Proteínas globulares

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Proteínas
Funções
Proteínas Globulares 
Aula passada:
Tipos de estruturas
Com o arranjo desses elementos estruturais básicos em diferentes combinações é possível construir uma grande diversidade de proteínas
Desempenham inúmeras funções
Aula de hoje: examinar a relação entre a estrutura e função de algumas proteínas GLOBULARES 
Classificação das proteínas
 QUANTO A SUA COMPOSIÇÃO
Proteínas simples: Por hidrólise liberam apenas aminoácidos. Ex. albumina, globulina, actina, miosina.
Proteínas conjugadas: contém componentes químicos associados denominado grupo prostético. 
- lipoproteínas contêm lipídeos (lipoproteína sanguínea)
- glicoproteínas contêm carboidratos (Imunoglobulinas)
- metaloproteína contêm um metal específico (ferro – ferritina)
Classificação das proteínas
QUANTO AO NÚMERO DE CADEIAS POLIPEPTÍDICAS
Proteínas com uma única cadeia polipeptídica 
	- Mioglobina (153 resíduos)
	- Citocromo C (104 “)
	- Titina (humano) (27.000 “)
Proteínas Multissubunidade - Formadas por mais de uma cadeia polipeptídica. Ex. Hexocinase 
Quando apresenta ao menos duas subunidades idênticas  Oligomérica. Ex. Hemoglobina 
E as subunidades idênticas denominadas de
Protômero.
Citocromo c (reação de oxidação e redução)
Hexocinase (enzima que catalisa a conversão de atp em adp)
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Classificação das proteínas
 QUANTO A SUA FORMA
Proteínas fibrosas - são adaptadas às funções estruturais. Apresentam cadeias polipeptídicas arranjadas em longos filamentos. Em geral são formadas por um único tipo de estrutura secundária (hélices-α ou conformações β). São insolúveis em água. Garantem aos vertebrados suporte, forma e proteção externa. 
- α-queratina (hélices-α ligadas por ligações dissulfeto)
 Fibroínas da seda (conformações β)
 Colágeno (hélice tripla de colágeno)
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Classificação das proteínas
 QUANTO A SUA FORMA
Proteínas globulares- apresentam cadeias polipeptídicas dobradas em uma forma esférica ou globular, geralmente contêm diversos tipos de estruturas secundárias na mesma cadeia de polipeptídeo. São geralmente solúveis. 
	Exemplo: enzimas, Hemoglobina, mioglobina, imunoglobulinas
Imunoglobulinas (sistema imune+ antígeno =Anticorco)
Imunoglobulinas com função de anticorpo (igA, ifG... Acça de neutralizar toxinas)
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Classificação das proteínas
Hemeproteínas Globulares 
Hemeproteínas: grupos de proteínas especializadas, as quais contem HEME como grupo prostético firmemente ligados
Um grupo prostético é um componente de natureza não-proteica de proteínas conjugadas que é essencial para a atividade biológica dessas proteínas. 
Os grupos prostéticos podem ser orgânicos (como por exemplo uma vitamina ou um açúcar) ou inorgânicos (por exemplo, um íon metálico) e encontram-se ligados de forma firme à cadeia polipeptídica, muitas vezes através de ligações covalentes. 
HEMEPROTEÍNA
HEME: Grupo Prostético
Hemeproteínas Globulares 
Existem 2 hemeproteínas mais abundantes em humanos:
Hemoglobinas e Mioglobina
O grupo heme serve para ligar, de forma reversível, o Oxigênio.
O oxigênio é pouco solúvel em água e não conseguiria ser transportado aos tecidos em quantidades suficiente se fosse simplesmente dissolvido no soro sanguíneo
A difusão do O2 através dos tecidos é ineficaz em longas distancias maiores que alguns milímetros
A evolução dos animais multicelulares maiores dependeu da evolução de proteínas que poderiam transportar e armazenar O2.
Hemeproteínas Globulares 
Porém, nenhuma das cadeias laterais nas proteínas é adaptada para a ligação reversível das moléculas de O2.
