Aula 5 proteínas3d

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Funções Biológicas I
Bioquímica
Professora: MSc. Flávia Alves Martins 
Faculdade Morgana Potrich - FAMP
Departamento de Ciências Biofuncionais
Aula 5: Estrutura tridimensional das proteínas e função proteica 
Estrutura tridimensional de proteínas
Arranjo espacial dos átomos em uma proteína: conformação
Estado natural que ela possa assumir 
sem quebra de ligações covalentes. 
▪ Várias conformações teoricamente possíveis: poucas predominam em condições biológicas 
▪ Proteínas dobradas em qualquer de suas conformações funcionais: proteínas nativas
Estabilidade: tendência de manter a conformação nativa
Molécula não dobrada: alto grau de entropia + 
interações de ligações de hidrogênio com água = 
manutenção do estado não dobrado
Estabilização de conformação nativa: ligações 
dissulfeto + Interações fracas – de hidrogênio, 
hidrofóbicas e iônicas
Estrutura tridimensional de proteínas
Ligações dissulfeto: comum em proteínas secretadas - mais forte que uma interação fraca 
– várias interações fracas: numerosas e predominam como forças que estabilizam a proteína
Conformação proteica mais estável: 
número máximo de interações fracas
Interações hidrofóbicas predominam : ligações de H já 
ocorrem naturalmente entre a água e proteína primária 
Camada de solvatação: diminuição da entropia – agrupamento de grupos apolares –
superfície de solvatação diminui- aumento da entropia
Força que rege a associação de grupos 
hidrofóbicos em solução aquosa
Leu, Ile, Val, Phe e Trp
Núcleo hidrofóbico
Estrutura tridimensional de proteínas
▪ Interações hidrofóbicas são importantes na estabilização da conformação
▪ Interior proteico: núcleo altamente empacotado de cadeias laterais de AA hidrofóbicos
▪ Interação entre grupos de cargas opostas: par iônico – ponte salina, estabilização significativa
▪ Interações de van der Waals
Depende da função proteica: proteínas solúveis com AA contendo cadeias laterais carregadas – baixa formação de núcleo hidrofóbico estável 
Estrutura tridimensional de proteínas
▪ Estrutura secundária: segmento espacial de uma cadeia polipeptídica 
▪ Arranjo espacial de seus átomos da cadeia principal sem considerar a posição de suas cadeias laterais
Hélices α Conformação 
β
Volta β
▪ Não é aleatória
▪ Especifico e inalterado na estrutura e função de uma proteína
Proteínas que formam cabelos e 
espinhos de porco-espinho (α-
queratina)
Estrutura regular que se repete a 
cada 5,15 a 5,2 Å (ângstrom = 0,1 nm).
Possuíam
Hélice αESTRUTURA SECUNDÁRIA
▪ Esqueleto polipeptídico enrolado em torno de um eixo imaginário
▪ Grupos R dos resíduos de aminoácidos se projetam para fora do esqueleto helicoidal
▪ Cada volta: 3,6 resíduos de AA
▪ Voltadas para a direita: comuns
▪ ¼ de AA se encontram em α - hélices
Se formam facilmente
Ligações de H
c/ 4º AA
Hélice αESTRUTURA SECUNDÁRIA
• Interações entre cadeias laterais de 
aminoácidos podem estabilizar ou desestabilizar 
estrutura α-helicoidal
• Ex: longa sequencia de Glu – grupos carboxílicos 
