A estruturas secundaria das proteinas - Copia

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE 
CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS E DA SAÚDE 
DEPARTAMENTO DE FISIOLOGIA 
 
 
 
 
 
 
 
Apostila 
 
 
 
 
 
 
Estruturas secundárias das proteínas e conformações 
e funções biológicas das proteínas fibrosas 
 
 
 
 
 
Paulo de Tarso Gonçalves Leopoldo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
São Cristóvão, 
2015. 
 2 
II - Tema Central: Estruturas secundárias das proteínas e conformações e funções 
biológicas das proteínas fibrosas 
: 
 
 
III - Duração: 2 horas/aula 
 
 
IV - Estratégia: Aula Expositiva 
 
V - Meta 
 
Identificar as estruturas secundárias das proteínas e arquitetura molecular 
das proteínas fibrosas, associando-as com as funções biológicas que essas proteínas 
exercem na natureza. 
 
VI Objetivos específicos 
 
1. Descrever os níveis estruturais da organização das proteínas fibrosas; 
2. Descrever a estrutura da α-hélice; 
3. Descrever as condições necessárias à formação de uma α-hélice; 
4. Descrever os impedimentos à formação de uma α-hélice; 
5. Descrever a organização das α-queratinas no cabelo; 
6. Descrever a estrutura secundária da conformação-β; 
7. Diferenciar as estruturas secundárias das α- e β-queratinas; 
8. Citar as funções biológicas do colágeno; 
9. Descrever a conformação tripla hélice; 
10. Descrever as características da elastina. 
 
VII - Conteúdo Programático: 
 
1. Introdução 
2. Níveis estruturais da organização protéica 
3. A estrutura primária 
4. A conformação da α-hélice 
4.1 Condições a formação de uma α-hélice 
4.2 Impedimentos à formação de uma α-hélice 
4.3 Organização das cadeias polipeptídicas das α-queratinas no 
cabelo 
5 A conformação-β 
5.1 Características da conformação-β 
6. Estrutura e funções biológicas do colageno 
7. Estrutura da elastina 
8. Conclusões sobre o estudo das proteínas fibrosas 
 3 
Capítulo 5 
 
Estruturas secundárias das proteínas e conformações e funções 
biológicas das proteínas fibrosas 
 
1. Introdução 
 
A estrutura tridimensional de uma proteína está relacionada com os quatro níveis estruturais da 
organização protéica, a saber: estrutura primária, estrutura secundária, estrutura terciária e estrutura 
quaternária (figura 1). A combinação desses quatro níveis estruturais é que origina as diversas estruturas, 
ou a conformação das proteínas. O termo conformação designa as diversas formas que uma molécula 
pode apresentar devido às ligações simples entre os átomos de carbono poder girar livremente. Essa livre 
rotação em torno das ligações simples permite a cadeia polipeptídica assumir um número quase infinito 
de estruturas moleculares. 
 
Figura 1. Os quatro níveis estruturais da organização protéica. 
 
Nesse capítulo estudaremos a estrutura tridimensional das proteínas sob cinco aspectos, a saber: 
 
• A estrutura tridimensional de uma proteína é determinada por sua seqüência de 
aminoácidos; 
• A estrutura tridimensional de uma proteína determina a função que essa biomolécula 
exercerá no ambiente celular; 
• A estrutura tridimensional de uma proteína é singular ou quase singular; 
• Entre o número imenso de estruturas possíveis de conformação das proteínas, podem-se 
reconhecer alguns padrões estruturais comuns na arquitetura protéica; 
• A estrutura tridimensional é estabilizada por interações químicas covalentes e não 
covalentes. 
 
2. A estrutura primária 
 
As proteínas são formadas pelos 20 aminoácidos padrões ou primários. Algumas proteínas ainda 
podem apresentar alguns aminoácidos especiais. Essas biomoléculas diferem entre si tanto na sua 
sequência de aminoácidos, como as estruturas que apresentam e as funções biológicas que desempenham. 
A estrutura primária é o nível mais básico de uma proteína, ou seja, seu esqueleto covalente, contendo sua 
sequência de aminoácidos (figura 2). 
 4 
 
Figura 2. A estrutura primária da insulina, destacando as duas cadeias polipeptídicas A e B, interligadas por 
ligação dissulfeto (S-S). As extremidades amino terminal (+NH3) e carboxila terminal (COO-), de cada cadeia, 
também são representadas. 
 
A organização espacial das proteínas é determinada pelo tipo de aminoácidos que a compõe e de 
como eles estão dispostos uns em relação aos outros. A seqüência de aminoácidos irá determinar o tipo 
possível de interação entre as cadeias laterais dos aminoácidos. Portanto, a estrutura primária é o nível 
mais básico da organização estrutural de proteínas, determinando a formação de todos os outros níveis 
estruturais. A Alteração de um único aminoácido da estrutura primária pode modificar a forma da 
proteína, o que em alguns casos acarreta um melhor desempenho da função, em outras circunstâncias, 
pode causar sérios problemas de saúde, como é o caso da anemia falciforme, doença genética provocada 
pela substituição de um único aminoácido de cada cadeia  da hemoglobina. Essa substituição acarreta 
em mudança da forma da proteína, resultando em prejuízo do desempenho de sua função biológica. 
 
