Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
1 Proteínas Estude com a gente! www.biologiatotal.com.br As proteínas são biomoléculas formadas por aminoácidos e representam uma das estruturas mais importantes da nossa biologia. Os resíduos de aminoácidos são unidos através de uma ligação conhecida como peptídica, teoricamente obtida por exclusão de um molécula de água. Uma das propriedades da ligação peptídica é impor restrições ao dobramento do polímero formado. Na verdade, essa ligação possui caráter parcial de dupla ligação o que impede a possibilidade de rotação em torno desta. Os quatro átomos dos grupamentos que participam da ligação peptídica ficam dispostos em um plano rígido constituindo o que chamamos de unidade peptídica. Proteínas são polímeros lineares formados por unidades chamadas de aminoácidos Possíveis movimentos da estrutura polipeptídica Todavia, existem pontos de dobramento entre essas unidades peptídicas, graças à possibilidade de rotação em torno das ligações com o carbono alfa. Dessa forma, as cadeias laterais dos aminoácidos podem estar posicionadas de diferentes maneiras no plano espacial. 2 Pr ot eí na s Estude com a gente! www.biologiatotal.com.br Estrutura secundária: Dipolo da α-hélice As proteínas possuem níveis de organização espacial diferente. São elas: Estrutura primária: é a sequência de aminoácidos da cadeia polipeptídica, determinada geneticamente e específica para cada proteína. Por uma questão convencional a estrutura primária é escrita na direção amino-terminal/carboxi- terminal. Estrutura secundária: Descreve as estruturas tridimensionais regulares, formadas por segmentos da cadeia polipeptídica. Duas são particularmente estáveis: o enrolamento da cadeia ao redor de um eixo e a interação lateral de segmentos de uma cadeia polipeptídica ou de cadeias diferentes denominadas respectivamente alfa hélice e folha beta pregueada. Essas duas estruturas se estabilizam por ligações de hidrogênio. No caso da alfa hélice, as ligações de hidrogênio são formadas entre uma unidade peptídica e a quarta unidade peptídica subsequente. Ela apresenta 3,6 resíduos de aminoácidos por volta. As cadeias laterais desses aminoácidos estão projetados para fora da hélice. No caso da folha beta (β), as ligações são estabelecidas entre as cadeias polipeptídicas diferentes ou entre segmentos distantes de uma mesma cadeia. Nesse caso, as cadeias laterais dos aminoácidos são projetados para cima e para baixo do plano da folha pregueada. Estrutura terciária: Descreve o dobramento final da cadeia polipeptídica por interação de regiões com estrutura regular (alfa hélice ou folha beta pregueada) ou de regiões sem estruturas definidas. Nesse nível de organização, segmentos distantes da estrutura primária podem se aproximar e interagir por intermédio de ligações não covalentes como as pontes de hidrogênio, interações hidrofóbicas, ligações iônicas e forças de London. Além das ligações não covalentes, a estrutura proteica pode ser estabilizada por uma ligação covalente, a ponte dissulfeto formada entre dois resíduos de cisteína. A estrutura terciária pode apresentar padrões de elementos estruturais, que se repetem em proteínas diferentes chamados de domínio e motivos. Estrutura terciária Estrutura secundária: Folha β 3 Pr ot eí na s Estude com a gente! www.biologiatotal.com.br Os domínios são regiões diferenciadas da molécula proteica, com organização espacial compacta. Cada domínio é um conjunto estrutural definido, formado por dobramentos da cadeia polipeptídica. Os domínios frequentemente apresentam ações específicas: em inúmeras reações do metabolismo o substrato liga-se a um dos domínios da enzima e a coenzima em outro. Proteínas diferentes podem apresentar domínios com a mesma função o que nos permite prever a atividade de uma proteína ainda desconhecida por exemplo e etc. Os motivos são diferentes formas de organização de elementos da estrutura secundária. Em outras palavras, são certas combinações de elementos de estrutura secundária que se repetem com grande frequência nas proteínas. Também são conhecidas