(-) se repelem mutuamente; Lys e Arg grupos R 
+; Volume e forma de Asn, Ser, Thr e Cys;
• Resíduos positivos costumam ser encontrados a 
três resíduos de distancia de AA - : pares 
iônicos
• 2 AA aromáticos espaçados de forma 
semelhante: interação hidrofóbica
• AA- costumam ser encontrados na extremidade
aminoterminal e vice-versa
Dipolo elétrico
Folha βESTRUTURA SECUNDÁRIA
▪ Forma de zigue-zague
▪ Aparência pregueada da folha em geral
Padrão de ligações 
de H diferentes
Alinhadas 
Distorcidas 
Estruturas de voltas β
ESTRUTURA SECUNDÁRIA
▪ Elementos conectores que ligam
estruturas sucessivas de hélices e
folhas
▪ Envolve 4 resíduos de AA – 1º ao 4º
▪ Volta de 180°
ESTRUTURA TERCIÁRIA
▪ ASPECTOS DE ALCANCE MAIS LONGO DA SEQUENCIA DE AMINOÁCIDOS
▪ AMINOÁCIDOS DISTANTES INTERAGEM NA PROTEÍNA DOBRADA
▪ LOCALIZAÇÃO DE CURVATURAS DEPENDEM DA LOCALIZAÇÃO DE RESÍDUOS QUE TENDEM A FORMÁ-LAS
▪ INTERAÇÕES FRACAS MANTÉM POSIÇÕES TERCIÁRIAS CARACTERÍSTICAS ENTRE SEGMENTOS
Proteínas fibrosas: longos
filamentos ou folhas
Proteínas globulares:
cadeias dobradas em forma
esférica ou globular
▪ Único tipo de estrutura 
secundária
▪ Diversos tipos de 
estruturas secundárias
Suporte, proteção externa
Enzimas e proteínas reguladoras
Proteínas com duas ou mais cadeias polipeptídicas distintas ou 
subunidades idênticas ou diferentes: estrutura quaternária
ESTRUTURA TERCIÁRIA
Proteínas Fibrosas
α-queratina, o colágeno e a fibroína da seda
▪ Propriedades que dão força e/ou flexibilidade às estruturas nas quais ocorrem
▪ Unidade estrutural fundamental é elemento simples de estrutura secundária que se repete
▪ Insolúveis em água: muitos AA hidrofóbicos no interior e superfície proteica
▪ Cadeias polipeptídicas se reúnem formando complexos supramoleculares
▪ Força
▪ Somente em mamíferos
▪ Peso seco de cabelos, pelos, unhas, penas, chifres, cascos e camada externa da pele
▪ Filamentos intermediários
α-queratina
▪ Interação de aa hidrofóbicos
▪ Super-hélice anti-horária
▪ Estrutura quaternária
Ligações dissulfeto 
estabilizam a estrutura 
quaternária
ESTRUTURA TERCIÁRIA
Proteínas Fibrosas
Colágeno
▪ Garante resistência
▪ Tecidos conjuntivos: tendões, cartilagens, ossos
▪ Hélice é estrutura secundária única – gira para esquerda – 3 aa por volta
▪ 3 polipeptídeos separados são supertorcidos uns sobre os outros
(cadeias α)
35% de Gly, 11% de Ala e 21% de Pro e 4-Hyp
Gelatina: derivada do colágeno
Gly-X-Y, onde X normalmente é uma Pro e Y em geral é uma 4-Hyp
▪ Ligações entre fibrilas de colágeno
▪ Ligação cria resíduo incomum
ESTRUTURA TERCIÁRIA
Proteínas FibrosasColágeno
▪ Estrias transversais: ligação entre fibrilas
▪ Tecido conectivo envelhecido: mais ligações
covalentes transversais nas fibrilas
▪ Mamíferos: 30 variantes de colágeno
▪ Defeitos genéticos do colágeno : osteogênese imperfeita
(substituição de único resíduo de aa – efeito catastrófico) 
O escorbuto é causado pela falta de vitamina C, ou ácido
ascórbico (ascorbato). A vitamina C é necessária para, entre
outras coisas, a hidroxilação da prolina e da lisina no colágeno.
