Estudo Dirigido - Bioquímica - Estrutura das Proteínas

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UFCSPA MAIRON MATEUS MACHADO 
CURSO DE MEDICINA 
DISCIPLINA DE BIOQUÍMICA 
 
Estudo Dirigido: Estrutura das Proteínas 
1. Defina estrutura primária de proteínas. 
É a sequência de aminoácidos existentes na molécula de uma proteína. É o nível de 
estrutura mais simples a partir do qual todos os outros derivam. 
2. Como ela é mantida (tipo de ligação)? E como esta estrutura é rompida? 
Uma ligação peptídica é uma ligação química covalente que ocorre entre duas moléculas 
quando o grupo carboxila de uma molécula reage com o grupo amina de outra molécula, libertando 
uma molécula de água (H2O). Isto é, uma reação de síntese por desidratação que ocorre entre 
moléculas de aminoácidos. A estrutura pode, então, ser rompida por uma hidrólise. 
3. O que são proteínas multisubunidade? 
Proteínas com duas ou mais cadeias polipeptídicas associadas de modo não covalente. 
4. O que são proteínas oligoméricas? 
São proteínas que contêm, pelo menos, duas cadeias idênticas entre si ligadas de forma 
não covalente. As cadeias idênticas são chamadas de protômeros. 
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5. A insulina possui subunidades? Explique. 
Não, pois suas cadeias estão unidas por ligações dissulfeto, que são ligações covalentes. 
Assim, tal configuração é denominada apenas de cadeia. 
6. Na anemia falciforme há a substituição de um resíduo de Glu por um resíduo de Val, na 
posição 6 da cadeia de β-globina. Esta substituição é do tipo conservativa ou não-
conservativa? Este tipo de substituição poderia afetar a estrutura tridimensional da 
proteína? E sua função poderia ser afetada? Explique. 
1) É uma substituição não-conservativa. A substituição de aminoácidos na HbS modifica 
sua carga elétrica, pois a valina é um aminoácido de carga neutra e o ácido glutâmico 
apresenta carga negativa. Tal fato resulta em uma mobilidade mais lenta da HbS, quando 
comparada com a HbA1 normal em eletroforese de pH alcalino. 
2) Poderia, pois, alternando os aminoácidos, as propriedades também podem ser alteradas, 
fazendo com que as ligações mantedoras da configuração terciária (tridimensional) 
sejam desfeitas. Assim, a configuração tridimensional poderia ser alterada. 
3) Se a ordem dos aminoácidos mudar na ordem linear, a proteína será diferente. Uma 
proteína que contenha a sequência “Val-Hys-Val” no lugar de “Hys-Val-Val”, será 
diferente, com outras propriedades, tendo, possivelmente, outras funções (podendo 
ser inativada). 
 