como estruturas supra-secundárias. Esses motivos podem ser constituídos de arranjos de alfa-hélice, folhas beta ou combinações das duas. Por exemplo: vários receptores de membrana são compostos por sete alfa hélices que atravessam a membrana plasmática como, por exemplo, o receptor do hormônio glucagon. Estrutura quaternária da desoxi-hemoglobina. (a) Representação na forma de fitas (b) Modelo de superfície molecular O motivo beta barril Outro motivo complexo, chamado de beta barril, é resultado da associação de numerosos segmentos e folha beta pregueada. Esse modelo é encontrado frequentemente na família de porinas que forma canais na membrana externa de bactérias gram negativas e de mitocôndrias destinados ao transporte de íons e moléculas pequenas. Estrutura quaternária: Descreve a associação de duas ou mais cadeias polipeptídicas para compor uma proteína funcional. Essa estrutura é estabilizada pelas mesmas ligações não covalentes observadas na estrutura terciária. Um exemplo é a molécula de hemoglobina. A carga elétrica e sua solubilidade Os aminoácidos possuem grupos ionizáveis que contribuem para a carga final do aminoácido dependendo do pH onde estes estão presentes. Quando esses compõe as proteínas basicamente essa propriedade está relacionada com sua cadeia lateral. Lembrando, que nem todo aminoácido possui cadeia lateral com grupos ionizáveis. Essa característica elétrica nos proporciona que tipo de interação aquele aminoácido pode fazer com outras moléculas inclusive com outros aminoácidos. Dessa forma, uma proteína possui vários resíduos de aminoácidos em sua estrutura e portanto sua carga elétrica final será o somatório de todas as cargas elétricas dos aminoácidos que a compõe. pI ou ponto isoelétrico: será o pH onde o somatório das cargas de todos os aminoácidos presentes na biomolécula será zero. 4 Pr ot eí na s Estude com a gente! www.biologiatotal.com.br A solubilidade das proteínas também está ligada aos aminoácidos, que as compõe. Na verdade, a solubilidade de uma proteína está diretamente relacionada com o tipo de aminoácido e o meio onde a mesma está inserida. Assim, pH sais e a constante dielétrica influenciam na sua solubilidade. O etanol e a acetona, ambos solventes orgânicos, diminuem a solubilidade da proteína, pois apresentam valores baixos da constante dielétrica. A solubilidade também esta relacionada com a presença de sais na solução. Alguns sais se dissociam em íons na solução que interagem com as regiões carregadas da proteína estabilizando as interações entre esses grupos. Esse fenômeno é chamado de salting in. A presença de sais podem aumentar também a camada de solvatação das proteínas que corresponde a organização de moléculas de água em torno dos grupos ionizáveis da superfície da proteína.Por outro lado, quando os sais atingem concentrações muito elevadas os íons originados destes podem competir pela água e alterar a solvatação das proteínas. Esse fenômeno é chamado de salting out. Um ponto importante, é que cada proteína precipita em uma concentração salina característica. Assim alguns métodos químicos com o objetivo de identificar e separar proteínas pode utilizar essas soluções para obter essas biomoléculas. Um exemplo de método químico muito utilizado para identificação de proteínas é a eletroforese. A eletroforese é uma técnica simples e rápida usada para a separação,visualização e também para a purificação de fragmentos de DNA de diferentes tamanhos ou para análise de RNA. As amostras de DNA ou RNA são aplicadas em um gel de agarose ou de poliacrilamida e submetidas a um campo elétrico. Devido a seus grupamentos fosfatos ionizados, o DNA em solução aquosa é uma molécula com carga elétrica negativa e na presença de um campo elétrico migra em direção ao ânodo. A visualização dos fragmentos de DNA ou RNA é feita de forma indireta com compostosque se intercalam na dupla fita de DNA ou na estrutura de RNA,que emitem fluorescência quando submetido à luz ultravioleta. Cuba de eletroforese. Visualização do gel após a eletroforese 5 Proteínas EXERCÍCIOS. Estude com a gente! www.biologiatotal.com.br 