Esse papel é preenchido por certos metais de transição, entre eles o ferro e o cobre, que possuem forte tendência de ligar O2.
Os organismos exploraram o ferro para fazer essa ligação
Porém, o ferro na sua forma livre, produz EROs, levando há danos no DNA e outras macromoléculas
O ferro usado nas células está na sua forma ferrosa (Fe2+), que é menos reativo
O ferro ferroso é incorporado em um grupo prostético ligado à proteína chamado de HEME
Grupo prostético: é um composto permanentemente associado com uma proteína e contribui para sua função da ptna
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Hemeproteínas Globulares 
Estrutura do Heme
O heme ou hemo  é um grupo prostético que consiste em um átomo de ferro ferroso (Fe2+) contido no centro de um anel orgânico heterocíclico, chamado tetrapirrol ou PORFIRINA ou protoporfirina
As porfirinas são uma classe de moléculas orgânicas com uma estrutura geral de macrociclo tetrapirrólico (formado por quatro anéis pirrólicos), ligados por ligações metínicas (-CH-), que possui no seu centro um espaço apropriado para acomodar um íon metálico. 
 Este liga-se a quatro átomos de nitrogênio presentes no centro. Os representantes mais comuns desta classe de compostos são o grupo hemo, que contém ferro, a clorofila, que contém magnésio, e os pigmentos biliares
Os átomos de ferro possui 6 ligações coordenadas, 4 com N ( que fazem parte do anel porfirina) e 2 perpendiculares à porfirina 
Estrutura do Heme
Os átomos de N coordenado ajudam a impedir a conversão do ferro do HEME (Fe2+) ao estado férrico (Fe3+)
Fe2+: liga-se ao O2 reversivelmente
Fe3+: não se liga ao O2.
Quando o O2 se liga, as propriedades eletrônicas do ferro do Heme se alteram. Por isso a alteração da cor púrpura escura do sangue venoso (pobre em O2), em vermelho brilhante do sangue arterial (rico em O2).
Algumas moléculas como o CO (monóxido de carbono e o NO (óxido nítrico) possuem maior afinidade com o grupo Heme quando comparado ao oxigênio
Sangue venoso (pobre O2)
Sangue arterial (rico O2)
Estrutura e função da mioglobina
Reservatório de O2
Carreador de O2
Estrutura e função da mioglobina
Mioglobina é uma proteína ligadora de Oxigênio, relativamente simples encontradas em quase todos os mamíferos, principalmente no tecido muscular.
Como uma proteína transportadora, ela facilita a difusão de oxigênio no músculo.
A mioglobina abundante em mamíferos mergulhadores como focas e as baleias, onde ela também possui uma função de armazenamento de oxigênio para as prolongadas mergulhos embaixo do mar.
Estrutura e função da mioglobina
Os 8 segmentos alfa hélice ( mostrado como cilindros de A-H
Os resíduos que não helicoidais são marcados como AB, CD, EF..
Estabilizadas por pontes de Hidrogenio e lig iônicas 
Mioglobina é um polipeptideo único de 153 resíduos de aa com uma molécula de HEME.
O polipeptídeo é feito de 8 segmentos de Hélie alfa. Conectados por curvaturas.
Cerca de 78% dos resíduos de aa na proteína são nessas alfa hélices.
Estrutura e função da mioglobina
Quase exclusiva de aa apolares
Ligações PH
Estrutura e função da mioglobina
Ligação do grupo HEME
Grupo Heme se situa em uma fenda na molécula, revestida por aminoácidos
A histidina proximal, liga diretamente o ferro do grupo HEME
A histidina distal, não interage diretamente com o grupo HEME, mas sim na molécula de O2, ajudando a estabilizar a ligação do O2 com o ion ferroso 
Ligação do grupo Heme
Histidina: aa básico
Grupo Heme se situa em uma fenda na molécula, revestida por aminoacios
A histidina proximal, liga diretamente o ferro do grupo HEME
A histidina distal, não interage diretamente com o grupo HEME, mas sim na molécula de O2, ajudando a estabilizar a ligação do O2 com o ion ferroso 
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Estrutura e função da mioglobina
A função da mioglobina depende da habilidade da proteína não apenas se ligar ao oxigênio, mas também de liberá-lo quando for necessário.