7. “Nas proteínas que exercem função em meio aquoso, como nas proteínas citoplasmáticas 
ou do sangue, os resíduos de Val, Leu e Phe, ficariam especialmente voltados para interior 
molécula proteica” Esta afirmação está correta? Justifique. 
Está correta, porque, uma vez que são aminoácidos apolares/hidrofóbicos, serão 
“empurrados” para o meio da molécula, enquanto os aminoácidos polares terão maior interação 
com o meio aquoso. 
8. O que é estrutura secundária? 
Refere-se às estruturas dobradas sobre si mesmas que se formam em um polipeptídeo, 
devido às interações entre os átomos da espinha dorsal. (A espinha dorsal refere-se apenas à cadeia 
polipeptídica que não é dos grupos R, logo, o que queremos dizer é que a estrutura secundária não 
envolve átomos do grupo R). Os tipos mais comuns de estruturas secundárias são a α-hélice e a 
folha-β pregueada. As formas de ambas as estruturas são mantidas por ligações de hidrogênio, que 
se formam entre o O da carbonila de um aminoácido e o H do grupo amino de outro. 
9. Diferencie α-hélice de β-conformação. 
• A α-hélice é mantida pelas pontes de H que se formam entre átomos de duas ligações 
peptídicas próximas (entre o NH de um resíduo e o CO do 4º resíduo em direção ao N-
terminal). 
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• A folha β pregueada é mantida por pontes de H que se dispõem perpendicularmente à 
espinha dorsal. Diferentemente da α-hélice, a folha β pregueada pode ser composta por 
duas ou mais cadeias peptídicas (fitas β) ou segmentos de cadeias polipeptídicas as quais 
apresentam-se quase totalmente estendidas. 
Numa α-hélice, a carbonila (C=O) de um aminoácido tem hidrogênio H ligado ao grupo (N-
H) de outro aminoácido que está quatro posições depois na cadeia. (Por ex., a carbonila do 
aminoácido 1 formaria uma ligação de hidrogênio com o N-H do aminoácido 5). Este padrão de 
ligação leva a cadeia polipeptídica a uma estrutura helicoidal que se assemelha a uma fita enrolada, 
sendo que cada volta da hélice contém 3,6 aminoácidos. Os grupos R dos aminoácidos se fixam na 
parte externa da α-hélice, onde eles estão livres para interagir. 
Numa folha-β pregueada, dois ou mais segmentos de uma cadeia polipeptídica se alinham 
uns próximos aos outros, formando uma estrutura parecida com uma folha dobrada, mantida por 
ligações de hidrogênio. As ligações de hidrogênio se formam entre os grupos carbonila e amino da 
espinha dorsal, enquanto os grupos R se estendem acima e abaixo do plano da folha. As fitas de 
uma folha-β pregueada podem ser paralelas, apontando para a mesma direção (o que significa que 
seus terminais N- e C- são correspondentes), ou antiparalelas, apontando para direções opostas 
(ou seja, o terminal N- de uma fita fica próximo ao terminal C- da outra). 
10. Defina estrutura terciaria. 
A estrutura geral tridimensional de um polipeptídeo é chamada de sua estrutura terciária. A 
estrutura terciária é principalmente resultante das interações entre os grupos R dos aminoácidos 
que compõem a proteína. 
11. Como é a estrutura terciária em proteínas fibrosas? E em proteínas globulares? 
• Nas proteínas fibrosas a estrutura terciária é simples, uma vez que essas proteínas são 
formadas por um único tipo de estrutura secundária. Exemplo: a α-queratina, possui 
estrutura terciária dominada por uma estrutura secundária em α-hélice, com eixo enrolado 
em uma superhélice no sentido anti-horário. 
• As proteínas globulares contêm diversos tipos de estruturas secundárias, e a estrutura 
terciária refere-se ao padrão de enovelamento da proteína. 
o Cada proteína globular tem uma estrutura diferente adaptada à sua função 
biológica. 
o Cada uma dessas proteínas será dobrada de forma diferente e compacta, sendo 
estabilizadas por diversas forças. 
o Nas proteínas globulares, os aminoácidos Pro, Thr, Ser e Gly tendem a formar 
curvaturas. 
o A estrutura tridimensional de uma proteína globular pode ser considerada um 
conjunto de segmentos polipeptídicos em αhélice e β-conformação, ligados por 
segmentos conectores. 
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o A estrutura terciária em uma proteína globularpode ser definida pela forma como 
os segmentos em α-hélice e β-conformação estão empilhados uns sobre os outros, 
e como estão arranjados os segmentos que os conectam. 
 
12. Quais as forças que mantém a estrutura terciária? 
Interações de grupo R que contribuem para a estrutura terciária incluem ligações de 
hidrogênio, ligações iônicas, interações dipolo-dipolo e forças de dispersão London – basicamente, 
toda a gama de ligações não-covalentes. Por exemplo, grupos de R com cargas iguais repelem-se 
uns aos outros, enquanto aqueles com cargas opostas podem formar uma ligação iônica. Da 
mesma forma, grupos de R polares podem formar ligações de hidrogênio e outras interações 
dipolo-dipolo. Também importante para a estrutura terciária são as interações hidrofóbicas, nas 
quais aminoácidos não polares, grupos hidrofóbicos R juntam-se no interior da proteína, deixando 
aminoácidos hidrofílicos no exterior para interagir com as moléculas de água do entorno. 
Por fim, existe um tipo especial de ligação covalente que pode contribuir para a estrutura 
terciária: a ligação dissulfeto. As ligações dissulfeto, ligações covalentes entre as cadeias laterais 
de cisteínas contendo enxofre, são muito mais fortes que os outros tipos de ligações que 
contribuem para a estrutura terciária. Elas atuam como "pinos moleculares de segurança", 
mantendo partes específicas do polipeptídio firmemente presas uma à outra. 
Imagem de uma cadeia polipeptídica 
hipotética, representando diferentes 
tipos de interações da cadeia lateral que 
contribuem para a estrutura terciária. 
Entre elas estão as interações 
hidrofóbicas, ligações iônicas, ligações 
de hidrogênio e formação de pontes 
dissulfeto. 
 