1. (ENADE 2011) A sequência de aminoácidos exerce papel fundamental na determinação da estrutura tridimensional de uma proteína e, consequentemente, na sua função. Com relação à separação e quantificação dos aminoácidos presentes em uma mistura, analise as seguintes proposições. I. A cromatografia de troca iônica separa os aminoácidos com base em sua carga líquida, utilizando como fase móvel uma solução tampão. II. Na eletroforese, o aminoácido com ponto isoelétrico maior do que o pH da solução terá uma carga global positiva e migrará na direção do ânodo. . III. A eletroforese é uma técnica que separa aminoácidos com base em seus valores de ponto isoelétrico. IV. A cromatografia líquido-líquido em papel separa os aminoácidos com base no seu tamanho. É correto apenas o que se afirma em: a) I. b) II. c) I e III. d) II e IV. e) III e IV. 2. (ENADE 2004) As proteínas são fundamentais para a manutenção da integridadedo organismo animal. Essas substâncias variam quanto atamanho, forma, carga, capacidade de formação de pontes de hidrogênio e reatividade química. São importantes, junto com outros nutrientes, para o crescimento e o desempenho produtivo dos animais de interesse econômico. Acerca do metabolismo das proteínas, assinale a opção correta. a) Quando necessário, o organismo animal utiliza algunsaminoácidos que possam ser convertidos em glicose.Do conjunto básico de vinte aminoácidos, a lisina e a leucina são normalmente utilizadas para essa conversão. b) Alguns aminoácidos apresentam o mineral enxofre (S) na sua composição molecular e, por essa razão, são denominados aminoácidos sulfurados. A treonina, a histidina e a metioninasão exemplos desses aminoácidos. c) As proteínas são moléculas que podem atuar, de forma eficiente, na catálise de diversas reações químicas, devido àsua capacidade de se ligarem aleatoriamente a várias moléculas e ao seu baixo poder catalítico. d) O aminoácido é constituído por um grupamento amina, umacarboxila, um átomo de hidrogênio e uma cadeia lateral queapresenta diferentes tamanhos e formas. Há aminoácidos constituídos de cadeias laterais aromáticas, como a fenilalanina e o ácido linoleico. e) As proteínas são macromoléculas formadas por aminoácidos que exercem várias funções no organismo animal, como transporte de oxigênio, movimento contrátil, sustentação mecânica e proteção imunitária. 3. A desnaturação, modificação na estrutura nativa da proteína com consequente perda de função, pode ser desencadeada por diversos fatores. Os detergentes são considerados agentes desnaturantes por provocarem o rompimento das: a) ligações covalentes que estabilizam as proteínas. b) pontes dissulfeto que estabilizam as proteínas. Interações c) hidrofóbicas que estabilizam as proteínas. d) ligações de hidrogênio que estabilizam as proteínas. 4. Marque a opção correta. Considerando as proteínas, pode-se dizer que: a) sua estrutura secundaria não é determinada por uniões ponte de hidrogênio. b) a desnaturação protéica não altera a estrutura questão enade questão enade 6 EX ER CÍ CI OS Estude com a gente! www.biologiatotal.com.br quaternária ou terciária. c) a hemoglobina é um exemplo de proteína com estrutura quaternária. d) a conformação α-hélice é estruturalmente idêntica a conformação β-folha pregueada. 5. Qual das seguintes afirmativas não é verdadeira sobre as ligações peptídicas? a) Tendem a ter o nitrogênio amida protonado para proporcionar uma carga positiva. b) Em geral, encontram-se na conformação trans e, raramente, na configuração cis c) Elas tendem a ser planares, d) Essa ligação é estabelecida pelos grupamentos R dos aminoácidos. 6. As alfa hélices e as folhas Beta são frequentemente anfipáticas. Isso significa que: a) Apresentam um lado ou face que é predominantemente polar, enquanto o outro lado é predominantemente hidrofóbico. b) Apresentam grandes grupos R em um lado e pequenos grupos R no outro lado, visto que os pequenos grupos são mais facilmente acondicionados no interior da proteína. c) Elas apresentam cargas positivas em um lado e cargas negativas no outro lado. d) É por esse motivo que as estruturas terciárias são mantidas. 