3. Características do esqueleto covalente das proteínas 
 
O esqueleto covalente ou a cadeia principal de uma proteína refere-se aos átomos que participam 
da ligações peptídicas sem considerar a cadeia lateral dos aminoácidos. A cadeia principal apresenta um 
plano que se repete regularmente (C-C-N-C), enquanto a sua parte variável corresponde a cadeia lateral 
dos aminoácidos. O esqueleto covalente das proteínas é polar, apresentando potencial de formação de 
pontes de hidrogênio devido à presença dos grupos carbonila (aceptor de hidrogênio) e o NH (doador de 
hidrogênio). A polaridade do esqueleto covalente das proteínas se deve as formas de ressonância da 
ligação peptídica, como será compreendido no tópico 3.1. 
 
3.1 Configuração da ligação peptídica 
 
Linus Pauling e Corey trabalhando com di e tripeptídeos, através da técnica de difração de raios 
X descreveram a configuração da ligação peptídica fazendo as seguintes conclusões: 
• O comprimento da ligação covalente C-N da ligação peptídica é de cerca de 0,132 nm, 
comprimento esse intermediário entre o da ligação simples (0,140nm) e dupla 
(0,124nm). 
• Os grupos químicos em torno da ligação peptídica (C-C-N-C) são coplanares; 
• A disposição do oxigênio ligado ao carbono (C=O) é trans em relação ao hidrogênio 
bem como os C1 e o C2 (figura 3); 
• A ligação peptídica é rígida, ou seja, não há rotação entre os átomos de C-N. Esse 
caráter parcial de dupla ligação da ligação peptídica impõe uma restrição à rotação em 
torno da ligação C-N. 
 
 5 
 
Figura 3 Configuração trans da ligação peptídica. O carbono da ligação peptídica é representado pela esfera 
preta, no centro da figura, ligada ao oxigênio (esfera rosa), o nitrogênio pela esfera azul e o hidrogênio pela esfera 
cinza. 
 
Esse caráter parcial de dupla ligação apresentado pela ligação peptídica, conferindo rigidez, 
planaridade e um caráter polar ao esqueleto covalente se deve as formas de ressonância dessa ligação 
(figura 4). 
 
Figura 4 - Formas de ressonâncias da ligação peptídica 
 
3.2 Ângulos de torção ou ângulos diedros do esqueleto covalente das proteínas 
 
O esqueleto covalente de uma proteína pode ser desenhado como uma sequência de grupos 
peptídicos rígidos e planares. A conformação do esqueleto covalente pode, portanto ser descrita pelos 
ângulos de torção ou ângulos diedros em torno da ligação C-N (ângulo ) e C-C (ângulo  ) de cada um 
dos resíduos de aminoácidos (figura 5). Os ângulos  e  são definidos como sendo 180º quando a cadeia 
polipeptídica está na sua conformação totalmente distendida e todos os grupos peptídicos no mesmo 
plano. 
 
Figura 5 Esqueleto covalente da proteína descrevendo os átomos dos planos rígidos e 
coplanares 
 
A princípio os ângulos  e  podem assumir qualquer valor entre -180º e +180º , mas alguns 
valores não são permitidos devido aos impedimentos estéricos com a aproximação dos átomos edas 
cadeias lateraisde aminoácidos na estrutura polipeptídica. A conformação na qual tanto  quanto  são 
iguais a 0° é proibida por esse motivo, sendo utilizada meramente como um ponto de referência para 
descrever os ângulos de rotação. Os valores permitidos para  e  são revelados graficamente quando  é 
lançado em gráfico contra  em um Gráfico de Ramachandran (Figura 6), uma representação 
idealizada pela primeira vez por G.N. Ramachandran. 
 
C
O
N
H
C
O
-
N
+
 6 
 
 
Figura 6. O gráfico de Ramachandran destacando os ângulos permitidos de  e  
 
 
4 A estrutura secundária 
 
A estrutura secundária é definida como o arranjo espacial dos resíduos de aminoácidos 
sucessivos e próximos na cadeia polipeptídica, em torno de um eixo imaginário. A estrutura secundária ou 
a conformação das cadeias polipeptídicas de todas as -queratinas é a -hélice. As proteínas do tipo -
queratina são encontradas em estrutura como o cabelo, unhas, casco de animais, escamas de peixe, chifre 
de animais, penas de aves etc. 
 
4.1 Características da estrutura secundária. 
 
A estrutura secundária de uma proteína se caracteriza por apresentar as seguintes propriedades: 
 
• Formação com aminoácidos sucessivos e próximos na cadeia polipeptídica; 
• Apresentar aminoácidos pertencentes a uma única série estereoisomérica; 
• Ser estabilizada por pontes de hidrogênio; 
• Ter os grupos R dos aminoácidos não participando de sua estabilização, sendo 
projetados para fora do plano dessa conformação.. 
 
