Estudo dirigido 5 - Peptídeos e Proteínas

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Disciplina Bioquímica (PPGBAA) 
 
 
 
 
 
5º estudo dirigido: 
Peptídeos e Proteínas 
 
 
 
1) Apresente as estruturas (a mão) e a formação da ligação peptídica entre os 
seguintes peptídeos: 
 
a) Triptofano e tirosina (dipeptídeo); 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
b) Alanina, glutamato e glutamina (tripeptídeo); 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
c) Aspartato, asparagina, serina e cisteína (tetrapeptídeo); 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
d) Lisina, arginina, histidina, cisteína e treonina (pentapeptídeo). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
e) Glicina, treonina, cisteina, histidina, metionina e fenilalanina (hexapeptídeo). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2) Discuta sobre a importância em termos estruturais da rotação e do comprimento 
das ligações entre os átomos da cadeia principal de um peptídeo. 
 As proteínas são polímeros que apresentam uma cadeia principal de unidades 
repetitivas, os peptídeos, com uma cadeia lateral ligada a eles. A cadeia principal é 
formada pelos átomos: nitrogênio (N), carbono alfa (Cα), carbono (C) e oxigênio (O). A 
cadeia principal de uma proteína, quando isolada, é formada apenas por átomos que 
participam das ligações peptídicas (carbono-nitrogênio), ignorando as cadeias laterais 
dos resíduos de aminoácidos. As propriedades da ligação peptídica apresentam um 
caráter de ligação dupla temporária que impõem restrições ao dobramento do polímero 
formado, conferindo rigidez e limitando a conformação do peptídeo, isto ocorre em 
razão da diferença de eletronegatividade e comprimento das ligações próximas ao 
grupamento da referida ligação. Logo, ocorre inibição da rotação da molécula, no eixo 
onde é formada (amino terminal - carbóxi terminal). Contudo, o polímero apresenta 
uma articulação flexível: o carbono α. Através da rotação em torno das ligações com o 
carbono alfa (N-Cα e Cα-C), que possuem o maior ângulo de ligação, (ligações φ e ψ, 
e medem 1,45ºA e 1,51ºA respectivamente), torna-se possível a existência de pontos 
de dobramento entre as unidades peptídicas rígidas, o que promove a flexibilidade do 
peptídeo. Essa flexibilidade de rotação permite o dobramento de proteínas de 
diferentes maneiras, permitindo a formação das estruturas secundárias das proteínas 
(hélices α, conformações β e volta β),terciárias e quaternárias, descrevendo o curso do 
esqueleto polipeptídico, que é altamente específico e inalterado na estrutura e 
determinará a função de uma proteína em particular 
3) Discuta sobre a sentença abaixo: 
“O paradigma sequência similar/função similar possibilita a realização de 
predições estruturais e funcionais baseadas na sequência da proteína”. 
 
 
 
 
 Em primeiro lugar, as proteínas são macromoléculas compostas por uma ou mais 
cadeias de polipeptídeos que são construídas a partir de um grupo onipresente de 20 
aminoácidos ligados covalentemente por sequências lineares características. Em 
segundo lugar, sabe-se que proteínas com diferentes funções sempre possuem 
diferentes sequências de aminoácidos em sua estrutura. Caso essa sequência sofra 
alguma alteração, a função da proteína também sofrerá modificações assim também 
com a sua estrutura tridimensional. 
 Contudo, ao comparar a funcionalidade de proteínas semelhantes em diferentes 
espécies, descobriu-se que estas proteínas com frequência possuem sequências de 
aminoácidos semelhantes. Entretanto, as proteínas que realizam funções semelhantes 
em espécies distintamente relacionadas podem diferir grandemente no tamanho global 
e na sequência de aminoácidos. A sequência de aminoácidos em algumas regiões da 
estrutura primária pode variar consideravelmente sem afetar a sua função biológica, 
porém a maior parte das proteínas contém regiões cruciais que são essenciais para a 
sua função e cuja sequência é, portanto, conservada. As sequências semelhantes em 
distribuição terá justaposição em sua estrutura espacial, conferindo função biológica 
semelhante. Se a sequência de aminoácidos é apresenta uma similaridade, isso 
implica dizer que as proteínas que apresentam sequências similares podem apresentar 
a mesma função. Sendo assim, a fração da sequência global que é crítica varia de 
proteína para proteína, complicando a tarefa de relacionar a sequência à estrutura 
tridimensional e a estrutura à função. 
 