A função em bioquímica reflete uma interação proteína-ligante REVERSÍVEL
Estrutura e função da Hemoglobina
Transporte de O2 dos pulmões até os capilares dos tecidos.
Estrutura e função da Hemoglobina
4 subunidades (2 alfa e 2 beta)
Cada uma contém estruturas em alfa hélice, uma fenda (ou bolso) onde se liga o grupo Heme
É mais estrutural e funcionalmente mais complexa do que a mioglobina 
4 subunidades (2 alfa e 2 beta)
Cada uma contém estruturas em alfa hélice, uma fenda (ou bolso) onde se liga o grupo Heme
É mais estrutural e funcionalmente mais complexa do que a mioglobinaHemoglobina pode transportar CO2 dos tecidos até os pulmões e pode carregar 4 moléculas de O2 dos pulmões às células dos tecidos do corpo
As propriedades de ligação do O2 são reguladas por interações com efetores alostéricos
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Subunidades da hemoglobina são estruturalmente semelhantes às da mioglonina.
A hemoglobina é aproximadamente esférica, é tetramérica, contendo 4 grupos prostético HEME, cada um associado com a cadeia polipeptídica.
A hemoglonina de adultos possuem 2 tipos de Globinas: 
2 cadeias alfa (cada uma com 141 resíduos de aa)
2 cadeias beta (cada uma com 146 resíduos de aa)
Estrutura e função da Hemoglobina
Estrutura e função da Hemoglobina
Hemoglobina pode transportar CO2 dos tecidos até os pulmões e pode carregar 4 moléculas de O2 dos pulmões às células dos tecidos do corpo
As propriedades de ligação do O2 são reguladas por interações com efetores alostéricos
CO2 DOS TECIDOS 
PULMÕES 
TECIDOS 
Hemoglonina: formadas a partir de células tronco precursoras chamadas: HEMOCITOBLASTOS
No sangue arterial que passa dos pulmões pelo coração até os tecidos periféricos, a hemoglobina está cerca de 96% saturada de O2.
No sangue venoso que retorna para o coração, a hemoglobina está apenas 64% saturada
Dessa forma, cada 100ml de sangue que passa através dos tecidos libera cerca de 6,5ml de O2 gasoso.
Estrutura e função da Hemoglobina
SATURAÇÃO 
CURVAS DE LIGAÇÃO
OXIGÊNIO
Mioglobina com sua curva de ligação hiperbólica para o oxigênio, é relativamente insensível a pequenas alterações na [ ] de oxigênio dissolvido e dessa forma funciona muito bem como armazenadora de oxigênio.
A hemoglobina com suas subunidades múltiplas e os sítios de ligação ao O2 é bem mais adaptada ao transporte de O2.
Estrutura e função da Hemoglobina
AFINIDADE VARÍAVEL DA HEMOGLOBINA PELO O2
A Hemoglobina sofre uma alteração estrutural na ligação do oxigênio
Ela pode estar em 2 estados de conformação:
Um estado T (tenso) desoxigenado
Um estado R (relaxado) oxigenado
Embora o O2 consiga se ligar à hemoglobina em qualquer estado, ele possui uma afinidade significativa maior para a Hemoglobina no seu estado R
Quando O2 estiver ausente, o estado T é mais estável e é, portanto, a conformação predominante da desoxi-hemoglobina
A ligação do O2 no estado T desencadeia uma alteração na conformação ao estado R
Essa transição T-R é desencadeada por alterações nas posições das cadeias laterais dos aa chaves que envolve o grupo Heme
Ligação do Oxigênio
Hemogobina: liga 4 molécula de O2
Mioglobina: liga 1 molécula de O2
Ligação do Oxigênio
Curva de dissociação do Oxigênio
É uma curva de saturação medida em diferentes pressões parciais de O2 (pO2) 
As curvas de dissociação da mioglobina e hemoglobina apresentam diferenças importantes
O gráfico mostra que a Mioglobina tem maior afinidade pelo O2 do que a Hemoglobina
A pressão parcial de Oxigênio necessária para obter metade da saturação dos sítios de ligação (P50) é de aprox. 1mm Hg pra a mioglobina e 26 pra hemoglobina.