4.2 A estrutura secundária - O modelo da -hélice 
 
A elucidação da estrutura protéica inicia-se na década de 30 com os experimentos de William 
Astbury. Utilizando-se da técnica da difração de raios X, ele pretendia determinar a forma das proteínas 
encontradas no cabelo, a -queratina. Bombardeando fios de cabelo com raios X, William Astbury 
observou que as -queratinas apresentavam um padrão de espalhamento dos raios que se repetia a cada 
0,54 nm, para o cabelo não exposto ao calor úmido, e de 0,70nm, quando esse cabelo era aquecido com 
calor úmido. Apesar dos resultados obtidos, ele não conseguiu descrever um modelo espacial que 
explicasse a estrutura dessas proteínas. 
Na década de 50 Linus Pauling e Robert Corey descreveram um modelo tridimensional que 
explicava a maneira como as cadeias polipeptídicas das -queratina se arranjavam no espaço, sendo essa 
estrutura denominada -hélice. Para determinar essa conformação Linus Pauling e Corey utilizaram tanto 
os dados obtidos dos estudos com a ligação peptídica quanto os resultados dos estudos de difração de 
raios X obtidos por William Astbury. Na -hélice, a cadeia polipeptídica está enrolada de forma 
helicoidal, tendo a cada volta 3,6 resíduos de aminoácidos (figura 7a). As cadeias laterais dos 
aminoácidos estão projetadas para fora do plano da -hélice (figura 7c). O enrolamento da -hélice se dá 
para a direita (dextrosa), no sentido anti-horário. 
A -hélice é estabilizada por formação de pontes de hidrogênio intracadeia, que se dá com os 
grupos C=O e NH da ligação peptídica, entre os resíduos de aminoácidos sucessivos e próximos na 
seqüência de aminoácidos (figura 7b). Os grupos da cadeia lateral dos aminoácidos não participam da 
estabilização dessa conformação (figura 7c). 
 
 7 
 
Figura 7: a) Estrutura da -hélice destacando a disposição helicoidal da cadeia e a periodicidade, tendo essa estrutura 3,6 
resíduos de aminoácidos por volta b) Estabilização da -hélice por formação de pontes de hidrogênio intramolecular ou intracadeia, 
representada por tracejados de cor rosa. C) Os grupos das cadeias laterais são representados em ambas as estruturas por esferas 
roxas, projetadas para fora do plano da hélice. 
 
4.3 Impedimentos à formação de uma -hélice estável 
 
Nem todos os polipeptídios podem formar uma -hélice estável. Um polipeptídio de lisina, em 
solução a pH 7,0, não forma uma -hélice estável porque apresenta as cadeias laterais carregadas 
positivamente, o que vai causar a repulsão eletrostática devido à proximidade de grupos com carga 
positiva na conformação helicoidal. Em pH 12, contudo, esse polipeptídio encontra-se na forma neutra, 
ou seja, desprotonada e o polipeptídio de lisina forma a -hélice espontaneamente. Este mesmo raciocínio 
pode ser aplicado a um polipeptídio que apresente um grande número de moléculas de ácido aspártico 
próximas na cadeia polipeptídica. Em solução a pH 7,0 não forma -hélice, por apresentar as cadeias 
laterais carregadas negativamente, causando repulsão eletrostática devido à proximidade das cargas 
negativas. Em pH 1,0, contudo, esses aminoácidos encontram-se na forma neutra e o polipeptídio de 
ácido aspártico forma a -hélice espontaneamente. 
O aminoácido prolina desestabiliza a formação de uma -hélice devido a sua cadeia lateral 
formar uma estrutura cíclica com o grupo amino, conferindo, dessa forma, uma rigidez a essa estrutura, 
levando a formação de curvas da cadeia polipeptídica, sempre que aparecer um resíduo de prolina na 
cadeia polipeptídica. Além disso, o grupo amino desse aminoácido não tem um átomo de hidrogênio 
ligado ao nitrogênio, necessário na estabilização da -hélice, por formação de ponte de hidrogênio (figura 
8). 
 
Figura 8. Rigidez da ligação peptídica do o aminoácido prolina 
 
A -hélice é também desestabilizada pela proximidade de aminoácidos com cadeia lateral 
contendo grupos químicos volumosos, devido ao impedimento estérico, ou seja, impedimento em razão 
dos grupos químicos desses aminoácidos não se ajustarem no espaço da -hélice. 
 
