Peptídeos e Proteínas

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Peptídeos e Proteínas
	Proteínas e peptídeos são as biomoléculas mais abundantes da célula e desempenham as mais variadas funções necessárias a sobrevivência dos organismos. Elas fornecem suporte estrutural, transporta moléculas, fazem a sinalização celular, proteção contra antígenos e realizam toda atividade metabólica celular.
Em definição geral, peptídeos e proteínas são polímeros de aminoácidos unidos por ligações amida substituída, denominadas ligações peptídicas.
	A união dos aminoácidos para formar estas moléculas, ocorre entre a condensação dos grupos funcionais amino de um aminoácido com o grupo carboxila de outro aminoácido, liberando água como produto (Figura 8).
Figura 8. Formação de uma ligação peptídica entre dois L-aminoácidos.
	
Fonte: Modificado de NELSON; COX, 2014.
	Após unidos, os aminoácidos passam a ser chamados de resíduos, por conta da perda de elementos de um dos seus grupos funcionais (uma hidroxila (OH) do grupo carboxila e um hidrogênio (H) do grupo amino) para formação da molécula de água. Essa ligação, também pode ser rompida através do processo de hidrólise com participação da molécula de água.
	Várias ligações peptídicas podem ser formadas para unir mais de dois resíduos de aminoácidos, por exemplo: Para a formação de um tripeptídeo, três resíduos de aminoácidos são unidos por duas ligações peptídicas, um tetrapeptídeo une quatro resíduos de aminoácidos por três ligações peptídicas e assim sucessivamente. Os resíduos de aminoácidos que estão no meio das ligações, não tem mais seus grupos funcionais amino e carboxila, pois estes foram condensados para formar a ligação. Os únicos resíduos que possuem estes grupos, excetos aqueles que tem grupos funcionais amino e carboxila na cadeia lateral, são os resíduos que estão nos extremos da cadeia, onde em um extremo, um resíduo possui uma carboxila livre e no outro extremo, outro resíduo possui o grupo amino livre, denominando estas extremidades de carboxi e amino terminal respectivamente ou C e N-terminal. (Figura 9).
Figura 9. Extremidades amino e carboxiterminal do pentapetídeo O pentapetídeo seril-glicil-tirosil-alanil-leucina, Ser–Gly–Tyr–Ala–Leu, ou SGYAL.
Fonte: NELSON; COX, 2014.
	Um peptídeo ou proteína, podem ter de dois a vários resíduos de aminoácidos, e sua composição pode ser variada, exemplo: o hormônio peptídico Ocitocina (estimula contrações uterinas) tem somente 9 resíduos de aminoácidos e a proteína Citocromo C humana (responsável pelo transporte de elétrons na membrana da matriz mitocondrial) contém 105 resíduos (Figura 10).
Figura 10. Estrutura e sequência de resíduos de aminoácidos do hormônio Ocitocina (A) e abaixo em preto sua sequência de aminoácidos e Citocromo C humana (B) juntamente com sua sequência de aminoácidos logo abaixo.
Fonte: Elaborada pelo próprio autor. Adquiridas da Wikipédia e National Center for Biotechnology Information (NCBI).
	
Os peptídeos e as proteínas são fundamentais para a vida, pois estas duas macromoléculas exercem diversas funções celulares como:
· Suporte, estrutura e proteção (Ex: queratina, colágeno, elastinas, actina, miosina);
· Transporte de solutos e solventes (Ex: aquaporinas, lipotproteínas, globinas)
· Receptores e sinalizadores (proteínas de membrana, hormônios, anticorpos, proteína G, proteínas regulatórias)
· Catalisadores biológicos (enzimas)
A maioria dos processos vitais (metabolismo) são realizados e regulados por proteínas (na grande maioria das vezes) e peptídeos.
Peptídeos
	Podem ser considerados peptídeos aqueles polímeros de aminoácidos com massa molecular moleculares (MM ou MW do inglês) abaixo de 10.000 ou aproximadamente 90 resíduos de aminoácidos e sua composição de aminoácidos pode ser variada.
Os peptídeos, desde os di, tri, treta, penta e polipeptídeos (macromoléculas com mais de 5 resíduos de aminoácidos) exercem funções biológicas, desde hormônios, sinalizadores, antibióticos a venenos de animais peçonhentos e toxinas de cogumelos. Alguns peptídeos com ação biológica podem ser listados na Tabela 1.
Tabela 1: Peptídeos bioativos
	Peptídeo
	Resíduos
	Sequência
	Função
	Fator de liberação de tireotropina (THR)
	3
	Piroglutamil-histidil-prolinamida
	Estimula a liberação do hormônio Tireotropina
	Angiotensina II
	8
	Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe
	Hormônio hipertensor
	Ocitocina
	9
	Cys-Tyr-Ile-Gln-Asp-Cys-Pro-Leu-Gly
	Estimula contrações uterinas
	Vasopressina
	9
	Cys-Tyr-Phe-Glu-Asp-Cys-Pro-Arg-Gly
	Hormônio vasoconstritor
	Gomesina
	18
	ciclo(2-15,6-11)p-Glu-Cys-Arg-Arg-Leu-Cys-Tyr-Lys-Gln-Arg-Cys-Val-Thr-TyrCys-Arg-Gly-Arg
	Peptídeo antibiótico de amplo espectro de ação
Fonte: Machado et al. (2004)
	Os peptídeos assim como as proteínas, podem assumir conformações e formar estruturas secundárias e até terciárias, dependendo do comprimento de sua cadeia.
	
