Unidade 2 - Estrutura e função das proteínas parte I

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Bioquímica
Unidade 2 – Proteínas: Estrutura e 
Função parte I
Papéis primários das proteínas nos 
organismos
• Colágeno, elastina e queratina: são encontradas em ossos,
dentes, pele, tendões, cartilagens, vasos sanguíneos, cabelo e
unhas.
• Actina e miosina: são os principais constituintes dos
músculos. Responsáveis pela contratilidade dos músculos.
• Albumina: proteína mais abundante no plasma sanguíneo,
conferindo-o viscosidade, pressão osmótica. Transporta uma
variedade de nutrientes tais como cálcio, zinco e vitamina B6.
Papéis primários das proteínas nos 
organismos
• Hemoglobina: presente nas hemácias. Responsável pelo
transporte de gases pelo sangue.
• Mioglobina: presente nos músculos. Responsável pelo
armazenamento de O2 nas células.
• Insulina: responsável pela regulação dos níveis de glicose
no sangue. (Alguns hormônios são derivados do colesterol
e classificados como hormônios esteroides, outros derivam
de um ou mais aminoácidos, como a insulina.)
• Vitaminas do complexo B e Minerais como o zinco, o ferro
e o cobre funcionam como cofatores para algumas
enzimas.
Papéis primários das proteínas nos 
organismos
• Transtirretina: para transportar retinol (vitamina A).
• Transferrina: proteínatransportadora de ferro. 
• Ceruloplasmina: proteínatransportadora de 
cobre. 
• Lipoproteínas: transportam lipídiosno sangue.
Classificação das proteínas de acordo 
com a estrutura 
• Proteínas fibrosas: possuem um estrutura com
forma alongada, são apolares (insolúveis em
água) e desempenham um papel estrutural.
• Exemplos: colágeno, queratina e elastina.
• Proteínas globulares: possuem um estrutura
espacial praticamente esférica, são polares
(solúveis em água) e possuem funções dinâmicas.
• Exemplos: enzimas e hemoglobinas.
Classificação das proteínas de acordo 
com a função biológica
• Estrutural 
• Catalisador (Enzimas)
• Imunológico (Anticorpos)
• Regulatório (Hormônios)
• Receptor (Membrana)
• Transportador (transmembrana)
Estrutura das proteínas
• As proteínas são formadas por peptídeos que são
formados por 21 tipos de aminoácidos unidos entre
si por ligações peptídicas.
 
 
-Carboxila 
terminal
-amino
terminal
Ligação 
peptídica
Características das ligações peptídicas
Características das ligações peptídicas
• A ligação peptídica (C-N) tem um caráter de dupla-ligação
parcial, ou seja, é mais curta do que uma ligação simples e
mais longa que uma ligação dupla.
• A ligação peptídica (C-N) é rígida e planar (não tem
rotação livre da ligação entre o carbono da carbonila e o
nitrogênio da amina).
• As outras ligações dos grupos ligados no C-N podem rotar
livremente (embora sejam limitadas pelo tamanho e pelo
caráter dos grupos R). Isso permite que a cadeia
polipeptídica assuma uma variedade de configurações
possíveis.
• A ligação peptídica (C-N) é uma ligação trans devido à
interferência estérica dos grupos R das cadeias laterais.
Outros aminoácidos importantes 
• Aminoácidos incomuns derivados de outros
aminoácidos.
• 4-hidroxiprolina, 
derivado da prolina
• 5-hidroxilisina, 
derivado da lisina.
• são encontrados no 
colágeno, proteína
fibrosa de tecidos 
conectivos.
Colágeno: Proteína Fibrosa
Colágeno
(a) Hélice  do colágeno com estrutura secundária repetitiva (Gly-Pro-4-Hyp).
Em vermelho: 
resíduos de 
glicina 
responsáveis 
pela forte 
junção das 3 
cadeias.
(c e d) Súper-Hélice formada 
por três Hélice  (estrutura 
terciária).