4) Diferencie proteínas simples e proteínas conjugadas? Dê pelo menos três 
exemplos de cada. 
 Proteínas do tipo simples são aquelas que apresentam somente resíduos e 
aminoácidos em sua estrutura com ausência de componentes químicos associados 
aos aminoácidos. 
 Como exemplo dessas proteínas, temos citocromo c humano, glutamina sintetase, 
enzima ribonuclease A e a quimotripsina. Contudo, as proteínas conjugadas, possuem 
além dos aminoácidos componentes químicos permanentes associados a esses 
aminoácidos denominados grupo prostético. Esse grupo pode ser composto por 
moléculas diferentes como lipídeos, carboidratos, grupos fosfato e metais que, 
conjugados as proteínas, formam as lipoproteínas, glicoproteínas, fosfoproteínas e 
metaloproteínas, respectivamente. 
 
5) Comente sobre as diferentes classes de proteínas conjugadas? 
As proteínas conjugadas são aquelas que contêm componentes químicos 
permanentemente associados além dos aminoácidos, e essas proteínas são 
classificadas de acordo com a natureza química de seu grupos prostéticos (porção 
não-aminoácida de uma proteína). Como exemplo temos as lipoproteínas que contém 
lipídeos, as glicoproteínas que contém açúcares e as metaloproteínas que contém um 
metal em seu grupo prostético (Zinco, Ferro, Cálcio, Cobre e Molibidênio). Esses 
grupos prostéticos são de suma importância, pois possuem função biológica nas 
proteínas. 
 
6) Caracterize detalhadamente as estruturas primária, secundária, terciária e 
quartenária das proteínas. 
Estrutura primária consiste em uma sequência de aminoácidos unidos por ligações 
peptídicas e inclui algumas ligações dissulfeto, onde o polipeptídeo resultante pode ser 
organizado em estrutura secundária. 
A estrutura secundaria está relacionada a qualquer segmento de uma cadeia 
polipeptídica e descreve o arranjo espacial dos átomos na cadeia principal, sem 
considerar a conformação das cadeias laterais ou da relação com outros segmentos, as 
 
 
 
 
estruturas secundárias regulares mais comuns são: as hélices α, as conformações β e 
as voltas β, podendo ser completamente definido, um segmento polipeptídico, se seus 
ângulos ᵠ e ᵩ são conhecidos para todos os aminoácidos do segmento. 
A estrutura terciaria é uma estrutura tridimensional da cadeia polipeptídica. Sendo 
estes considerados níveis altos de estrutura, existindo então duas classes gerais de 
proteínas, com base na estrutura terciária: a fibrosa e a globular. As fibrosas 
apresentam cadeias polipeptídicas arranjadas em longos filamentos ou folhas. Já as 
globulares apresentam cadeias polipeptídicas dobradas em uma forma esférica ou 
globular. 
A estrutura quaternária é resultado de interações entre as subunidades de 
proteínas com múltiplas subunidades (multiméricas) ou grandes associações de 
proteínas. Algumas proteínas mulltiméricas possuem unidades repetidas, formadas por 
uma única subunidade ou grupos de subunidades, ou protômeros. Os protômeros 
normalmente são relacionados por simetria rotacional ou helicoidal. 
7) Apresente (desenhe a mão) as três estruturas secundárias mais comuns (α-
hélice, folha β pregueada e volta β). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8) Quais são as forças interatômicas que mantem a estrutura de proteínas? 
 As forças interatômicas que mantém a estrutura de proteínas são: Interações 
Covalentes; Ponte de Hidrogênio, Interações Hidrofóbicas, Interações Hidrofílicas; 
Interações Iônicas; Pontes dissulfeto; Força de Van de Walls;Interações carga-carga; 
Interações carga- dipolo; Interações dipolo-dipolo. 
 