Proteínas
	As proteínas têm massa molecular acima de 10.000 e, assim como os peptídeos podem variar em quantidade e variedade de aminoácidos (Tabela 3) que compõe a sua cadeia. Na tabela 2, estão representadas algumas proteínas e seus comprimentos (números de resíduos de aminoácidos), massa molecular e cadeias polipeptídicas que as compõe.
	Podem ser formadas por uma única cadeia polipeptídica ou conter subunidades. Exemplo: a Mioglobina, uma proteína responsável pelo transporte de oxigênio no tecido muscular, tem 153 resíduos de aminoácidos constituindo uma única cadeia polipeptídica. Uma outra proteína transportadora de oxigênio no sangue, a Hemoglobina, contém 575 resíduos de aminoácidos e é constituída por 4 cadeias polipeptídicas unidas por ligações fracas (Figura 11).	
	Uma proteína multissubunidades (Constituída por duas ou mais cadeias polipeptídicas ou subunidades), as cadeias peptídicas podem ser idênticas ou não. A proteína multissubunidade, hemoglobina contém duas subunidades idênticas chamadas subunidades α e duas idênticas chamadas β. Neste caso, quando a proteína contém pelo menos duas cadeias peptídicas idênticas ela é chamada proteína oligomérica e as subunidades idênticas de protômeros. Como a hemoglobina é então constituída por quatro cadeias polipeptídicas, ela pode ser chamada de tetrâmero (4), ou um dímero (2) de protômeros α β.
	Aquelas proteínas que contém cadeias polipeptídicas unidas por ligações covalentes como pontes dissulfeto, não é considerada ter subunidades, mas sim somente cadeias, como é o caso do hormônio insulina que contém duas cadeias peptídicas ligadas por pontes dissulfeto que mantém as duas unidas.
Tabela 2. Dados moleculares de algumas proteínas
Fonte: NELSON; COX, 2014.
Tabela 3. Composição e variação de aminoácidos em duas proteínas.
Fonte: NELSON; COX, 2014.
Figura 11. Estrutura tridimensional das proteínas Mioglobina (A) e Hemoglobina (B)
Fonte: Modificado de NELSON; COX, 2014.
As proteínas podem também conter ligados à sua cadeia de aminoácidos grupos ou unidades não proteicas, ou seja, que não são formadas por aminoácidos, denominadas grupos prostéticos. Os grupos prostéticos podem ser constituídos por carboidratos, lipídeos, grupos fosfato, heme, nucleotídeos de flavina e alguns íons metálicos. Neste caso, as proteínas que contém grupos prostéticos são chamadas proteínas conjugadas e podem ser classificadas de acordo com seu grupo prostético de acordo com a tabela 3.
Tabela 3. Grupos prostéticos e proteínas conjugadas.
 Fonte: NELSON; COX, 2014.
Os grupos prostéticos são importantes para a atividade e função biológica de uma proteína. Por exemplo: Glicoproteínas (proteínas que contém carboidratos como grupo prostético) atuam como receptores de membrana, sinalizadores, anticorpos, são responsáveis pelo reconhecimento e adesão celular, funções as quais sem o grupo prostético esta proteína não conseguiria desempenhar. Outro exemplo é a da proteína hemoglobina, uma heme proteína, na qual o seu grupo prostético Heme, é responsável pela ligação do o oxigênio e monóxido de carbono durante as trocas gasosas nos tecidos e pulmão.
Estrutura das proteínas
	As proteínas podem ter vários níveis de organização levando em conta a disposiçãodos átomos dos seus resíduos de aminoácidos ao longo do espaço. Esta organização é essencial para a função biológica de uma proteína.
	Contudo, as proteínas podem ter níveis de organização (Figura 12), denominados de estruturas primária, secundária, terciária, quaternária e até a formação de complexos suplamoleculares denominados de estruturas supersecundárias.
Figura 12. Níveis de organização estrutural de uma proteína.
Fonte: NELSON; COX, 2014.
	A estrutura primária de uma proteína, consiste em sua específica sequência de aminoácidos, ou seja, a sequência linear de resíduos de aminoácidos que a compõe. 
	