7. As proteínas hidrossolúveis, como a mioglobina, tendem a se enovelar, de modo que: a) Os grupos R de aminoácidos hidrofílicos estão no interior da proteína, enquanto os grupos hidrofóbico estão no exterior. b) Os grupos R de aminoácidos hidrofóbicos encontram-se no interior da proteína, enquanto os grupos hidrofílicos estão no exterior. c) Todos os peptídeos formam pontes de hidrogênio com a água. d) Nenhuma das anteriores. 8. O que as alfa hélices e as folhas beta possuem em comum? a) O comprimento de uma alfa hélice de 10 aminoácidos e o de um filamento de folha beta serão iguais. b) Ambas são estabilizadas por pontes de hidrogênio, envolvendo o oxigênio da carbonila e o nitrogênio da amida. c) Os mesmos aminoácidos estabilizam ambas as formas de estrutura secundária. d) Não apresentam nada em comum. 9. No sequenciamento de uma proteína, é necessário romper as pontes de dissulfeto dentro de uma cadeia polipeptídica. O reagente utilizado para isso é: a) Iodaacetato b) Hidrocloridrato de guanidina c) Mercaptoetanol d) SDS 10. A eletroforese em geral de poliacrilamida com SDS pode ser usada para efetuar qual dos seguintes procedimentos? a) Determinar o peso molecular de uma proteína oligomérica (de múltiplas subunidades). b) Purificar uma enzima monomérica em sua forma ativa. c) Determinar o peso molecular das subunidades de uma proteína oligomérica. d) Separar as proteinas através do seu ponto isoelétrico. 11. Os esquemas seguintes representam duas possibilidades de alterações das propriedades de uma proteína. ESQUEMA I ESQUEMA II Os esquemas I e II dizem respeito respectivamente a: 7 EX ER CÍ CI OS Estude com a gente! www.biologiatotal.com.br questão resolvida na aula a) alteração na estrutura primária da proteína e desnaturação. b) desnaturação e desligamento da estrutura terciária. c) alteração na estrutura terciária da proteína e solação. d) solação e desnaturação. 12. Observe o esquema abaixo e responda às questões. a) As interações intermoleculares mantém a arcabouço espacial da estrutura polipeptídica. No esquema acima estamos falando de que tipo de ligação? Essa ligação mantém que tipo de estrutura da proteína? b) Explique o que está acontecendo no esquema acima. 13. (ENADE 2004) A estrutura tridimensional de uma proteína é significantepara sua função. A modificação de sua estrutura chama- se desnaturação. São fatores que podem desnaturar uma proteína: a) agitação mecânica e presença de ácidos graxos. b) agitação mecânica e presença de calciferol. c) extremos de temperatura e presença de glicose. d) extremos de temperatura e presença de aminoácidos. e) extremos de temperatura e presença de ácidos fortes. 14. (ENADE 2014) A fase estacionária de uma cromatografia de troca iônica consiste em uma matriz insolúvel contendo grupos ionizáveis ligados de forma covalente. Já a fase móvel consiste em solução tampão com faixa de pH definido. Matrizes carregadas negativamente se ligam a moléculas com carga positiva (cátions). O mesmo ocorre para as matrizes carregadas positivamente, que se ligam a moléculas com carga negativas (ânions), conforme representado na figura a seguir. Matrizes trocadoras de cátions e matrizes trocadoras de ânions estão disponíveis no mercado. CM-celulose, em pH neutro, está carregada negativamente (-CH2OCH2COO -), sendo uma matriz trocadora de cátions; DEAE-celulose contém um grupamento ionizável de amina terciária,está carregada positivamente, sendo uma matriz trocadora de ânions. Quadro - Massa molecular e ponto isoelétrico das proteínas. Proteínas Massa molecular (Da) Ponto (pI) isoelétrico A 1.000 2,5 B 700 5,2 C 8.000 8,0 Considerando o quadro apresentado, escolha a opção que descreve o comportamento esperado quando uma mistura formada por estas proteínas for aplicada a uma coluna de cromatografia contendo as matrizes equilibradas com diferentes soluções tampão. questão enade questão enade 8 EX ER CÍ CI OS Estude com a gente! www.biologiatotal.com.br a) DEAE-celulose, em solução tampão pH 8,0, retém somente a proteína C. b) DEAE-celulose, em solução tampão pH 5,2, retém somente a proteína A. c) DEAE-celulose, em solução tampão pH 7,0, retém as proteínas B e C. d) CM-celulose, em solução tampão pH 7,0, retém somente a proteína C. e) CM-celulose, em solução tampão pH 5,2, retém as proteínas A e B. 15. (ENADE 2005) Proteínas são biomoléculas funcionais ou estruturais constituídas por unidades básicas. Acerca desses polímeros, descrevasucintamente: a) a estrutura das unidades básicas; b) as estruturas primária, secundária, terciária e quaternária das proteínas. 