9) Discuta sobre o papel das forças interatômicas na manutenção da estrutura de 
proteínas. 
 As forças interatômicas são predominantes na estrutura protéica por serem forças 
estabilizadoras. Interações hidrofóbicas influenciam mais do que interações 
eletrostáticas e ligações químicas cruzadas na estabilidade ou rigidez na conformação 
da proteína. As Ligações covalentes individuais que contribuem para as conformações 
nativas das proteínas como as pontes dissulfeto unindo partes separadas de uma 
cadeia polipeptídica simples são claramente muito mais fortes que as interações fracas 
 
 
 
 
individuais. Ainda que, pelo fato de elas serem tão numerosas, são as interações 
fracas que predominam como força estabilizadora na estrutura protéica. Em geral, a 
conformação protéica com a menor energia livre (que é a conformação mais estável) é 
aquela com número máximo de interações fracas. Cada grupo de ponte de hidrogênio 
em uma cadeia polipeptídica enovelada faz ponte de hidrogênio com a água antes do 
enovelamento e, para cada ponte de hidrogênio formada em uma proteína, uma ponte 
de hidrogênio (de força semelhante) entre o mesmo grupo e a água é quebrada. 
 Grupos polares geralmente podem formar pontes de hidrogênio com a água e, 
portanto, são solúveis na água. Entretanto, o número de pontes de hidrogênio por 
unidade de massa é geralmente maior para a água pura que para qualquer outro 
líquido ou solução, e há limites para a solubilidade, mesmo das moléculas mais 
polares, à medida que sua presença causa diminuição nas pontes de hidrogênio por 
unidade de massa. As interações hidrofóbicas são claramente importantes na 
estabilização de uma conformação protéica; o interior de uma proteína é geralmente 
um núcleo densamente empacotado das cadeias laterais dos aminoácidos 
hidrofóbicos. É também importante que quaisquer grupos polares ou carregados no 
interior da proteína tenham parceiros adequados para formar pontes de hidrogênio ou 
interações iônicas. Uma ponte de hidrogênio parece contribuir pouco para a 
estabilidade de uma estrutura nativa, mas a presença de pontes de hidrogênio ou 
interações iônicas sem parceiros no núcleo hidrofóbico da proteína pode ser tão 
desestabilizadora que conformações contendo esses grupos são, com frequência, 
termodinamicamente insustentáveis. Além disso, as pontes de hidrogênio entre os 
grupos nas proteínas formam-se cooperativamente. A formação de uma ponte de 
hidrogênio facilita a formação de pontes de hidrogênio adicionais. A interação de 
grupos de cargas opostas que formam pares iônicos (ponte de sal), onde podem 
também ter um efeito estabilizante em uma ou mais conformações nativas de algumas 
proteínas. 
 
10) Quais são as propriedades das proteínas fibrosas? Dê exemplos. 
As proteínas fibrosas apresentam propriedades que conferem resistência e/ou 
flexibilidade as estruturas nas quais aparecem. Todas essas proteínas são insolúveis 
em água devido a elevada concentração de resíduos de aminoácidos hidrofóbicos no 
interior e na sua superfície. Essas superfície são encobertas pelo empacotamento de 
cadeias polipeptídicas semelhantes juntas entre si, formando elaborados complexos 
supramoleculares. Sua resistência provém das ligações covalentes cruzadas entre as 
cadeias polipeptídicas no interior das cordas multi-helicoidais e entre as cadeias 
adjacentes em uma montagem supramolecular. 
 