Figura 13. Estruturas primária e tridimensionais das proteínas. A) Sequência de aminoácidos da estrutura primária da proteína Transtiretina, uma variante da Albumina humana. B) Sequência de aminoácidos completa da estrutura primária do hormônio Insulina humano, antes da quebra proteolítica para formar o hormônio funcional. C) Estrutura tridimensional de duas moléculas do hormônio Insulina humano, ativo pós clivagem proteolítica.
Elaborada pelo próprio autor (colocar o livro biologia de campbel, NCBI)
	
	A estrutura primária de aminoácidos é responsável pela estrutura tridimensional, função e localização celular de uma proteína, embora não se compreenda em detalhes como ela determina estes parâmetros. Cada proteína tem uma estrutura primária composta por resíduos de aminoácidos distintos, específicos para a sua função. Por exemplo: na Figura 14 está ilustrado o alinhamento da sequência primária de aminoácido de duas proteínas com funções diferentes, a Quimiotripsina, uma enzima responsável pela degradação das proteínas ingeridas pela dieta no estômago e a proteína inibidora de metaloproteínases de tecido tipo 3 (TIMP-3), responsável por inibir as enzimas responsáveis pela degradação de proteínas estruturais do tecido conjuntivo como o colágeno. Observe que elas são duas proteínas de funções diferentes, e cada uma tem uma sequência específica de aminoácidos e tamanhos diferentes, embora possam compartilhar alguns aminoácidos em comum, elas têm sequências e arranjos específicos de aminoácidos. 
Figura 14. Alinhamento das sequencias de aminoácidos da enzima Quimiotripsina e TIMP-3. Sequencias de primárias de aminoácidos retiradas do banco de dados do NCBI e alinhadas usando o Clustal Ômega.
Fonte: O próprio autor. 
A sequência primária de aminoácidos é importante na investigação da função de proteínas, pois a comparação das sequencias de proteínas depositadas em bancos de dados nos fornecem ferramentas importantes para entender processos evolutivos e celulares, entre proteínas conhecidas e desconhecidas. Proteínas conservam as regiões e sequências de aminoácidos responsáveis por sua atividade e a partir destas regiões geram um grau de homologia entre elas. Por exemplo; duas proteínas diferentes encontradas no mesmo organismo ou organismos diferentes que compartilham 60% de homologia, pode-se dizer que tem funções iguais ou parecidas. Uma classe de proteínas Hsp70, responsáveis por ajudar no enovelamento de proteínas encontrada em E. coli e B. subitilis (Figura 15), compartilham muitos aminoácidos em comum responsáveis pela sua função (sombreados em róseo), podendo chamar esta região de conservada entre as espécies. 
Figura 15. Alinhamento entre duas proteínas Hsp70 encontradas em duas espécies diferentes.
Fonte: NELSON; COX, 2014.
	
As ligações peptídicas entre os aminoácidos da sequência primária, têm ângulos de rotação permitidos entre as ligações N-Cα e Cα-C, o que faz com que esta sequência tenha movimentos e possa se arranjar de uma forma onde os resíduos de aminoácidos alcancem estabilidade nos seus arranjos. Quando uma proteína é sintetizada pelos ribossomos, a sequência primária necessita se enovelar ou dobrar (arranjo dos aminoácidos para formar estruturas secundárias e terciárias), até atingir uma conformação estável. O termo conformação, se refere ao arranjo de todos os átomos de uma proteína. A conformação de uma proteína nativa (proteína ativa) alcança estabilidade quando o arranjo tridimensional é termodinamicamente estável, ou seja, com baixa energia livre de Gibbs (ΔG) e entropia. A conformação de uma proteína é estabilizada por interações hidrofóbicas, pontes de hidrogênio, interações fracas e de Van der Walls e pontes dissulfeto.
	