 
 
H2C CH2
H2C C
H
N
CO
C
O
N
H
Ligação peptídica
Ligação peptídica
 8 
4.4 Organização das cadeias polipeptídicas das - queratinas no cabelo 
 
Quando fios de cabelo em seu estado natural são examinados ao microscópio eletrônico, 
precisamente nas pontas, em que se fez o corte do fio, observa-se que essa estrutura é formada por várias 
fibrilas (figura 9a). A estrutura básica dessas fibras é a unidade formada por cerca de oito dímeros (figura 
9a) de α-hélice, o protofilamento (figura 9c). Dois protofilamentos se associam formando uma 
protofibrila (figura 11d) e 4 unidades de protofibrilas formam um filamento intermediário ou microfibrila 
(figura 11d). Várias microfibrilas se associam formando macrofibrilas, que unidas preenchem todo o 
citoplasma das células do cabelo, o que faz dela, uma estrutura morta, em que a membrana celular se 
transforma numa estrutura alongada e tubular chamada de cutícula (figura 9a). 
 
Figura 9. Corte transversal de um fio de cabelo representado a organização das -queratinas nessa estrutura 
 
4.5 O estiramento das α-queratinas sob aquecimento se deve a distensibilidade da α-hélice 
 
O cabelo pode ser esticado quando é exposto ao calor úmido,. Ao nível molecular, as α-hélices 
na α-queratina do cabelo são esticadas até atingirem uma conformação β completamente estendida. Após 
resfriamento, ocorre uma reversão espontânea à conformação α-helicoidal. A capacidade de se distender 
quando aquecidas das α-queratinas, bem como suas numerosas ligações dissulfeto cruzadas formam a 
base da ondulação permanente. O cabelo a ser ondulado ou enrolado é primeiramente mantido preso a um 
molde com formato adequado. Uma solução de um agente redutor, geralmente um composto contendo um 
grupo tiol ou sulfidrila (-SH) é, a seguir, aplicado sob aquecimento. O agente redutor cliva as ligações 
cruzadas, reduzindo cada ligação dissulfeto e formando dois resíduos de cisteína. O calor úmido rompe as 
pontes de hidrogênio, desespiralizando as estruturas α-helicoidais das cadeias polipeptídicas. Após um 
certo período de tempo, a solução redutora é removida e um agente oxidante é adicionado para formar 
novas ligações dissulfeto entre pares de resíduos de cisteína de cadeias polipeptídicas adjacentes, mas que 
não serão os mesmos pares existentes antes do tratamento. Após o cabelo ser lavado e resfriado,as 
cadeias polipeptídicas revertem à sua conformação α-helicoidal. As fibras do cabelo agora se curvam no 
formato desejado porque as novas ligações dissulfeto exercem alguma torção ou dobramento nos feixes α-
helicoidais das fibras do cabelo. Uma ondulação permanente não é verdadeiramente permanente porque o 
cabelo cresce; no cabelo novo que substitui o antigo, α-queratina possui o padrão natural das ligações 
dissulfeto do cabelo não ondulado (figura 10). 
 9 
 
 
Figura 10. Ondulamento das α-queratinas 
 
4.6 Características das -queratinas 
 
As -queratinas são proteínas fibrosas cujas cadeias polipeptídicas são ricas em segmentos em 
-hélices. Essas proteínas são encontradas em matérias como chifre, espícula do porco espinho, escamas 
de peixes, lã, casco de animais, entre outras. Essas proteínas apresentam as seguintes características: 
 
• São ricas em aminoácidos apolares, sendo, portanto, insolúveis em água; 
• São interligadas por ligação dissulfeto. As -queratinas são ricas no aminoácido 
derivado cistina, cuja função principal é de interligar as cadeias polipeptídicas, 
conferindo rigidez (dureza) e insolubilidade a essas proteínas (figura 11). O casco da 
tartaruga é mais rígido do que cabelo, porque a -queratina do casco apresenta um 
maior número de ligações dissulfeto do que o cabelo; 
• São esticadas ao dobro do seu tamanho quando aquecidas. 
 
Figura 11. Formação da ligação dissulfeto entre as cadeias polipeptídicas das -queratinas 
 
 
5. A conformação  
 
Os insetos e aracnídeos produzem vários tipos de seda para fabricar estruturas como casulos, 
teias, ninhos e pedúnculos de ovos. A fibroína da seda é uma proteína fibrosa obtida de larvas cultivadas 
do bicho da seda Bombyx mori. Em 1951, ano em que estabeleceram o modelo da -hélice para as -
queratinas, Linus Pauling e Robert Corey também propuseram um modelo para descrever a estrutura 
secundária das cadeias polipeptídicas das -queratinas, denominando-o conformação  ou folha -
pregueada. Nessa conformação as cadeias polipeptídicas estão dispostas lado a lado assumindo um 
aspecto em ziguezague, tendo os grupos R dos aminoácidos localizados acima e abaixo do plano da folha 
. A estabilização da folha pregueada é feita por pontes de hidrogênio intercadeia, com os grupos C=O e 
NH da ligação peptídica (figura 12). 
S S
S S
S S
S S
S S
S S
 10 
 
 
Figura 12. Estrutura da -conformação ou folha -pregueada. Representação da -conformação em forma de uma folha 
pregueada destacando-se a estabilização dessa estrutura por pontes de hidrogênio intercadeia, a posição dos grupos da cadeia lateral 
(esferas vermelhas) dispostas acima e abaixo do plano da folha. 
 