 
13. Exemplifique dois aminoácidos que podem formar curvas (dobras) na estrutura terciária das 
proteínas: 
Nas proteínas globulares, os aminoácidos Pro, Thr, Ser e Gly tendem a formar curvaturas. 
14. Comente a afirmação “Cada proteína globular tem uma estrutura diferente adaptada à sua 
função biológica” 
• Apesar de proteínas fibrosas terem só um tipo de estrutura secundária, as proteínas 
globulares podem ter diversos tipos de estrutura secundária em uma mesma molécula. 
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• As proteínas globulares incluem: enzimas, proteínas de transporte, alguns hormônios 
peptídicos e imunoglobulinas. 
 
15. No caso das proteínas globulares, para se entender a estrutura tridimensional completa é 
preciso analisar seu padrão de enovelamento, e há dois termos que descrevem os padrões 
de estruturas de proteínas ou elementos de cadeia polipeptídica: motivo ou estrutura 
super-secundária e domínio. Explique cada um deles: 
• Motivo ou estrutura super-secundária: É um padrão de enovelamento identificável, 
envolvendo combinações de estruturas secundárias e a conexão (ou conexões) entre eles: 
o Todo α 
o Todo β 
o α/β (segmentos α e β intercalados) 
o α+β (regiões α e β um pouco separadas) 
o Em alguns casos um único motivo pode abranger toda a proteína; 
o Ele não fica entre a estrutura secundária e terciária, sendo um padrão de 
enovelamento. 
• 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. 
o Domínios diferentes podem ter funções diferentes na proteína, como a ligação de 
pequenas moléculas ou interação com outras proteínas. 
o Em geral as proteínas pequenas têm um só domínio (o domínio é a proteína). 
 
16. O que são famílias e superfamílias de proteínas? 
Proteínas com significativa semelhança na estrutura primária e/ou com estrutura terciária 
e funções semelhantes fazem parte de uma mesma família proteica. Normalmente há uma 
relação evolutiva forte em uma família de proteínas. 
Duas ou mais famílias com pouca similaridade na sequência de aminoácidos algumas vezes 
utilizam motivo estrutural e apresentam semelhanças funcionais são agrupadas em superfamílias. 
Provavelmente há relação evolutiva em uma superfamília. 
17. Defina estrutura quaternária. 
Muitas proteínas são constituídas por uma cadeia única de polipeptídeos e têm apenas três 
níveis de estrutura (aqueles que acabamos de discutir). No entanto, algumas proteínas são 
constituídas por várias cadeias polipeptídicas, também conhecidas como subunidades. Quando 
estas subunidades se juntam, dão à proteína sua estrutura quaternária. 
 
 
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18. Que forças a mantem? 
Em geral, os mesmos tipos de interações que contribuem para a estrutura terciária 
(principalmente interações fracas, como ligações de hidrogênio e forças de dispersão de London) 
também mantêm as subunidades juntas para formar a estrutura quaternária. 
É mantida principalmente por ligações iônicas, pontes de hidrogênio e por interações do tipo 
hidrofóbicas. 
19. A insulina possui estrutura quaternária? Explique. 
Sim, pois ela possui 2 cadeias de polipeptídios ligadas por ligações dissulfeto. 
20. O que é desnaturação proteica? 
O processo de desnaturação proteica ocorre quando o meio é alterado de forma que mude 
a estrutura tridimensional da proteína, afetando sua atividade biológica, fazendo com que ela perca 
a funcionalidade. A desnaturação não afeta as ligações peptídicas entre os aminoácidos, a 
estrutura primária é mantida. 
21. Cite dois agentes desnaturantes. 
Mudanças na temperatura e pH, assim como a presença de certos químicos. 
22. Diferencie proteína nativa de proteína desnaturada. 
• Nativa: a conformação nativa de uma proteína ou de um ácido nucleico denomina a 
estrutura tridimensional na qual essa molécula está biologicamente ativa e apresenta 
propriedades biológicas naturais; 
• Desnaturada: tem a solubilidade reduzida, a digestibilidade aumentada e, como 
característica principal, perda da atividade biológica (enzimas, hormônios, anticorpos etc.). 
 