Importância da vitamina C 
• A presença de vitamina C no organismo é
importantíssima para a formação do
colágeno, pois ela é um dos fatores que
contribuem pra a hidroxilação da prolina para
formar a hidroxiprolina.
Outros aminoácidos importantes 
• A 6-N-metil-lisina é um constituinte da
miosina, uma proteína contrátil do músculo.
Miosina
Outros aminoácidos importantes 
• O -carboxiglutamato, encontrado na
proteína de coagulação pro-trombina e em
algumas outras proteínas que se ligam ao
Ca2+ como parte de suas funções biológicas.
Outros aminoácidos importantes 
• A desmosina, derivada de quatro resíduos Lys,
encontrada na proteína fibrosa elastina.
Algumas proteínas contêm outros grupos
químicos além dos aminoácidos
• PROTEÍNAS SIMPLES: contêm apenas
resíduos de aminoácidos e nenhum outro
constituinte químico.
• Exemplo: as enzimas ribonuclease A e a
quimotripsina.
• PROTEÍNAS CONJUGADAS: contêm
componentes químicos associados aos
aminoácidos chamado de grupo prostético.
Proteína simples: Quimotripsina
Enzima digestiva 
Quimotripsina: 
Proteína globular 
constituída 
apenas de 
aminoácidos, 
responsável pela 
clivagem de 
ligações 
peptídicas.
Proteínas conjugadas: Grupos prostéticos
• Lipoproteína: lipídeos
• Glicoproteína: carboidratos
• Fosfoproteína: grupo fosfato
• Hemoproteína: grupo heme (porfirina férrica)
• Metaloproteína: metais (Ferro, Zinco, Cobre, 
Cálcio, Molibdênio)
Classificação das proteínas conjugadas
Grupos prostéticos das proteínas 
conjugadas
• Hemoproteína: Hemoglobina
Grupo Heme das hemoproteínas
• Hemoproteína: mioglobina
Grupos prostéticos das proteínas 
conjugadas
Grupo 
heme
Organização estrutural das proteínas
• Classificação quanto a complexidade da
estrutura protéica em 4 níveis de
organização:
• Primário
• Secundário
• Terciário
• Quaternário
Organização estrutural das proteínas
Hemoglobina: proteína 
globular.
Os quatro níveis estruturais das proteínas
Sequência de 
aminoácidos
Arranjo regular 
de aminoácidos 
próximos na 
mesma cadeia
Organização 
tridimensional 
de cadeia 
dobrada
Arranjo de 
múltiplas 
subunidades
Cadeias 
peptídicas
ANORMALIDADES NA ESTRUTURA 
PRIMÁRIA DAS PROTEÍNAS
• Proteínas com sequências anormais de
aminoácidos, ocasionam organização irregular,
com perda ou prejuízo da função normal
causando doenças genéticas.
• EXEMPLO: A anemia falciforme, uma doença
caracterizada pela forma em foice dos eritrócitos
do paciente, resultante da substituição do
glutamato, um aminoácido com grupo R polar,
pelo aminoácido valina, com grupo R apolar, na
posição 6 das 2 subunidades  da hemoglobina.
Anemia falciforme
Eritrócitos normais Eritrócitos na anemia falciforme
Anemia falciforme
A anemia falciforme ocorre em indivíduos que herdaram o alelo
para a hemoglobina falciforme de ambos os pais.
Os eritrócitos desses indivíduos são anormais e em menor número.
O sangue contém muitos eritrócitos longos e finos em forma de
foice, além de um grande número de células imaturas.
As propriedades alteradas da hemoglobina S (anemia falciforme) 
resultam da substituição de um único aminoácido, glutamato
(polar) por valina (apolar) na posição 6 das 2 cadeias .
A hemoglobina A (normal) tem glutamato no lugar de valina.