Análise da seqüência de aminoácidos da fibroína demonstra que essa proteína apresenta 
repetição de cadeias polipeptídicas dispostas lado a lado, ricas numa seqüência de seis resíduos de 
aminoácidos (glicina-serina-glicina-alanina-glicina-alanina)n. Uma vez que os grupos laterais dos 
aminoácidos nas cadeias polipeptídicas das -queratinas se estendem para lados opostos da folha  as 
cadeias laterais de glicina da fibroína projetam-se para uma superfície de uma folha , enquanto os 
resíduos de alanina e serina projetam na outra superfície (figura 13). As folhas  empilham-se para formar 
um arranjo microcristalino, em que camadas de folhas adjacentes unidas pelo contato de cadeias laterais 
de glicina se alternam com camadas de folhas unidas pelo contato de cadeias laterais de serina e alanina. 
 
Figura 13 Posições da alanina e glicina na conformação β 
 
As cadeias polipeptídicas das -queratinas assumem tanto disposição paralela quanto 
antiparalela. Na disposição paralela as cadeias polipeptídicas apresentam todos os grupos amino (NH2) 
em uma das extremidades, e todos os grupos carboxilas (COOH) na outra extremidade (figura 14a). Na 
disposição antiparalela, as posições dos grupos amino (NH2) e dos grupos carboxila (COOH) se alternam 
entre as cadeias polipeptídicas (figura 14b). A conformação antiparalela é mais estável do que a 
disposição paralela, devido à orientação das pontes de hidrogênio nelas permitir uma maior interação 
eletrostática, do que nas formas paralelas as. As cadeias polipeptídicas da fibroína apresentam disposição 
antiparalela (figura 14b). 
 
 11 
 
Figura 14 a) -conformação paralela e b) -conformação antiparalela 
 
5.2 Características das -queratinas 
 
As -queratinas apresentam as seguintes características: 
 
• São formadas por aminoácidos cuja cadeia lateral apresenta grupos químicos pequenos como 
glicina; alanina e serina; 
• Entre as cadeias polipeptídicas das -queratinas não ocorre a formação de ligação covalente, 
• Não se distendem quando aquecidas, mas suas cadeias polipeptídicas são flexíveis e dobráveis. 
 
6. Diferenças entre  e -queratinas 
 
As proteínas  e -queratinas apresentam diferenças, quer seja, nas suas estruturas primária e 
secundária, como nas suas propriedades físicas. A tabela 1 apresenta as principais diferenças entre essas 
proteínas. 
 
Tabela 1 - Diferenças entre as proteínas  e -queratinas 
 
Propriedades -queratinas -queratinas 
Disposição das cadeias 
polipeptídicas 
Helicoidal Ziguezague 
 
Estrutura secundária --Hélice -Conformação 
Periodicidade 0,54nm 0,70nm 
Estabilização por pontes de 
hidrogênio 
Intracadeia Intercadeia 
Direção das cadeias polipeptídicas Paralelas Paralelas e antiparalelas 
Presença de ligação covalente entre 
as cadeias polipeptídicas 
Ligação dissulfeto (S-S) Não apresentam ligação 
covalente 
Tipos de aminoácidos que entram 
em sua formação 
Aminoácidos com grupos 
químicos de tamanhos 
variados da cadeia lateral 
Aminoácidos com grupo 
químico pequeno na cadeia 
lateral 
Distensão das cadeias polipeptídicas 
quando aquecidas 
São distendidas ao dobro do 
seu tamanho normal 
São apenas flexíveis e 
dobráveis 
 
7. Estrutura e função do colágeno 
 
O colágeno é uma família de proteínas fibrosas encontrada em todos os organismos 
multicelulares, sendo de importância fundamental na constituição da matriz extracelular do tecido 
conjuntivo, conferindo a esse tecido grande parte de suas propriedades físicas. No homem existem pelo 
menos 30 tipos de colágeno (tabela 2), possuindo diferenças tanto em suas estruturas quanto em suas 
funções. 
O colágeno é a proteína mais abundante dos mamíferos, constituindo a quarta parte de seu peso 
total, caracteriza-se por formar estruturas insolúveis em água e resistentes à força tênsil.É formado por 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Matriz_extracelular
http://pt.wikipedia.org/wiki/Tecido_conjuntivo
http://pt.wikipedia.org/wiki/Tecido_conjuntivo
 12 
fibras rígidas e resistentes ao estiramento.. O colágeno é o principal elemento fibroso da pele, matriz 
orgânica de dentes e ossos, tendão, cartilagem, vasos sangüíneos, córnea dos olhos, etc. 
 