Figura 16. Ligações peptídicas e ângulos de rotação.
Fonte: NELSON; COX, 2014.
A forma com que os resíduos de aminoácidos se arranjam dão origem a estruturas secundárias que podem ser definidas como o arranjo espacial da cadeia primária de aminoácidos. As estruturas secundárias mais comumente encontradas em proteínas são as hélices α e dobras e folhas β.
A hélice α é uma estrutura formada pela cadeia polipeptídica, onde os resíduos de aminoácidos se enrolam em torno de um eixo imaginário formando uma estrutura helicoidal projetando a cadeia lateral para o lado de fora, ou seja, exposta ao solvente (Figura 17). Esta estrutura é estabilizada por pontes de hidrogênio formadas entre as ligações peptídicas dos resíduos de aminoácidos, mais especificamente entre o átomo de hidrogênio ligado ao nitrogênio eletronegativo e o oxigênio do grupo carbonila do quarto resíduo de aminoácido no lado aminoterminal da ligação peptídica. Cada voltada hélice é formada por 3,6 resíduos de aminoácidos e pode ser voltada para a direita ou para a esquerda, sendo a hélice voltada para a esquerda a mais comumente encontrada nas proteínas.
Nem todos os aminoácidos podem participar da formação de hélices α devido às suas propriedades físico-químicas (Tabela 4). Geralmente são encontrados com frequência, aminoácidos carregados positivamente ou negativamente, contribuindo para a formação de pares iônicos entre as cadeias laterais e alguns resíduos de aminoácidos aromáticos que contribuem para as interações hidrofóbicas nas hélices α. Aminoácidos que são estritamente restritos, aparecendo raras vezes na formação desta estrutura são Prolina e Glicina, pois afetam a estabilidade da estrutura.
Figura 17. Estrutura de uma hélice α. (a) modelo bola e bastão, representando as ligações de hidrogênio. (b) hélice vista do ponto de vista central. (c) modelo volume atômico e (d) projeção da rotação helicoidal.
Fonte: NELSON; COX, 2014.
Tabela 4. Tendência dos resíduos de aminoácidos à formar hélice α. Note que os que têm maior ΔΔG0, são que tem menos propensão à aparecer nesta estrutura.
Fonte: NELSON; COX, 2014.
	Nas estruturas secundárias em forma de folhas β, os resíduos de aminoácidos estão dispostos de forma estendida em ziguezague e são formadas por cadeia polipeptídicas que podem estar paralelas (orientação carboxi e aminoterminal na mesma direção) ou antiparalelas (orientação carboxi e aminoterminal em direções opostas) (Figura 18). 
Figura 18. Estrutura das folhas β paralelas e antiparalelas e pontes de hidrogênio que estabilizam as estruturas.
Fonte: NELSON; COX, 2014.
As cadeias laterais dos aminoácidos adjacentes são projetadas em direções opostas criando um padrão observado na Figura 18(a). Nas folhas β paralelas, as repetições das estruturas em ziguezague ocorrem a cada 6,5Å e nas antiparalelas a 7Å. As pontes de hidrogênio entre as ligações peptídicas das cadeias polipeptídicas estabilizam a estrutura das folhas β. Nas folhas antiparalelas, as ligações de hidrogênio estão alinhadas, enquanto nas antiparalelas, elas aparecem distorcidas. As cadeias polipeptídicas em conformação β, que formam as folhas β, podem estar em seguimentos próximos ou até distantes em outras regiões ou subunidades das proteínas.
	Outro tipo de estrutura secundária encontrada em proteínas são as voltas ou dobras β que são estruturas curtas que contém 4 resíduos de aminoácidos geralmente Prolina e Glicina, e servem para conectar sucessivas hélices α ou folhas β em uma proteína.
Figura 19. Estrutura das voltas ou dobras β.
	Fonte: Modificado de NELSON; COX, 2014.
	A estrutura terciária, pode ser definida como o arranjo tridimensional de todos os átomos de uma proteína. As interaçõesde todas as estruturas secundárias ou de algumas destas, de forma tridimensional, formam a estrutura terciária. Uma proteína pode ter uma ou várias estruturas secundárias interagindo para formar a estrutura terciária e estas estruturas podem estar em segmentos próximos ou distantes e são estabilizadas por interações fracas e hidrofóbicas, pontes de hidrogênio e dissulfeto entre resíduos de aminoácidos próximos ou distantes na cadeia (Figura 13 (c) e Figura 20).