Anemia 
falciforme
(Hemoglobina S)
(normal)
ESTRUTURA SECUNDÁRIA DAS PROTEÍNAS
• O esqueleto polipeptídico
assume uma estrutura
tridimensional de arranjos
regulares de aminoácidos
que estão localizados
próximos uns aos outros na
sequência linear.
• Estabilizado por Ligações
de Hidrogênio dentro da
cadeia.
TIPOS DE ESTRUTURAS SECUNDÁRIAS 
DAS PROTEÍNAS
• Hélice 
• Folha 
• Curvaturas (voltas reversas, voltas )
• Estrutura secundária não repetitiva
• Estruturas supersecundárias (motivos)
Cada volta 
completa tem 
3,6 resíduos de 
aminoácidos.
Hélice 
Estrutura secundária 
com aparência de 
hélice (helicoidal).
Esqueleto central 
espiralado e bem 
compacto, com as
cadeias laterais dos 
aminoácidos 
estendendo-se para 
fora.
Hélice  é a mais 
comum.
Hélice 
-Queratina:
Hélice 
Pontes dissulfeto
Ondulação permanente
Aminoácidos que quebram a hélice 
• A prolina quebra a hélice 
, pois o seu grupo amino
secundário não é 
compatível 
geometricamente com a 
espiral voltada para a 
direita da hélice  . 
• A prolina insere uma 
dobra na cadeia, que 
interrompe a suave 
estrutura helicoidal. 
Aminoácidos que quebram a hélice 
• Aminoácidos 
carregadosquebram 
a hélice pela 
formação de ligações 
iônicas ou por 
repulsão eletrostática 
entre um e outro. 
Ex. glutamato, 
aspartato, histidina, 
lisina ou arginina.
Aminoácidos que quebram a hélice 
• Aminoácidos com cadeias 
laterais volumosas. 
Ex. triptofano. 
• Aminoácidos que se 
ramificam no carbono  (o 
primeiro carbono no grupo R, 
logo após o carbono ), 
podem interferir com a 
formação de uma hélice a se 
estiverem em grande 
número. 
Ex. a valina ou a isoleucina.
Folha 
Estrutura secundária com 
aparência de pregas.
As superfícies das folhas 
apresentam uma aparência 
"pregueada”denominadas 
de 'folhas  pregueadas” 
(ilustradas como setas 
largas).
Fita 
Folha 
• As folhas  são compostas de duas ou mais
cadeias peptídicas (fitas ) ou segmentos de
cadeias polipeptídicas que se dobram,
apresentando-se quase totalmente estendidos.
Fita 
Folha 
Folha 
• A folha  é 
estabilizada por 
ligações de 
hidrogênio entre as 
cadeias 
polipeptídicas.
Folha 
• Folhas antiparalelas: 
as extremidades N-
terminal e C-terminal 
das folhas 
alternando-se. 
• Folhas paralelas: com 
todos os N-terminais
das folhas  juntos.
Fibroína da seda
Fibroína, a proteína da seda, é produzida por insetos e aranhas. 
Suas cadeias polipeptídicas estão predominantemente na 
conformação .
Proporção de Hélice  e Folha  em 
proteínas
Curvaturas  (voltas reversas, voltas )
• As curvaturas  revertem a direção de uma cadeia polipeptídica,
auxiliando a formação de uma estrutura compacta e globular.
• Elas normalmente são encontradas na superfície das proteínas e
com frequência contêm resíduos carregados.
• Conectam faixas sucessivas de folhas  antiparalelas (regiões em
alça).
• As curvaturas  geralmente são compostas por:
• Prolina - o iminoácido que causa a "torção" na cadeia polipeptídica.
• Glicina - o aminoácido com menor grupo R.
• As curvaturas  são estabilizadas pela formação de ligações de
hidrogênio e ligações iônicas.
Estrutura secundária não repetitiva
• As estruturas secundárias não repetitivas não
são "aleatórias", mas simplesmente possuem
uma estrutura menos regular do que a hélice  e
as folhas .
