Proteínas: Estrutura e Funções

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Proteínas
As proteínas são formadas por resíduos de
aminoácidos, unidos entre si por ligações
peptídicas.
Como forma a ligação peptídica?
Ela é formada pela desidratação do
grupamento alfacarboxila de um
aminoácido com o grupamento alfaamino
do outro aminoácido. Relembrando que a
ligação peptídica é uma ligação covalente.
A imagem acima mostra um peptídeo
formado por 4 resíduos de aminoácido.
Cada aminoácido participante de um
peptídeo de uma proteína é denominado
resíduo. As ligações peptídicas estão
destacadas pelo círculo vermelho e em
verde estão indicadas as cadeias laterais.
Qual é o tamanho de uma cadeia
polipeptídica em uma proteína?
O tamanho da cadeia polipeptídica pode
variar, desde uma proteína pequena
aproximadamente 100 resíduos de
aminoácido) até as grandes como a
timina com (27 mil resíduos de
aminoácidos). A grande maioria das
proteínas possuem menos de 2 mil
resíduos de aminoácidos.
Uma proteína pode ter apenas uma
cadeia polipeptídica ou mais cadeias.
Além disso, destaca-se que a
composição de aminoácidos podem
variar em diferentes proteínas.
Funções das proteínas
São moléculas versáteis, a função de
uma proteína está relacionada com a
estrutura 3D de uma proteína, ou seja,
está relacionada a sua conformação.
A conformação por sua vez tem relação
direta com a sequência de resíduos de
aminoácidos da cadeia polipeptídica,
quando uma proteína perde sua
conformação, ela perde sua função.
Funções:
★ estrutural
○ colágeno, que constitui tecido
conjuntivo
★ defesa
○ imunoglobulinas
★ transporte
○ hemoglobina
★ enzimática
○ aumentam a velocidade das reações
★ além de funções nutricionais,
contrátil, armazenamento, receptores
de hormônios e neurotransmissores,
mensageiros intracelulares.
Forma das proteínas
As proteínas podem ser classificadas
através de sua forma.
★ fibrosas
○ são aquelas que apresentam cadeias
polipeptídicas em forma de longos
filamentos ou folhas
○ são resistentes e flexíveis
○ insolúveis em água, são proteínas que
desempenham função estrutural
(garantindo suporte, forma e proteção
externa)
○ possui estrutura tridimensional simples
○ exemplo: queratina, colágeno, fibrina
★ globulares
○ proteínas em formas de
globos/esféricas
○ apresentam função dinâmicas
○ são hidrossolúveis
○ exemplos: enzimas, imunoglobulinas
★ proteínas de membrana
○ grande parte da proteína interage com
membrana plasmática ou com a
membrana de uma organela
○ exemplos: receptores, canais iônicos
Outra forma de classificar as proteínas é
quanto a presença ou não de um grupo
prostético na sua estrutura.
★ proteína simples:
○ contém apenas resíduos de
aminoácidos e nenhum outro
constituinte químico. Exemplo:
queratina.
★ proteína conjugada:
○ possuem além da cadeia polipeptídica,
um grupo prostético, que pode ser um
lipídio, carboidrato, grupamento
fosfato, heme, nucleotídeo de flavina
ou um metal. Exemplo: mioglobina,
proteina que contém como grupo
prostético um heme
○ mioglobina: (imagem acima),
apresenta uma cadeia
polipeptídica e o grupamento
heme.
○ hemoglobina: composta por quatro
cadeias polipeptídicas, e cada
cadeia apresenta um grupamento
prostético heme, no qual o átomo
de ferro está coordenando com 4
átomos de nitrogênio.
Níveis estruturais das proteínas
Estão organizadas estruturalmente em 4
níveis hierárquicos:
★ primária
○ diz respeito a sequencia
/quantidade de resíduos
aminoácidos e a composição deles
na proteína e ligadas apenas pelas
lig. peptídicas
★ secundária
○ arranjos estáveis de resíduos de
aminoácidos que dá origem a
padrões estruturais recorrentes,
como é o caso da alfa-hélice
★ terciária
○ estrutura tridimensional, enovelada,
complexidade estrutural elevado
★ quaternária
○ mais de uma cadeia polipeptídica e
interação entre cadeias polipeptídicas
através de ligações não covalentes.
Estrutura primária
Refere-se a estrutura covalente dessa
proteína, ou seja, inclui as ligações
peptídicas e pontes de sulfeto. Ela
determina a forma tridimensional da
proteína, diferenças nas funções são
resultados nas diferenças na composição e
na sequência de resíduos de aminoácidos
dessa proteína.
Exemplificado abaixo, há a estrutura
primária da insulina bovina. Constituída por
duas cadeias polipeptídicas e ligações de
sulfeto, intra e inter cadeias.
Estrutura secundária
Refere-se a uma estrutura local da cadeia
polipeptídica, com arranjos estáveis de
resíduos de aminoácidos dando origem a
padrões estruturais recorrentes. Exemplos:
hélices alfa, folha beta pregueada e tripla
hélice do colágeno.
Acontecem interações entre resíduos de
aminoácidos que se encontram próximos
na estrutura primária.
Alfa-hélice: há uma ligação de H entre o
oxigênio do grupo carbonila de uma ligação
peptídica e um hidrogênio amídico de outra
ligação peptídica vizinha. A ligação de H
está representado pelo tracejado azul e são
individualmente ligações fracas, mas como
estão em grande número na alfa-hélice
elas conferem uma estabilidade a esta
estrutura.
Os grupos R (cadeias laterais dos
resíduos de aminoácidos) se projetam
para fora do esqueleto helicoidal.