16. (ENADE 2011) Um estudante, após assistir uma aula sobre proteínas, chegou em casa entusiasmado para executar dois procedimentoscaseiros que descrevem o processo de desnaturação de proteínas. O primeiro procedimento foi aquecer um ovo,previamente descascado, e observar a modificação da corda clara do ovo, de transparente para branca opaca. Nosegundo procedimento, adicionou 15 gotas de limão em umcopo de leite e observou a formação de coágulos. Nessa situação, avalie as asserções a seguir. A desnaturação pode ser detectada por modificações no comportamento físico, químico e biológico de uma proteína. PORQUE A desnaturação é uma perda total ou parcial das estruturas secundárias, terciárias ou quaternárias de uma proteína, permanecendo íntegra a estrutura primária. Acerca dessas asserções, assinale a opção correta. a) As duas asserções são proposições verdadeiras, e a segunda é uma justificativa correta da primeira. b) As duas asserções são proposições verdadeiras, masa segunda não é uma justificativa correta da primeira. c) A primeira asserção é uma proposição verdadeira, e a segunda, uma proposição falsa. d) A primeira asserção é uma proposição falsa, e a segunda, uma proposição verdadeira. e) As duas asserções são proposições falsas. 17. As proteínas podem ser formadas por uma ou mais cadeias polipeptídicas, contendo, geralmente mais de 50 resíduos de aminoácidos e desempenham uma função específica. Porque a carboxila e a amina ligadas ao carbono a dos aminoácidos livres não interferem na determinação da carga elétrica do mesmo aminoácido quando este se encontra no meio de uma cadeia polipeptídica? Justifique sua resposta. 18. Explique alfa hélice e folha beta. De qual estrutura proteica estamos falando? 19. O que são motifs ou motivos estruturais? questão enade questão enade 9 EX ER CÍ CI OS Estude com a gente! www.biologiatotal.com.br 20. Assinale a alternativa correta que representa a estrutura abaixo: a) alfa hélice motif b) beta-alfa-beta motif c) alfa-beta-alfa motif d) beta-loop-alfa motif e) feixe de alfa hélices 21. Assinale a alternativa correta que representa a estrutura abaixo: a) alfa hélice motif b) beta-alfa-beta motif c) alfa-beta-alfa motif d) beta-loop-alfa motif e) feixe de alfa hélices 22. O que são domínios? 23. O que é eletroforese? 24. Assinale a opção que demonstra uma proteína com estrutura quaternária: a) mioglobina b) Lisozima c) Glicose isomerase d) Quimiotripsina e) Nehuma das anteriores 25. Explique o que são príons? 26. Quais são as principais ligações que mantém as estruturas terciárias das proteínas? 10 EX ER CÍ CI OS Estude com a gente! www.biologiatotal.com.br gabarito. Resposta da Questão 1: [C] Resposta da Questão 2: [E] Resposta da Questão 3: [C] Resposta da Questão 4: [C] Resposta da Questão 5: [A] Resposta da Questão 6: [A] Resposta da Questão 7: [B] Resposta da Questão 8: [B] Resposta da Questão 9: [C] Resposta da Questão 10: [C] Resposta da Questão 11: [A] Resposta da Questão 12: a) Ligação do tipo ponte dissulfeto. Essa interação ocorre entre resíduos de cistina. Essa ligação mantém a estrutura terciária da proteína. b) No esquema acima, agentes desnaturantes estão sendo utilizados para romper a estrutura tridimensional da proteína. No caso em específico estão utilizando agentes redutores para romper as ligações dissulfeto. Com a retirada dos reagentes a proteína pode retornar para o seu estado nativo. Resposta da Questão 13: [E] Resposta da Questão 14: [B] Resposta da Questão 15: O padrão de resposta esperado é o seguinte: a) Acerca da estrutura das unidades