• Aproximadamente a metade de uma proteína
globular média está organizada em estruturas
repetitivas como a hélice  e/ou as folhas  .
• O restante da cadeia polipeptídica é descrito
como tendo uma estrutura em laço ou em
espiral.
Estruturas supersecundárias (motivos)
• As estruturas supersecundárias são normalmente produzidas pelo
agrupamento das cadeias laterais de elementos estruturais
secundários adjacentes, próximos um ao outro.
• As proteínas globulares são construídas pela combinação de
elementos estruturais secundários (hélices , folhas  e sequências
não repetitivas).
• Esses formam principalmente a região central, isto é, o interior da
molécula. Eles são conectados por regiões em alça (p. ex.,
curvaturas ) na superfície da proteína.
• Assim, por exemplo, as hélices  e as folhas , adjacentes na
sequência de aminoácidos, também são normalmente (mas não
sempre) adjacentes na proteína final, dobrada.
Estruturas supersecundárias (motivos)
Estrutura terciária
Organização tridimensional 
de cadeia dobrada.
ESTRUTURA TERCIÁRIA DAS PROTEÍNAS 
GLOBULARES
• A estrutura primária de uma cadeia polipeptídica determina sua
estrutura terciária.
• A palavra "terciária" refere-se tanto ao dobramento dos domínios
(as unidades básicas de estrutura e função) quanto ao arranjo final
dos domínios no polipeptídeo.
• A estrutura das proteínas globulares em solução aquosa é
compacta, com alta densidade (intenso empacotamento) de
átomos no centro da molécula.
• As cadeias laterais hidrofóbicas são posicionadas no interior,
enquanto os grupos hidrofílicos geralmente são encontrados na
superfície da molécula.
Domínios
• Os domínios são as unidades funcionais fundamentais com
estrutura tridimensional em um polipeptídeo.
• As cadeias polipeptídicas maiores do que 200 aminoácidos de
comprimento geralmente apresentam dois ou mais domínios.
• O centro de um domínio é formado a partir de combinações de
elementos estruturais supersecundários (motivos).
• O dobramento da cadeia peptídica dentro de um domínio em geral
ocorre independentemente do dobramento em outros domínios.
• Cada domínio apresenta as características de uma proteína globular
pequena e compacta, estruturalmente independente de outros
domínios na cadeia polipeptídica.
Interações que estabilizam a estrutura 
terciária
• Pontes dissulfeto.
• Interações hidrofóbicas
• Ligações de hidrogênio.
• Interações iônicas.
Pontes dissulfeto
Interações hidrofóbicas
Entre aminoácidos 
apolares.
Ligações de 
Hidrogênio 
e
Interações iônicas
Dobramento ou enovelamento 
protéico
• As interações entre as cadeias laterais dos
aminoácidos determinam como uma cadeia
polipeptídica longa se dobra para formar a intricada
conformação tridimensional de proteínas funcionais.
• Esse processo de tentativa e erro experimenta muitas
(mas não todas) possibilidades de configuração em
busca de um estado no qual as atrações superem as
repulsões.
• Isso resulta em uma proteína dobrada corretamente,
com baixo estado energético.
Dobramento protéico
• Com o dobramento peptídico, as cadeias laterais dos
aminoácidos são atraídas ou repelidas de acordo com suas
propriedades químicas.
• Por exemplo, cadeias laterais carregadas positiva e
negativamente atraem-se umas às outras.
• Por sua vez, cadeias laterais com cargas semelhantes
repelem-se umas às outras.
• Além disso, as interações envolvendo ligações de
hidrogênio, interações hidrofóbicas e pontes dissulfeto
podem influenciar o processo de dobramento.
Etapas no dobramento protéico
Desnaturação de proteínas
• A desnaturação protéica resulta no desdobramento
e na desorganização das estruturas SECUNDÁRIA e
TERCIÁRIA, sem que haja hidrólise das ligações
peptídicas.
• A desnaturação pode ser reversível ou, mais
frequentemente, irreversível.