Figura 20. Estrutura terciária das proteínas. A) Arranjo tridimensional das estruturas secundárias para formar a estrutura terciária. B) interações químicas que estabilizam a estrutura terciária.
Fonte: modificado de http://www2.iq.usp.br/docente/mhgdmede/Vet_2012/Proteinas_Globulares.pdf acesso em 27/12/2016.
	A estrutura quaternária de uma proteína refere-se à interação de duas ou mais proteínas (monômeros) ou subunidades proteicas iguais ou diferentes para formar uma proteína ativa (Figura 21). As interações que mantém a esta estrutura são do tipo fracas.
Figura 21. Estrutura quaternária da proteína hemoglobina. As cores representam as quatro subunidades proteicas que forma a estrutura quaternária.
Fonte: modificado de http://www2.iq.usp.br/docente/mhgdmede/Vet_2012/Proteinas_Globulares.pdf acesso em 27/12/2016.
	De acordo com o nível de organização, muitas proteínas podem ser classificadas em fibrosas e globulares. As proteínas fibrosas são organizadas em longos filamentos ou folhas e as globulares com suas cadeias polipeptídicas dobradas em forma esférica ou globular.
	Proteínas fibrosas são compostas por estruturas secundárias que se repetem (hélices α ou folhas β) para formar sua estrutura terciária. Este tipo de proteína forma longas fibras resultantes das interações entre várias proteínas fibrosas que as compões, formando estruturas supramoleculares ou superssecundárias. As proteínas fibrosas são proteínas responsáveis por conferir força ou flexibilidade nos tecidos aos quais ocorrem e geralmente são proteínas tidas como estruturais, como por exemplo as α queratinas (proteínas constituintes das unhas, fios de cabelo, penas, chifres, garras e grande parte da camada externa da pele), o colágeno (tecidos conectivos como os tendões, cartilagens, matriz orgânica dos ossos, córnea dos ossos e matriz extracelular).
	Uma característica das proteínas fibrosas é sua insolubilidade devido ao alto grau de resíduos de aminoácidos que as compõe.
	As α queratinas são encontradas somente em mamíferos e são responsáveis por conferir força e fazem parte da família de proteínas de filamento intermediário, como as proteínas que compõe o citoesqueleto das células e fibras musculares (actina e miosina) e são também responsáveis pela estrutura. Todas as proteínas de filamento intermediário compartilham da estrutura das α queratinas.
	Sua estrutura é formada por longas hélices α orientadas à direita. Duas hélices se entrelaçam em sentido anti-horário para formar uma espiral supertorcida. A interação de várias espirais supertorcidas leva a formação deu um complexo supramolecular, o filamento intermediário. As interações que mantém as espirais e o complexo supramolecular são do tipo hidrofóbicas e pontes dissulfeto. A rigidez e a dureza desta estrutura estão relacionadas com a presença de pontes dissulfeto, ou seja, quando mais rígida e dura, maior a presença de resíduos de cisteína para formar pontes dissulfeto. Outro exemplo de proteína fibrosa é o colágeno, que proporciona resistência aos tecidos.
Figura 22. Estrutura da α queratina do cabelo.
Fonte: Modificado de NELSON; COX, 2014.
	 
Bibliografia
NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 6. ed. São Paulo: Artmed, 2014.
DEVLIN, T. M. Manual de bioquímica com correlações clínicas. 7. ed. São Paulo: Blucher, 2011.
MACHADO, A.; LIRIA, C. W.; PROTI, P. B. REMUZGO, C.; MIRANDA, T. M. Síntese química e enzimática de peptídeos: princípios básicos e aplicações. Química Nova, v. 27, n.5, p.781-789, 2004.
TOY, E. C.; SEIFERT JR., W. E.; STROBEL, H. W.; HARMS, K. P. Casos clínicos em bioquímica. 3. ed. Porto Alegre: AMGH, 2016. 480 p.
http://www2.iq.usp.br/docente/mhgdmede/Vet_2012/Proteinas_Globulares.pdf acesso em 27/12/2016.