Quanto > a afinidade pelo O2 < a P50
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Ligação do Oxigênio
O gráfico mostra que a Mioglobina tem maior afinidade pelo O2 do que a Hemoglobina
A pressão parcial de Oxigênio necessária para obter metade da saturação dos sítios de ligação (P50) é de aprox. 1mm Hg pra a mioglobina e 26 pra hemoglobina.
Quanto > a afinidade pelo O2 < a P50
O gráfico mostra que a Mioglobina tem maior afinidade pelo O2 do que a Hemoglobina
A pressão parcial de Oxigênio necessária para obter metade da saturação dos sítios de ligação (P50) é de aprox. 1mm Hg pra a mioglobina e 26 pra hemoglobina.
Quanto > a afinidade pelo O2 < a P50
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Ligação do Oxigênio
Mioglobina:
A curva de dissociação do O2 da Mioglobina é HIPERBÓLICA 
Isso explica o fato da mioglobina ligar-se reversivelmente a apenas UMA molécula de O2.
Mioglobina liga o O2 liberado pela Hemoglobina nas baixas pO2 encontradas no músculo.
Mioglobina liberará o O2 pra dentro da célula muscular em resposta à demanda de O2
O2 liberado pela Hemoglobina 
Mioglobina se liga neste O2
Músculos 
Mioglobina:
A curva de dissociação do O2 da Mioglobina é HIPERBÓLICA 
Isso explica o fato da mioglobina ligar-se resversivelmente a apenas UMA molécula de o2.
Essa curva pode ser desviada para a esquerda ou direira a medida que o O2 é add ou removido
Nota!!!!
Mioglobina liga o O2 liberado pela Hemoglobina nas baixas pO2 encontradas no músculo.
Mioglobina liberará o O2 pra dentro da célula muscular em resposta à demanda de O2
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Ligação do Oxigênio
Ligação cooperativa. 
1º : a ligação do O2 com 1 grupo HEME vai aumentar a afinidade 
Hemoglobina
Curva de dissociação é em forma Sigmoidal
 A lig é cooperativa do O2 às 4 subunidades significa que a lig de 1 molécula de O2 a um dos grupos Heme aumenta a afinidade pelo O2 dos grupos heme restantes na mesma molécula de hemoglobina. Efeito denominado interação heme-heme.
Embora seja mais difícil a 1º molécula se ligar à hemoglobina, a ligação subsequente de O2 ocorre com alta afinidade
Observe como a curva rapidamente ascendente na região de 20 a 30 mm Hg
Hemoglobina
Curva de dissociação é em forma Sigmoidal
 A lig é cooperativa do O2 às 4 subunidades signific que a lig de 1 molécula de O2 a um dos grupos Heme aumenta a afinidade pelo O2 dos grupos heme restantes na mesma molécula de hemoglobina. Efeito denominado interação heme-heme.
Embora seja mais difícil a 1º molécula se ligar à hemoglobina, a ligação subsequente de O2 ocorre com alta afinidade
Observe como a curva rapidamente ascendente na região de 20 a 30 mm Hg
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Ligação cooperativa. 
1º : a ligação do O2 com 1 grupo HEME vai aumentar a afinidade 
Ligação do Oxigênio
HEMOGLOBINA
Ligação do Oxigênio
Efeitos alostéricos: ligação ao O2 afetada por: 
pO2, pH e pCO2 e pela disponibilidade de 2,3-bisfosfogicerato
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pO2,
 pH 
pCO2 
disponibilidade de 2,3-bisfosfogicerato
Efeitos alostéricos: ligação ao O2 afetada por: 
Ligação do Oxigênio
Ligação cooperativa do O2 permite à hemoglobina liberar mais O2 aos tecidos em respostas a variações pequenas na pO2
Quanto menor a afinidade, maior a liberação
Como ele aumenta a afinidade aos poucos a saturação será com maior pO2
Ligando e liberando O2
Para maior saturação da hemoglonina, maior é a pressão 
Ligação do Oxigênio
Essa curva sigmoidal de dissociação do O2, permite que a hemoglobina transporte e libere o O2 de forma eficiente, desde os sítios de alta pO2, até os de baixa pO2
Já a curva hiperbólica de dissociação, como a mioglobina, não apresenta o mesmo grau de liberação de O2 , pois ele já apresenta afinidade máxima pelo O2, pois a ligação é única, e não libera para os tecidos, faz função de armazenamento.