Desnaturação de proteínas
• Os agentes desnaturantes incluem:
calor, solventes orgânicos, agitação mecânica, ácidos ou bases
fortes, detergentes e íons de metais pesados, como chumbo e
mercúrio.
• A desnaturação pode, sob condições ideais, ser reversível; nesse
caso, a proteína dobra-se novamente em sua estrutura original
(nativa) quando o agente desnaturante for removido.
• Entretanto, as proteínas, em sua maioria, uma vez desnaturadas,
ficam permanentemente desordenadas.
• As proteínas desnaturadas são, com frequência, insolúveis;
portanto, precipitam quando em solução.
Papel das chaperonas no dobramento 
protéico
• As "chaperonas", um grupo especializado de proteínas, são necessárias
para a correta organização de muitas espécies de proteínas.
• As chaperonas - também denominadas proteínas de "choque térmico" -
interagem com o polipeptídeo em vários estágios durante o processo de
dobramento.
• Algumas delas são importantes para manter a proteína desdobrada até
que sua síntese esteja terminada, ou agem como catalisadoras,
aumentando a velocidade dos estágios finais no processo de dobramento.
• Outras protegem as proteínas durante o dobramento, para que as regiões
expostas, mais vulneráveis, não formem interações infrutíferas.
Enovelamento 
protéico
ESTRUTURA QUATERNÁRIA DAS 
PROTEÍNAS
• É o arranjo de múltiplas subunidades polipeptídicas na
proteína.
• Muitas proteínas consistem em uma única cadeia
polipeptídica, sendo definidas como proteínas
monoméricas.
• Outras, entretanto, consistem em duas ou mais cadeias
polipeptídicas, que podem ser estruturalmente idênticas
ou totalmente diferentes.
• O arranjo dessas subunidades polipeptídicas é denominado
estrutura quaternária da proteína.
ESTRUTURA QUATERNÁRIA DAS 
PROTEÍNAS
• As subunidades são unidas por interações não
covalentes (p. ex., ligações de hidrogênio,
ligações iônicas e interações hidrofóbicas).
• As subunidades podem funcionar
independentemente umas das outras ou podemtrabalhar cooperativamente, como no caso da
hemoglobina, em que a ligação do oxigênio a
uma subunidade do tetrâmero aumenta a
afinidade das outras subunidades para o oxigênio
DOBRAMENTO INADEQUADO DE 
PROTEÍNAS
• O dobramento protéico é um processo complexo de tentativa e
erro, que algumas vezes pode resultar em moléculas dobradas de
forma imprópria.
• Essas proteínas dobradas de forma incorreta são normalmente
marcadas e degradadas dentro da célula.
• Entretanto, esse sistema de controle de qualidade não é perfeito, e
agregados intra ou extracelulares de proteínas inadequadamente
dobradas podem se acumular, especialmente durante o
envelhecimento.
• Depósitos dessas proteínas com dobramentos inadequados estão
associados a algumas doenças.
DOBRAMENTO INADEQUADO DE 
PROTEÍNAS: Amiloidoses
• O dobramento inadequado de proteínas pode ocorrer espontaneamente
ou ser causado por uma mutação em um determinado gene, o que produz
uma proteína alterada.
• Além disso, algumas proteínas aparentemente normais, após uma
clivagem proteolítica anormal, podem assumir um estado conformacional
específico, que leva à formação de longos feixes de proteínas fibrilares,
constituídos de folhas  pregueadas.
• Essas proteínas agregam-se espontaneamente, e o acúmulo desses
agregados insolúveis, denominados amiloides, tem sido implicado em
muitas doenças degenerativas - especialmente na doença de Alzheimer,
uma doença neurodegenerativa relacionada à idade.
• O componente predominante da placa amiloide que se acumula na
doença de Alzheimer é um peptídeo formado por 40 a 42 resíduos de
aminoácidos, denominado amilóide .
Amiloidoses:
Doença de Alzheimer