 
11) Diferencie proteínas fibrosas e globulares e discuta sobre sua importância 
biológica? Dê cinco exemplos de cada. 
As proteínas fibrosas são formadas por cadeias polipeptídicas arranjadas em longos 
filamentos ou folhas, sendo formadas por um único tipo de estrutura secundaria, e com 
sua estrutura terciaria é simples. Garantindo suporte, forma e proteção externa aos 
vertebrados. Como exemplo dessas proteínas é a queratina do cabelo, os chifres de 
animais, unhas, pelos, tegumento dos artrópodes. 
No entanto, as proteínas globulares normalmente contém diversos tipos de 
estruturas secundarias. As enzimas e as proteínas reguladoras fazem parte das 
proteínas globulares. Como exemplos de proteínas globulares estão as enzimas, 
anticorpos, proteínas das membranas celulares e hemoglobina. 
 
12) Diferencie “motif”, estrutura super secundária, dobramento e domínio. 
 
 
 
 
 Motif ou motivo, estrutura supersecundária, dobramento e domínio são termos que 
descrevem padrões de dobramento de estruturas de proteínas ou elementos de uma 
cadeia polipeptídica. Motif (motivo), estrutura super secundária ou dobramento são 
sinônimos que descrevem um padrão de dobramento identificável, que envolve dois ou 
mais elementos da estrutura secundária e a conexão (ou conexões) entre eles. O motif 
pode apresentar-se como simples, quando apresenta dois elementos de estrutura 
secundária dobrados entre si (Alça β-α-β), representando somente uma pequena parte 
da proteína; ou complexo, quando envolve vários segmentos da proteína dobrados 
(barril β). Já o domínio apresenta-se como uma unidade funcional da proteína que se 
dobra independentemente em uma estrutura terciária estável, podendo conter vários 
elementos de estrutura secundária, com função específica, como a de ligar moléculas 
pequenas (CD4). 
 
13) Comente sobre a importância da classificação estrutural de estruturas terciárias 
de proteínas. 
 A importância da classificação estrutural de estruturas tridimensionais de proteínas 
está na identificação do desdobramento dos elementos estruturais secundários e a 
especificação das posições de cada átomo na proteína, incluindo as posições das 
cadeias laterais. Este tipo tridimensional de estrutura pode ser classificada em quatro 
classes distintas, tendo como base os seus motivos (motifs). 
 A primeira classe tem sua estrutura toda α, isto é, o padrão dos motif é α, onde a 
proteína possui conformação em que todos os dobramentos estão em α-hélice. A 
segunda classe apresenta o padrão do motif em β, isto é, a proteína está com a 
conformação de todos os seus dobramentos em folha β. Na terceira classe, a estrutura 
está toda em α/β onde o padrão do motif apresenta conformação α-hélice intercalada 
com folha β. E por ultimo, a quarta classe é toda α/β em que o padrão do motif é α/β, 
onde as conformações das proteínas estão em α-hélice e folhas β segregados em 
lados opostos na estrutura. 
 
14) O que é desnaturação e renaturação de proteínas? Quais são os agentes que 
desnaturam as proteínas? 
 A desnaturação é caracterizada por uma modificação na estrutura tridimensional 
de proteínas levando a perda da função biológica. A renaturação é caracterizada pela 
reversão das modificações na estrutura tridimensional da proteína, quando o agente 
desnaturante é removido é removido, possibilitando que a proteína volte a adquirir a 
sua estrutura nativa e consequentemente sua função. Como agentes desnaturantes 
das proteínas temos a temperatura (afetando as interações fracas em uma proteína de 
maneira complexa), o pH em concentrações extremas pode ocorrer a alteração da 
carga líquida nas proteínas, levando a repulsão eletrostática e ruptura de algumas 
pontes de hidrogênio, solventes orgânicos (álcool e cetona), soluto (uréia e hidrocloreto 
de guanidina) e detergentes. Solventes orgânicos, solutos e detergentes atuam 
primariamente rompendo as interações hidrofóbicas que constituem o núcleo estável 
das proteínas globulares. 
 