23. Com relação ao processo de digestão de proteínas, qual a função do ácido clorídrico 
liberado no estômago? (Explique com base nos seus conhecimentos sobre estrutura 
proteica e desnaturação). 
O ácido clorídrico atua desnaturando proteínas (por meio de alteração brusca de pH para 
um meio mais ácido ~2,5) transformando-as em pequenos polipeptídios, para que depois, no 
intestino delgado, esses polipeptídios sejam transformados em aminoácidos e sejam absorvidos. 
24. Durante o processo de síntese proteica, a maneira mais comum das proteínas assumirem 
a sua conformação nativa é com o auxílio das chaperonas. O que são as chaperonas? Onde 
se localizam? Qual o seu papel no enovelamento proteico? 
As células incorporaram mecanismos bastante eficientes para evitar que erros na 
transmissão da informação genética se propaguem na replicação, na transcrição e na tradução. 
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Ainda assim, com todo esse cuidado de assegurar que a sequência de aminoácidos esteja correta, 
ainda é possível que uma proteínanão consiga desempenhar suas funções por erro no 
enovelamento. Na verdade, uma quantidade significativa de proteínas precisa de ajuda para atingir 
a configuração terciária correta. Essa ajuda é fornecida por uma família de proteínas que, além de 
auxiliar o enovelamento proteico, encaminha a proteína à destruição, caso não seja possível atingir 
a configuração correta. Essas proteínas são chamadas de chaperonas e constituem uma família 
de muitas proteínas diferentes com função semelhante: elas usam energia da hidrólise de ATP 
para desnovelar proteínas, possibilitando novo enovelamento, dessa vez na forma correta ou no 
lugar correto. 
As chaperonas podem ser encontradas no citossol, nas mitocôndrias e no retículo 
endoplasmático. 
Comparando as diferentes proteínas de choque térmico, ou chaperonas, elas puderam ser 
classificadas em três grupos: o das hsp60, o das hsp70 e o das hsp90, com modos de ação 
ligeiramente diferentes. 
25. Qual o destino das proteínas enoveladas de forma inadequada? 
Podem ser desnoveladas para serem dobradas corretamente ou levá-las para a degradação 
proteossomal. Moléculas anormais são marcadas e degradadas 
26. Agregados intra e extracelulares de proteínas inadequadamente dobradas podem formar 
acúmulos proteicos insolúveis. Este processo de dobramento inadequado de proteínas dá 
origem a diversas doenças. Comente a relação entre os agregados proteicos e a etiologia: 
a) Do Alzheimer 
O componente que se acumula na doença de Alzheimer é um peptídio formado por 40-43 
aminoácidos denominado proteína β-amilóide (A β) A proteína β-amilóide (A β) que se deposita no 
cérebro é derivada, por clivagem, de uma proteína maior, a proteína precursora amiloide, que é uma 
proteína com um único domínio transmembrana, expressa na superfície de células neurais e em 
outros tecidos. Métodos de cristalografia de raio-X e espectroscopia de infravermelho 
demonstram uma conformação característica de folha β-pregueada na forma de fibrilas. Este 
peptídio quando agregado nesta configuração é neurotóxico. 
b) Da “doença da vaca louca” 
Também conhecida como encefalopatia espongiforme (pois deixa o cérebro cheio de buracos) 
bovina, a “doença da vaca loca” é causada por uma única proteína, um príon. Príon é uma doença 
comum e necessária encontrada no tecido cerebral (embora sua função ainda seja um mistério). 
 
 
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c) Do diabetes tipo II 
O polipeptídeo amiloide das ilhotas (amilina — Amylin is an important hormone that is co-
localized, co-packaged, and co-secreted with insulin from islet β cells. Physiologically, amylin 
regulates glucose homeostasis by inhibiting insulin and glucagon secretion) é secretado pelas 
células β pancreáticas. A amilina é um peptídeo de 37 aminoácidos e pode levar à deposição de 
amiloide ao redor das ilhotas, destruindo gradualmente as células. Pathologically, human IAPP has 
a propensity to form oligomers and aggregate. The oligomers show misfolded alfa-helix 
conformation and can further convert themselves to β-sheet-rich fibrils as amyloiddeposits. The 
pathological findings and physiological functions of amylin have led to the introduction of 
pramlintide, an amylin analog, for the treatment of diabetes.