Ligação do Oxigênio
pH
Ligação do Oxigênio
Efeito Bohr
Efeito Bohr: a liberação de O2 pela hemoglobina é aumentada quando:
o pH diminui ou 
quando a hemoglobina está na presença elevada de CO2
Isso resulta a redução da afinidade da hemoglobina pelo O2, e há um deslocamento da curva para a direita (precisando que haja uma pressão maior para conseguir a saturação)
Por sua vez, o aumento do pH ou diminuição da pCO2 resultam no aumento da afinidade da hemoglobina com o O2 e há deslocamento da curva para a esquerda.
De onde vem os prótons (H+) que diminuem o pH?????
Ligação do Oxigênio
Origem dos prótons que diminuem o pH
[ ] de CO2 e H+ é maior nos capilares de tecidos com metabolismos ativos do que nos capilares dos alvéolos dos pulmões onde o CO2 é liberado pela expiração.
Nos tecidos o CO2 é convertido pela enzima anidrase carbônica em acido carbônico, perdendo H+ pro meio. (diminuindo o pH)
Esse H+ contribui para a diminuição do pH
No pulmão o pH é maior e a [ ] CO2 menor - maior afinidade da Hemoglobina pelo O2
Nos tecidos o pH é menor a a [ ] CO2 maior – menor afinidade (liberando o O2 p/tecidos
Hemoglobina age Liberando O2 nos tecidos e captando o O2 nos pulmões 
Assim, a afinidade da hemoglobina pelo O2 responde a pequenas alterações no pH entre o pulmão (pH maior) e ostecidos (pH menor)
CO2: a [ ] é maior nos capilares de tecidos metabolicamente ativos em comparação com os capilares dos alvéolos pulmonares (CO2 liberado pela expiração)
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Ligação do Oxigênio
pH menor: diminui afinidade da Hemoglobina pelo O2, precisando de uma pO2 maior para saturar
Disponibilidade de 2,3-bisfosfogicerato
. A principal função do 2,3 – DGP é reduzir a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio, para facilitar a sua liberação nos tecidos.
Ligação do Oxigênio
É um importante regulador da ligação do Oxigênio à hemoglobina
É o fosfato orgânico mais abundante nos eritrócitos - sua [ ] é equivalente à hemoglobina
Sintetizado na via glicolítica
Ação de diminuir a afinidade pelo oxigênio para facilitar a liberação nos tecidos.
2,3-bisfosfoglicerato
É um importante regulador da ligação do Oxigênio à hemoglobina
É o fosfato orgânico mais abundante nos eritrócitos - sua [ ] é equivalente à hemoglobina
Sintetizado na via glicolítica
Ação de diminuir a afinidade pelo oxigênio para facilitar a liberação nos tecidos.
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Ligação do Oxigênio
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Interação com a Hemoglobina:
Em situações de altas atitudes e hipóxia, a [ ] deste composto aumenta
Ele se liga no sitio de ligação do O2 da hemoglobina (subunidade Beta no estado T) e impede a ligação de O2, diminuído a afinidade.
2,3-bisfosfogicerato
Ligação do Oxigênio
Ligação do Oxigênio
CO2
Ligação do DIÓXIDO de carbono
A maior parte de CO2 produzido no metabolismo é hidratada e transportada como íon bicarbonato
Porém, algum CO2 é carregado como CARBAMATO ligado a grupos alfa-amino da Hemoglobina ( CARBAMINOEMOGLOBINA)
Essa ligação (CARBAMINOEMOGLOBINA), estabiliza a forma T (desoxigenada), diminuindo a afinidade pelo O2
Por isso que nos pulmões o CO2 se dissocia-se da hemoglobina e é liberado pela respiração.