15) Diferencie o dobramento espontâneo do dobramento assistido de proteínas. 
 O dobramento espontâneo é realizado naturalmente por aminoácidos que se ligam 
fazendo um enovelamento espontâneo, como resultados tem-se proteínas com 
estruturas tridimensionais que possuem funções metabólicas e não têm auxílio de 
outras proteínas. Diferentemente, o dobramento assistido ocorre quando o 
enovelamento de proteínas é facilitado pela ajuda de proteínasque fazem interação 
com peptídeos parcialmente ou impropriamente enovelados, chamadas de chaperonas, 
que facilitam a reação carregando a proteína ao enovelamento correto. 
 
 
 
 
 
16) Quais são as funções das proteínas? Descreva cada função e dê um exemplo de 
uma proteína. 
 As funções das proteínas estão diretamente ligadas a sua estrutura podendo ter as 
seguintes funções: 
Estabelecimento e manutenção de estruturas 
Ex.: Proteínas estruturais como a α-queratina, Colágeno e Fibrilas; 
Transporte de íons na célula 
Ex.: Hemoglobina 
Proteção e defesa 
Ex.: Anticorpos e Imunoglobina G 
Controle e regulação 
Responsáveis pelo controle e regulação de vários processos que ocorrem na célula. 
Ex.: Fatores de transcrição 
Catálise de vários processos 
Ex.: Enzimas oxidoredutases, transferases, hidrolases, sintases, isomerazes e ligases. 
Movimento 
Ex.: Proteínas actina e miosina. 
Reserva 
Ex.: Proteínas de estocagem, ferritina (proteínas que estocam ferro). 
 
 
 
17) Classifique a proteína glicocinase de acordo com sua função 
bioquímica/molecular, celular e biológica. 
 As funções de uma proteína são classificadas em três níveis, biológico, celular e 
bioquímico. A função bioquímica/molecular da glicocinase se refere à cinase (substrato 
da glicose) e envolve a transferencia de grupos fosfatos de moléculas doadoras de 
energia (ATP) para moléculas de glicose que podem promover a sua ativação ou 
inativação. Sua função celular está envolvida na glicolise, (rota metabólica da glicose). 
 Já suas funções biológicas são expressas em células específicas (pancreáticas e 
hepatócito), é um regulador primário da secreção de insulina controlada por glicose. A 
perda de sua função devido mutações causa diabetes, já em caso de mutações que 
causem ganho de função ocorre hiperinsulismo. 
 
18) Explique como que se determina a estrutura de uma determinada proteína. 
 A estrutura de uma determinada proteína pode ser determinada por meio de 
analises e comparações com outras estruturas e segmentos de proteínas já 
conhecidas estruturalmente e funcionalmente, elas são comparadas por softwares ate 
encontrarem semelhanças dessas proteínas desconhecidas com outras conhecidas, 
para se verificar se esta proteína pode ser classificada dentro de uma família de 
proteínas ou se Dara talvez, origem a outra família. 
 
 
Referências Bibliográficas 
 
ALBERTS, B.; JOHNSON, A.; LEWIS, J.; RAFF, M.; ROBERTS, K.; WALTER, P. Molecular 
biology of the cell. 4. ed. New Yor: Garland Pub., 2002. 1616 p. 
 
CAMPBELL, M. K.. Bioquímica. 3. ed. Porto alegre: Artmed, 752 p. 2000. 
 
LEHNINGER, A. L.. Princípios de Bioquímica. 4. ed. São Paulo: Savier, 1202 p. 2006. 
 
 
 
 
 
VOET, D.; VOET, J.; PRATT, W. C. Fundamentos de Bioquímica. Porto Alegre: Artes Médicas 
Sul. 2000. 
 
http://lbbe.univ-lyon1.fr/IMG/pdf/comuntec34.pdf. Acesso em 29 mai 2013. 
 
http://www2.iq.usp.br/docente/nadja/qbq0215_apostila_2009.pdf. Acesso em 29 mai 2013. 
 
 
http://www2.iq.usp.br/docente/nadja/qbq0215_apostila_2009.pdf