Tabela 2 Tipos de colágenos 
 
Tipo Distribuição 
I Derme da pele, tendão, osso, ligamentos, córnea 
II Cartilagem hialina e elástica, discos vertebrais, humor vítreo do olho 
III Vasos sanguíneos, medula óssea, tecido linfóide, músculo liso, nervos, pulmão, pele fetal 
IV Membranas basais, lâmina externa, cápsula do cristalino do olho 
V Membranas basais da placenta, músculo liso e esquelético 
VI ampla distribuição 
VII Fibrilas de ancoragem nas membranas basais da pele e do âmnio 
VIII Endotélio 
IX Cartilagem 
X Cartilagem mineralizada 
XI Cartilagem 
 
7.1 Composição de aminoácidos do colágeno 
 
O colágeno apresenta 35% de glicina, 11% de alanina e 21% de prolina e hidroxiprolina (um 
aminoácido especial derivado da prolina por hidroxilação). A glicina, o menor aminoácido, é encontrada a 
cada três posições na cadeia polipeptídica (figura 15a). A glicina se encaixa no espaço restrito em que as 
três cadeias polipeptídicas estão juntas. Os resíduos de glicina são parte de uma seqüência repetitiva Gli-
X-Y-, em que Xfreqüentemente é a prolina e Y a hidroxiprolina ou hidroxilisina. Estes dois últimos 
aminoácidos resultam da hidroxilação de certos resíduos de prolina e lisina, após a sua incorporação na 
cadeia polipeptídica. Ressalte-se que as posições de X e Y podem ser ocupadas por qualquer um dos 20 
(vinte) aminoácidos padrões ou primários. 
 
7.2 A tripla-hélice 
 
A unidade básica do colágeno é denominada tropocolágeno. O tropocolágeno é constituído de 
três cadeias polipeptídicas de igual tamanho, apresentando cerca de 1000 resíduos de aminoácidos. Cada 
uma das três cadeias apresenta uma conformação helicoidal, enrolando-se uma em torno da outra, 
formando um cabo rígido (figuras 15b e c). Essa hélice é pontuada de torções ou curvas devido à presença 
dos aminoácidos prolina e hidroxiprolina, na cadeia polipeptídica, aminoácidos esses que são 
incompatíveis com a formação de uma -hélice estável (figuras 15a e 15b). Os aminoácidos prolina e 
hidroxiprolina conferem rigidez ao colágeno. Essa é a estrutura secundária das cadeias polipeptídicas do 
colágeno, proposta por Rich e Francis Crick, sendo denominada tripla hélice. A tripla hélice apresenta 
uma periodicidade de 0,29nm, apresentando 3,3 aminoácidos por volta. 
 13 
 
 
Figura 15. Tropocolágeno - A estrutura básica do colágeno. a) Representação da molécula do tropocolágeno através do 
modelo de fita, destacando a forma de hélice cheia de curva das cadeias polipeptídicas. b) Estrutura do tropocolágeno destacando os 
aminoácidos. No ponto em que as cadeias polipeptídicas se tocam é encontrado o aminoácido glicina. 
 
7.3 Estabilização da tripla hélice. 
 
A tripla hélice é estabilizada por formação de pontes de hidrogênio intercadeia. Essa 
estabilização ocorre com os grupos C=O da ligação peptídica de uma cadeia, como o grupo NH da 
ligação peptídica da segunda cadeia (Figura 16). A cadeia lateral do aminoácido especial hidroxiprolina 
interage com o meio aquoso por formação de pontes de hidrogênio, permitindo ao colágeno formar fibras 
hidratadas. 
 
 
Figura 16. Formação das pontes de hidrogênio entre as cadeias do colágeno, representadas no modelo bola e bastão.O 
hidrogênio(bola branca) ligado covalente a um nitrogênio (bola azul) de uma cadeia é atraído por um oxigênio (bola vermelha) de 
um grupo carbonila de outra cadeia. 
 14 
7.4 Arranjo das fibras do colágeno. 
 
Várias unidades de tropocolágeno arranjam-se em feixes paralelos formando fibras. Essas 
unidades de distribuem ao longo da fibra com um espaçamento entre as cabeças de tropocolágeno de 
64nm, originando as estriações característica dessas fibras, visíveis ao microscópio eletrônico (figuras 
15d e 17). 
 