A maior parte de CO2 produzido no metabolismo é hidratada e transportada como íon bicarbonato
Porem, algum CO2 é carregado como CARBAMATO ligado a grupos alfa-amino da Hemoglobina ( CARBAMINOEMOGLOBINA)
Essa ligação (CARBAMINOEMOGLOBINA), estabiliza a forma T (desoxigenada), diminuindo a afinidade pelo O2
Por isso que nos pulmões o CO2 se dissocia-se da hemoglobina e é liberado pela respiração.
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Ligação do Oxigênio – efeito do CO
O monóxido de carbono (CO) liga-se fortemente ao ferro da hemoglobina formando carboxiemoglobina (HbCO)
Quando CO se liga, a Hemoglobina muda para conformação R (oxigenada), aumentando a afinidade
Isso altera a curva para a esquerda, mudando o seu formato para hiperbólico
Resultado: a hemoglobina afetada é incapaz de liberar O2 para os tecidos
Afinidade da hemoglobina pelo CO é 220 vezes maior do que para o O2
O monóxido de carbono (CO) liga-se fortemente ao ferro da hemoglobina formando carboxiemoglobina (HbCO)
Quando CO se liga, a Hemoglobina muda para conformação R (oxigenada), aumentando a afinidade
Isso altera a curva para a esquerda, mudando o seu formato para hiperbólico
Resultado: a hemoglobina afetada é incapaz de liberar O2 para os tecidos
Afinidade da hemoglobina pelo CO é 220 vezes maior do que para o O2
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Ligação do Oxigênio – efeito do CO
É importante lembrar que a hemoglobina Humana (HbA) é apenas um membro de uma família de proteínas funcional e estruturalmente relacionadas às hemoglobinas.
Algumas hemoglobinas como a HbF, normalmente são produzidas durante o desenvolvimento fetal, enquanto outras, como as HbA, são produzidas no adulto.
O que são hemeproteínas?
Defina grupo prostético.
Cite as 2 hemeproteínas mais abundante em humanos.
Qual a função do grupo HEME?
Descreva a estrutura e função da Mioglobina.
Descreva a estrutura e função da Hemoglobina.
Por que a curva de dissociação da Mioglobina é considerada hiperbólica?
Por que a curva de dissociação da hemoglobina é sigmoide?
Efeitos alostéricos podem afetar a afinidade da hemoglobina pelo Oxigênio. Responda como as seguintes variáveis afetam essa afinidade:
a) pH
b) CO2
Por que a curva de dissociação da Mioglobina é considerada hiperbólica?
Por que a curva de dissociação da hemoglobina é sigmoide?
Efeitos alostéricos podem afetar a afinidade da hemoglobina pelo Oxigênio. Responda como as seguintes variáveis afetam essa afinidade:
a) pH
b) CO2
Proteínas fibrosas
Colágeno e elastina são as proteínas fibrosas de maior ocorrência 
Exercem função estrutural no organismo
Colágeno 
Proteína mais abundante no corpo humano
É longa
Estrutura rígida
 3 cadeias polipeptídicas alfa torcidas (tripla hélice)
Sua forma varia com sua função:
Podem estar dispersos em forma de gel que sustenta a estrutura (ex: matriz extracelular)
Podem estar entrelaçadas (tendões)
Podem estar empilhados (feixes de luz na córnea)
Podem estar em forma de “tramas” para resistir impacto mecânico nos ossos.
Tipos de colágeno
Mais de 20 tipos
As 3 cadeias polipeptídicas alfa estão unidas por pontes de hidrogênio
Variações nas sequencias de aa das cadeias alfa resultam em componentes estruturais semelhantes (cerca de 1.000 aa), porem com propriedades diferentes 
Essas cadeias alfa se combinam para formar os vários tipos de colágenos encontrados nos tecidos