Abaixo, mostra outro tipo de estrutura
secundária: conformação folha beta
pregueada: também estabilizada por
ligações de H, essa estrutura a cadeia
polipeptídica se encontra estendida de
forma pregueada lembrando a dobradura
de papel.
Essa estrutura é pregueada pois as
ligações C-C são tetraédricas e não
podem existir em configuração planar. A
folha beta pregueada pode existir de
forma:
★ folha beta antiparalela: cadeias
polipeptídicas seguem em direções
opostas
★ folha beta paralela: cadeias
polipeptídicas seguem na mesma
direção
Exemplo de estrutura secundária beta
pregueada: proteína fibroína da seda
Pode-se observar na imagem abaixo, a
fibroína que consiste em camadas de folha
betas antiparalelas muito ricas em dois
tipos de resíduos de aminoácidos: alanina e
glicina.
Na imagem abaixo, observa-se que as fitas
das sedas mostradas em azul através da
micrografia eletrônica, as fitas da seda
emergindo de uma fiambreira de uma
aranha.
Resumindo: tanto as fibras dos tecidos
das sedas quanto das teias de aranha,
são
formadas principalmente pela proteína
fibroína.
Tripla hélice do colágeno
Outro exemplo de estrutura secundária.
Pode-se observar que há 3 hélices
entrelaçadas, há três resíduos de
aminoácidos por volta. Tem a: glicina,
prolina, 4-hidroxiprolina que são
aminoácidos que recorrem a essa
estrutura.
Observa-se que na parte interna do
colágeno, de uma visão de cima, na parte
interna dessas três cadeias, ficam
localizados os resíduos de glicina
(vermelho), por ser um aminoácido
pequeno, ela se encaixa perfeitamente e
é necessária para uma junção firme na
região onde essas 3 cadeias entram em
contato.
Estrutura terciária
Conformação tridimensional da proteína,
ou seja, o dobramento dos elementos de
sua estrutura secundária, juntamente
com as disposições espaciais das cadeias
laterais. Definida pela estrutura primária,
muitas vezes resíduos de aminoácidos
que estão distantes na estrutura primária,
vão se aproximar na estrutura terciária.
Essa estrutura é estabilizada por várias
interações, como: ligações iônicas,
ligações de H, interações higroscópicas e
as pontes de sulfeto que estabilizam essa
estrutura. Exemplo: mioglobina
Proteínas globulares com resíduos de
aminoácidos polares na superfície.
Em proteínas globulares, resíduos de
aminoácidos apolares ocupam
preferencialmente o interior da proteína,
fora do contato com o solvente aquoso,
enquanto os resíduos de aminoácidos
polares são localizados na superfície.
Na imagem acima, do lado esquerdo,
observa-se em vermelho, as cadeias
laterais hidrofóbicas, na parte interior na
proteína. A direita, em verde, as cadeias
laterais hidrofílicas, em contato com
solvente aquoso.
Estrutura quaternária
Abaixo está representada a estrutura da
hemoglobina, proteína de estrutura
quaternária, apresentando interação entre
mais de uma cadeia polipeptídica. A
hemoglobina apresenta 4 cadeias: 2 alfa e 2
beta, sendo que em cada cadeia
polipeptídica tem-se um grupo prostético
heme.
Lembrandoque toda molécula que tem
mais de uma cadeia polipeptídica
apresenta estrutura quaternária, nada
mais é do que uma interação entre essas
cadeias geralmente por interações não
covalentes.
Desnaturação e renaturação de
proteínas
Desnaturação: ocorre quando a proteína
é submetida a determinados agentes,
como: temperatura elevada, solventes
orgânicos (rompimento de interações
hidrofóbicas), extremos de pH (alteração
na carga repulsão eletrostática), que
causam a perda na estrutura
tridimensional suficiente para causar
perda da função. Não afeta a estrutura
primária, as ligações peptídicas são
preservadas.
Ocorre a perda da estrutura de uma parte
da molécula que desestabiliza as demais,
caracterizando como um processo
cooperativo.
Em algumas circunstâncias, a remoção
do agente desnaturante pode ocasionar o
retorno da proteína no seu estado nativo
original, nesse caso, há uma renaturação
da proteína,
Agora, apresenta-se como a alteração na
conformação de uma proteína devido a
uma mudança de um aminoácido na
estrutura primária que pode acarretar em
doenças.
Anemia falciforme - doença molecular da
hemoglobina
Ocorre uma substituição de um resíduo de
glutamato por valina, na posição 6 de cada
cadeia beta, como resultado dessa
mudança, a hemoglobina S tem uma
porção hidrofóbica na sua superfície e isso
no momento da desoxigenação, causa
agregação das moléculas em filamento que
se associam em fibras insolúveis e os
eritrócitos dessa doença adotam um
formato pontiagudo ou forma de foice.
Doença priônicas: encefalopatias
espongiformes (doença da vaca louca)
Doenças relacionadas incluem a doença de
Creutzfeldt-jakob, em humanos e a scrapie
em ovinos. Todas essas doenças são
consideradas encefalopatia espongiforme
porque o cérebro fica morfologicamente
igual uma esponja.
A figura abaixo mostra bem essa forma
esponjosa onde há vários vacúolos
intracelulares no córtex cerebral. A doença
ocorre quando a proteína prion celular
apresenta uma conformação alterada,
chamada de prion scrapie.
A estrutura da proteína prion celular se
caracteriza principalmente por hélices alfa,
enquanto a prion scrapie apresenta muitas
folhas beta, a interação da proteína prion
scrapie com a proteína prion celular,
converte a prion celular em prion scrapie,
causando a doença. Com o tempo de
progressão, leva a morte do indivíduo.
Esse é um bom exemplo para ilustrar a
importância da conformação adequada
de uma proteína para as funções
celulares.