Rota de obtenção de ascorbato (a partir de glicose) – humanos 
perderam ultima enzima da rota – obtenção de ascorbato via dieta
Estágio avançado:
inúmeras pequenas hemorragias causadas por vasos sanguíneos frágeis,
perda dos dentes, difícil cicatrização de feridas e reabertura de feridas
antigas, dor e degeneração dos ossos, falência cardíaca
ESTRUTURA TERCIÁRIA
Proteínas Globulares
▪ Vários dobramentos: estruturas compactas
▪ Diversidade estrutural para realizar várias funções
▪ Enzimas, proteínas transportadoras, motoras, reguladoras, imunoglobulinas e etc
Dimensões de albumina sérica humana se 
ocorresse em outras conformações
MIOGLOBINA
Estocagem de oxigênio quanto para facilitar a difusão do oxigênio nos 
tecidos musculares em contração
▪ 153 resíduos de aminoácidos
▪ Único grupo ferro-protoporfirina, ou heme
▪ Abundante em mamíferos mergulhadores: cor marrom-
grande período em submersão
Estrutura de fita Volume atômico
▪ Muito compacta:
lugar para 4
moléculas de água
▪ Núcleo denso
hidrofóbico
▪ Interações fracas
fortalecidas
ESTRUTURA TERCIÁRIA
Proteínas Globulares
As proteínas globulares têm uma diversidade de estruturas terciárias
▪ A estrutura tridimensional de uma proteína
globular típica pode ser considerada um conjunto
de segmentos polipeptídicos em hélices α e
conformações β, ligados por segmentos
conectores.
▪ A estrutura pode ser, então, definida pela forma
como os segmentos estão empilhados uns sobre
os outros, e como estão arranjados os segmentos
que os conectam.
Motivo Domínio
Descrevem padrões de estruturas de proteínas
ESTRUTURA TERCIÁRIA
Proteínas Globulares
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.
Motivo 
SIMPLES COMPLEXO
ESTRUTURA TERCIÁRIA
Proteínas Globulares
DomínioUm domínio é uma parte da cadeia polipeptídica que é independentemente estável ou pode se 
movimentar como uma entidade isolada em relação ao resto da proteína
▪ Polipeptídeos com mais de algumas centenas de resíduos se
dobram em 2 ou mais domínios que podem ter diferentes funções
▪ Muitas vezes, um domínio de uma proteína grande irá conservar
sua estrutura tridimensional nativa mesmo quando separado
▪ Pode aparecer como uma porção globular diferente
▪ Domínios diferentes em geral têm funções diferentes, como a
ligação de pequenas moléculas ou interação com outras proteínas
▪ Proteínas pequenas normalmente têm somente um domínio (o
domínio é a proteína).
ESTRUTURA TERCIÁRIA
Motivos complexos podem ser construídos a partir daqueles mais simples
Cada segmento β paralelo é conectado ao seu 
vizinho por um segmento α-helicoidal: enzimas
Motivos de proteínas são as bases da 
classificação estrutural
O banco de dados Structural Classification of Proteins (SCOP, ou Classificação Estrutural de Proteínas)
Conteúdo completo de banco de dados proteicos 
com hierarquia de níveis estruturais
Alto nível de classificação: toda α, toda β, α / β
(com segmentos α e β intercalados ou alternados) 
e α+β (com regiões α e b um pouco separadas)
Menos de 1.000 motivos diferentes
ESTRUTURA TERCIÁRIA
Motivos de proteínas são as bases da 
classificação estrutural
ESTRUTURA TERCIÁRIA
Motivos de proteínas são as bases da 
classificação estrutural
ESTRUTURA TERCIÁRIA
Motivos de proteínas são as bases da 
classificação estrutural
▪ Estrutura terciária de proteínas é mais conservada que suas sequencias de aminoácidos
▪ Comparação de estruturas proteicas podem fornecer muita informação sobre sua evolução
▪ Família proteica: semelhança na estrutura primária e/ou terciária + funções semelhantes
▪ Superfamílias: pouca similaridade na sequencia de aminoácidos, utilizam mesmo motivo estrutural e
funções semelhantes
1 família pode estar distribuída em todos 
3 domínios de vida: Bacteria, Archaea e 
Eukarya
▪ Origem remota
▪ Proteínas envolvidas no metabolismo - nesta
categoria
Presença de proteína 
somente em pequeno 
grupo: origem recente
Comparações estruturais podem ajudar no esclarecimento de
todos os aspectos da bioquímica, da evolução de proteínas
individuais até a história evolutiva de rotas metabólicas
completas.