Figura 17. Fibrilas de colágeno vistas ao microscópio eletrônico 
 
 15 
7.5 Papel de alguns aminoácidos na estrutura do colágeno 
 
7.5.1 Importância da glicina 
 
Como o interior do cabo helicoidal trifilamentar é muito apertado, o único aminoácido que pode 
se comportar nesse espaço é a glicina (figura 15a). Isso explica o motivo pelo qual ela ocupa sempre a 
terceira posição do tropocolágeno. Este exemplo é esclarecedor da importância da glicina apresentar um 
átomo de hidrogênio na sua cadeia lateral, sendo, portanto, uma molécula simétrica. A presença da glicina 
a cada terceira posição é tão importante, que substituições desse aminoácido podem levar a formação de 
colágenos defeituosos, com estruturas frouxas, não aptas para o desempenho de suas funções biológicas. 
Alguns defeitos genéticos humanos na estrutura do colágeno ilustram a relação próxima que 
existe entre a seqüência de aminoácidos e a estrutura tridimensional desta proteína. A osteogenesis 
imperfecta é caracterizada por uma formação óssea anormal em bebês; a síndrome de Ehlers-Danlos, por 
juntas frouxas. Ambas as condições podem ser letais e resultam da substituição de um resíduo de glicina 
em cada cadeia  por um resíduo de aminoácido com um grupo R maior, como a fenilalanina ou serina. 
Essas substituições de um único resíduo têm um efeito catastrófico sobre a função do colágeno porque 
elas rompem a repetição Gly-X-Pro que dá ao colágeno a sua estrutura helicoidal característica. Dado o 
seu papel na hélice tripla do colágeno a glicina não pode ser substituída por outro resíduo de aminoácido 
sem levar a efeitos substancialmente deletérios sobre a estrutura. 
 
7.5.2 O escorbuto 
 
A hidroxiprolina no colágeno é formada após a síntese da cadeia polipeptídica. Alguns resíduos 
de prolina do colágeno são convertidos em hidroxiprolina numa reação catalisada pela enzima prolil 
hidroxilase. Essa enzima necessita de ácido ascórbico (a vitamina C) como coenzima em sua atividade 
catalítica. No escorbuto, doença carencial que ocorre devido à deficiência de vitamina C na alimentação, 
o colágeno recém sintetizado não pode formar fibras adequadas, o que resulta em lesões na pele, 
fragilidade dos vasos sanguíneos, cicatrização dificultada e até mesmo a morte. O escorbuto era comum 
em marinheiros em longas viagens. Nessas viagens a alimentação era destituída de frutas e vegetais, 
alimentos ricos em vitamina C. James Cook propôs a introdução de limão na alimentação desses 
marinheiros, resolvendo assim, o problema do escorbuto. 
 
7.6 Formação de ligações cruzadas no colágeno 
 
As cadeias polipeptídicas do colágeno podem ser interligadas por uma ligação covalente incomu 
que ocorre entre os resíduos de lisina, hidroxilisina e histida de cada cadeia. Uma enzima presente no 
espaço extracelular, a lisil oxidase atua sobre os resíduos de lisina, oxidando-os e produzindo δ-aldeídos. 
denominados alisinas. Duas alisina reagem formando uma alisina aldol. A alisina aldol reage com um 
resíduo de histidina produzindo uma aldol histidina. A aldol histidina por sua vez reage com um resíduo 
de hidroxi lisina formando a ligação cruzada denominada histidino deidroidroxi merodesmosina (figura 
18). O grau de ligações cruzadas aumenta com a idade, conferindo uma estrutura do colágeno mais 
rígida. Isso explica o motivo pelo qual os idosos apresentam um caminhar lento, bem como a razão da 
carne de animais mais velhos ser mais dura do que a de animais jovens. 
 16 
 
Figura 18 Ligação cruzada entre as cadeias polipeptídicas do colágeno 
 
 
8. Estrutura e função da elastina 
 
A elastina é uma proteína da matriz extracelular com propriedades elásticas, sendo considerada 
uma proteína fibrosa devido a sua função estrutural e insolubilidade em água. As cadeias polipeptídicas 
da elastina podem ser distendidas até várias vezes seu comprimento normal, mas retorna à sua forma 
original quando a força de estiramento é relaxada. Essa proteína é encontrada na parede das artérias de 
grande calibre e nos ligamentos elásticos. 
 17 
A elastina é composta principalmente de resíduos de aminoácidos pequenos e apolares, como 
glicina, alatina e valina. Na sua composição também podem ser encontrados os aminoácidos prolina e 
lisina, pouca hidroxiprolina e nenhuma hidroxilisina. As fibras de elastina são formadas como uma rede 
tridimensional de polipeptídios, de conformação irregular. As. Quatro cadeias laterais de lisina (de quatro 
cadeias polipeptídicas diferentes de elastina) podem ser covalentemente unidas para formar uma ligação 
cruzada de desmosina. Isto resulta em uma rede elástica extensamente interconectada, que quando forçada 
pode estirar-se e dobrar-se em qualquer direção dando elasticidade ao tecido. A elastina parece não ter 
uma estrutura secundária regular, mas apresenta uma estrutura enovelada em que os resíduos de 
aminoácidos são móveis. A elevada distensão das cadeias polipeptídicas da elastina, embora apresente 
ligações cruzadas, confere a elastina uma elasticidade como a da borracha. Os resíduos de lisina na 
elastina são oxidados em presença da enzima lisil oxidase, sendo convertidos a alisina. Três resíduos de 
alisina e uma lisina de regiões diferentes da cadeia polipeptídica reagem formandoa estrutura 
heterocíclica da desmosina ou isodesmosina, estabelecendo ligações cruzadas covalentemente entre as 
cadeias polipeptídicas da elastina. 
 