básicas das proteínas, a resposta deve incluir que: - as proteínas são macromoléculas constituídas por aminoácidos; - a estrutura química dos aminoácidos pode ser representada pela fórmula em que representa a cadeia lateral; - os aminoácidos encontrados nas proteínas são levógeros. b) Acerca das estruturas primária, secundária, terciária e quaternária, espera-se na resposta o que se segue: -A estrutura primária é a sequência de aminoácidos, que estão unidos pelas ligações peptídicas; - A estrutura secundária é representada pelas conformações em e - A estrutura terciária representa o arranjo espacial (estrutura tridimensional), resultante da interação entre aminoácidos localizados em posições distanciadas da cadeia; - A estrutura quaternária refere-se ao arranjo entre dois ou mais polipeptídeos ou subunidades. Essa estrutura aparece somente nas proteínas oligoméricas. Resposta da Questão 16: [B] Resposta da Questão 17: Esses grupos (amina e carboxila) normalmente se ionizariam, porém no meio da estrutura proteica, estão ligadas formando a ligação peptídica, e assim não são mais representativos dos grupos funcionais que podem contribuir com a carga final da proteína. Resposta da Questão 18: Alfa hélice é o enrolamento da cadeia polipeptídica ao redor de um eixo imaginário e a consequente interação das cadeias laterais dos segmentos que representam a estrutura peptídica. As alfa hélices são mantidas por ligações de hidrogênio formadas ente uma unidade peptídica e a quarta unidade peptídica subsequente. A alfa hélice tem um espaço de cerca de 3,6 resíduos de aminoácidos por volta. As cadeias laterias desses aminoácidos estam projetadas para o lado de fora da hélice, e assim, não participam das ligações de hidrogênio. A folha beta pregueada é uma estrutura também mantida por ligações de hidrogênio entre as unidades peptídicas. No entanto, aqui, as ligações são estabelecidas entre as cadeias polipeptídicas 11 EX ER CÍ CI OS Estude com a gente! www.biologiatotal.com.br diferentes ou entre segmentos dessa estrutura distantes de uma mesma cadeia. Ambas representam as estruturas tridimensionais regulares da estrutura secundária das proteínas. Resposta da Questão 19: Os motivos são diferentes formas de organização dos elementos da estrutura secundária de uma proteína globular. Cada um desses motivos possui um padrão de dobramento peculiar, que inclui a interação entre segmentos da cadeia polipeptídica em alfa hélice ou beta pregueada. Os mesmos motivos podem se repetir ao longo de proteínas de origens muito diferentes. Resposta da Questão 20: [B] Resposta da Questão 21: [D] Resposta da Questão 22: São estruturas autônomas funcionalmente e são constituídas em combinações de motivos. Algumas proteínas pequenas podem apresentar apenas um domínio. A conservação desses domínios em diferentes organismos constituem o que chamamos de família de proteínas. Resposta da Questão 23: Considerando um ambiente com um mesmo pH, diferentes proteínas apresentarão cargas líquidas distintas, o que poderá determinar velocidadesde migração diferentes, caso essas biomoléculas sejam submetidas a um campo elétrico. Esse é o princípio da eletroforese. Essa técnica tem assim como objetivo separar proteínas de uma amostra através do tamanho e carga. Resposta da Questão 24: [D] Resposta da Questão 25: É um exemplo de alteração dramática excepcional de alteração da estrutura de proteínas. Deriva do termo em inglês príon (preteinaceous infections particle). Assim, trata-se de uma partícula infecciosa constituída apenas de proteína que é responsável por doenças como a encefalopatia espongiforme bovida (doença da vaca louca) e scrapie (semelhante que ocorre em ovelhas). Resposta da Questão 26: Ligações de hidrogênio, interações hidrofóbicas, ligações iônicas ou salinas, força de van der Walls- Essas representam as ligações não covalentes. Essas ligações são consideradas fracas quando comparadas `a covalente. Pontos dissulfeto- formada entre dois resíduos de cisteína por uma reação de oxidação catalisada por enzimas especídicas. Ligações mais fortes.
Compartilhar