ESTRUTURA TERCIÁRIA
ESTRUTURA QUATERNÁRIA
▪ Muitas proteínas possuem várias cadeias polipeptídicas
▪ Servem à variadas funções: reguladora – ligação de pequenas moléculas afetam interação entre 
subunidades – mudança na atividade proteica
▪ Subunidades distintas: funções diferentes
▪ Proteína de múltiplas subunidades: multímero
Oligômero: multímero contendo 
apenas algumas subunidades
Subunidades não idênticas – estrutura total assimétrica e complicada
Maioria: Subunidades idênticas ou não idênticas que se repetem 
Protômero ▪ Unidades de repetição em uma proteína multimérica
▪ Letras gregas para distinguir diferentes subunidades
ESTRUTURA QUATERNÁRIA
HEMOGLOBINA
Mr 64,500
2 cadeias α
2 cadeias β
4 grupos prostéticos HEME 
Tetrâmero ou dímero de protômeros α e β
Proteínas intrinsecamente desordenadas
Algumas proteínas ou segmentos proteicos carecem 
de estruturas ordenadas em solução
1/3 de todas proteínas humanas podem ser
desestruturadas ou possuir segmentos
desestruturados
Propriedades distintas :
I. Não possuem núcleo hidrofóbico
II. Alta densidade de aa carregados (Lys, Arg, Glu)
III. Podem facilitar a atividade de algumas proteínas
IV. Outras são ‘sequestradoras’: se ligam à íons e moléculas – depósitos de lixo
V. Promiscuidade funcional
VI. Podem ter dúzias de proteínas parceiras : regulam funções
Proteínas intrinsecamente desordenadas
p27
▪ Controle da divisão
celular
▪ Células cancerígenas
carecem dessa
proteína
Desnaturação e enovelamento das proteínas
▪ Proteostase: manutenção contínua do grupo ativo de proteínas celulares
▪ Requer atividade coordenada de vias para a síntese e enovelamento
▪ Centenas de enzimas e proteínas especializadas
▪ Dobramento: naturalmente ou com assistência de chaperonas
Desnaturação: perda da estrutura tridimensional que causa perda de função – estado parcialmente 
dobrado
1. CALOR: efeitos complexos nas interações fracas da 
proteína
▪ Perda da estrutura é abrupta – perda de estrutura em 
uma parte desestabiliza outras
▪ Efeitos de aquecimento não são preditos
2. pHs extremos
3. Solventes orgânicos – ligações hidrofóbicas
4. Solutos: ureia - ligações hidrofóbicas e de H
Proteínas termorresistentes: evoluíram para
funcionar em temperaturas altas – estruturas
poucas diferente de proteínas homólogas de E.
coli
Resultado: Precipitação proteica – agregados –
desordenados - precipitados
Desnaturação e enovelamento das proteínas
Desnaturação de algumas proteínas é reversível
RENATURAÇÃO
FIGURA 4-27 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.
SEQUENCIA DE AMINOÁCIDOS: contém todas 
informações necessárias para enovelamento de uma 
cadeia tridimensional nativa
A. Enovelamento é rápido e
gradual
B. Estruturas secundárias se
formem primeiro
C. Estruturas locais se arranjam
e interagem
D. Interações hidrofóbicas
agregam cadeias laterais –
facilita resto de dobramento
E. Formação de domínios
completos – dobramento
completo
Enovelamento das proteínas
Bioinformática: predizem
dobramento de proteínas
Enovelamento das proteínas assistido - CHAPERONAS
FAMÍLIAS DE CHAPERONAS
▪ Chaperoninas
▪ Família: “proteínas de choque térmico”,
do inglês heat shock proteins, de Mr
70.000, ou Hsp70
Defeitos no enovelamento proteico
¼ de todos polipeptídeos sintetizados são destruídos por não se dobrarem corretamente 
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.
Encefalopatia espongiforme bovina (EEB, ou BSE, 
do inglês bovine spongiform encephalopathy; 
também conhecida como doença da vaca louca)
Relacionada doença: Creutzfeldt-Jakob
A deterioração progressiva do cérebro leva a um
espectro de sintomas neurológicos, incluindo perda
de peso, comportamento errático, problemas de
postura, equilíbrio e coordenação, e perda da
capacidade cognitiva. Essas doenças são fatais.
Dúvidas: flaviaalvesmartins22@hotmail.com