que compõem uma proteína podem ser iguais ou diferentes. 
Um exemplo de proteína com estrutura quaternária é a hemoglobina, 
formada por quatro cadeias polipeptídicas, iguais duas a duas, chamadas 
alfa e beta, associadas sobretudo por interações hidrofóbicas, com 
contribuição menor de pontes de hidrogênio e interações eletrostáticas.