9. A síndrome de Marfan 
A síndrome de Marfan é uma doença que afeta o tecido conjuntivo. Os sintomas dessa síndrome 
são o resultado de defeitos hereditários de uma glicoproteína da matriz extracelular, a fibrilina 1. O gene 
de fibrilina (FBN1) está localizado no cromossomo 15q21.1. Esse gene codifica uma proteína 
profibrillina (com 2871 aminoácidos, com um peso molecular de aproximadamente 350 KDa). Há 5 
diferentes regiões estruturais da proteína fibrilina. A maior destas regiões estruturais compreende 75% da 
proteína total e é composto por 46 repetições do tipo EGF. Estas repetições do tipo EGF são domínios 
ricos em cisteína que foram primeiro identificados no fator de crescimento epidérmico (EGF). 
9.1 Características clínicas da síndrome de Marfan 
As manifestações da síndrome de Marfan se caracterizam pela elevada estatura dos pacientes, 
acompanhadas de dolicostenomelia (condição de extremidades longas e finas) e aracnodactilia (dedos 
anormalmente longos e delgados), hipermobilidade articular e contratura, deformidade da coluna e tórax 
anterior, prolapso da válvula mitral, dilatação e dissecção da aorta ascendente pneumotórax, e ectopia 
lentis (deslocamento da lente cristalina do olho). O diagnóstico preciso dessa síndrome baseia-se na 
presença de uma combinação de manifestações em vários sistemas de órgãos, tal como descrito abaixo. 
Anormalidades esqueléticas. Os indivíduos com a síndrome de Marfan são mais altos em 
qualquer idade, quando comparados com pessoas normais.. A estatura elevada é o resultado do 
crescimento excessivo dos ossos , como pernas, braços e dedos (desproporcionalmente longos). Como 
indicado acima, este fenótipo é chamado dolicostenomelia, em que o diagnóstico caracteriza-se pela 
extensão de braço exceder a altura do corpo. 
Anormalidades Cardiovasculares: O prolapso da válvula mitral é o achado mais comum em 
crianças com a síndrome de Marfan. Esse prolapso é devido à redundância do tecido valvar, alongamento 
do anel da valva (anel da válvula) e alongamento de cordas tendíneas (estes são os tendões que ligam os 
músculos papilares para as válvulas tricúspide e mitral). O prolapso da válvula mitral progredirirá para 
insuficiência mitral grave que requer intervenção cirúrgica geralmente antes dos 10 anos de idade. A 
dilatação progressiva das porções proximais de aorta e principais artérias pulmonares são importantes 
indicadores de diagnósticos e prognósticos da MSF. 
Anormalidades pulmonares. A combinação da deformação do tórax anterior e os resultados 
pectus excavatum, uma redução do volume do pulmão, que pode levar a graves déficits pulmonares 
restritivos. O pneumotórax espontâneo ocorre em 4 a 5% dos pacientes com essa síndrome. Devido a 
flacidez do tecido da hipofaring, a apnéia do sono obstrutiva é um sintoma comum. 
Anormalidades oculares. Na síndrome de Marfan ocorre o deslocamento da lente a partir do 
centro da pupila (ectopia lentis). Devido à presença desse sintoma, uma percentagem elevada de doentes 
MFS, o deslocamento da lente, na ausência de qualquer acontecimento traumático, a MFS não deve ser 
desconsiderada no diagnóstico. A córnea de MFS pacientes muitas vezes é mais plana do que o normal. A 
detecção da anormalidade da córnea e a correção cirúrgica são necessárias em uma idade precoce para 
prevenir a ambliopia persistente (olho preguiçoso). Na idade avançada os pacientes com MFS sofrem de 
cataratas ou glaucoma. 
 
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 Referências: 
 
BERG, J. M, TYMOCZKO, J. L., STRYER, L. Bioquímica. 5a edição, Rio de Janeiro, 
Guanabara-Koogan, 2004. 
 
CHAMPE, P., C., HARVEY, R. A. Bioquímica Ilustrada, 2a Edição, Editora Artes Médicas, 
1997. 
 
KOOLMAN, J. RÖHM, KLAUS-HEINRICH. Bioquímica. 3a Edição, Porto Alegre, Editora 
Artmed, 2005. 
 
NELSON, D.L, COX, M. M. Lehninger Princípios de Bioquímica. 2. Edição, São Paulo, 
Sarvier, 1995. 
 
NELSON, D.L, COX, M. M. Lehninger Princípios de Bioquímica. 3. Edição, São Paulo, 
Sarvier, 2002. 
 
STRYER, L. Bioquímica. 4ª edição, Rio de Janeiro, Guanabara-Koogan, 1996. 
 
VOET, D, VOET, J. G, PRATT , C W. Fundamentos de Bioquímica. 1a Edição, Porto Alegre, 
Editora Artmed, 2000.