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Introdução geral das proteínas *Macromoléculas compostas de uma ou mais cadeias polipeptídicas, cada uma possuindo uma sequência característica de aminoácidos (AA) unidos por ligações peptídicas *Devido às sequências de aminoácidos e às interações que as cadeias laterais podem ter, existem muitas conformações possíveis para as proteínas → somente a conformação NATIVA possui atividade biológica *O tamanho e a composição de cada proteína são muito característicos → proteínas com poucos resíduos de aminoácidos e proteínas com muitos resíduos de aminoácidos → no momento que a proteína é definida por uma estrutura, seu funcionamento fica condicionado a ela (determinação genética) Classificação das proteínas *SIMPLES: compostas somente por aminoácidos → caso as ligações peptídicas sejam hidrolisadas, o composto resultante será somente aminoácidos ex: ribonuclease A *CONJUGADAS: têm um grupo não aminoácido ligado a ela → tem duas partes: APOPROTEÍNA (composta somente por aminoácidos) e GRUPO PROSTÉTICO (parte de natureza não proteica) ex: glicoproteínas (grupo prostético é um carboidrato) na ausência do grupo prostético, a proteína NÃO FUNCIONA Estrutura das proteínas *FIBROSAS: mais alongadas → ricas em aminoácidos hidrofóbicos (no interior e na superfície) → insolubilidade nos solventes aquosos (proteínas são mais resistentes) → mais envolvidas em função estrutural do que em outras funções → enovelam-se para proporcionar grande resistência nos locais onde se encontram ex: queratina (confere resistência ao cabelo) e colágeno (encontrado nos tendões e nas articulações) OBS: COLÁGENO • cadeia polipeptídica – estrutura quaternária • composto por três cadeias peptídicas que se torcem como se fossem cordas (pontos de torções têm uma tríade de aminoácidos – o primeiro é obrigatoriamente a GLICINA, que pode ser seguido de PROLINA e HIDROXIPROLINA) • glicina (que tem o H como cadeia lateral e, por isso, a acomodação do grupo é perfeita) proporciona grande resistência ao colágeno, pois permite que as torções não tenham folgas • quando existe alguma modificação de aminoácido na cadeia do colágeno, de modo que a glicina seja substituída, pode haver uma folga nas torções, reduzindo a resistência do colágeno SÍNDROME DE EHLERS-DANLOS dependendo do tipo/tamanho do aminoácido substituto, ocorrem diferentes mudanças na estrutura do colágeno modificação no aminoácido é determinada geneticamente *GLOBULARES: estrutura mais ou menos esférica → sua superfície apresenta aminoácidos hidrofílicos (permitem a interação com o meio) ex: enzimas, hemoglobina (transporte de oxigênio entre os pulmões e os tecidos) → maioria não tem função estrutural, mas sim função enzimática, transportadora, de armazenamento Estruturas das proteínas *Pré-requisitos de uma estrutura de proteína → função → ligação específica → flexibilidade → solubilidade ou lipofilicidade → estabilidade → degradabilidade Proteínas OBS: • a estrutura tridimensional é flexível e dinâmica, com movimentos rápidos de flutuação na posição exata de cadeias laterais de aminoácidos e domínios • essas flutuações são como tremores ou vibrações que podem ocorrer sem desnaturação; permitem que íons e água se difundam através da estrutura e fornecem conformações alternativas para a ligação de ligantes Estrutura primária *A sequência correta dos aminoácidos define o enovelamento correto da proteína para que ela se torne funcional → qualquer mudança (ainda que na ordem de um aminoácido) reflete na estrutura terciaria, pois interfere na forma como as cadeias laterais irão interagir (deve haver sincronia na interação) *A ordem na qual os aminoácidos estão ligados (ainda que os aminoácidos que compõem duas proteínas sejam os mesmos, se a sua ordem/disposição for diferente, as estruturas primárias são distintas) *Primeira etapa unidimensional na especificação da estrutura tridimensional de uma proteína que, por sua vez, determina as suas propriedades *Depende de ligações covalentes ALTERAÇÕES NA ESTRUTURA PRIMÁRIA: ANEMIAL FALCIFORME *A alteração de um único aminoácido pode ocasionar consequências desastrosas para alguns organismos *A anemia falciforme está relacionada à alteração de um aminoácido nas cadeias beta da hemoglobina *Como a sequência de aminoácidos é determinada geneticamente, uma alteração na hemoglobina modificada (hemoglobina S) resulta na troca do GLUTAMATO da posição 6 de uma cadeia beta por uma VALINA → consequência: hemácias que carregam hemoglobina adquirem a forma de foice à medida que a hemoglobina é desoxigenada → a partir dessa troca, a região onde se encontra a valina se torna uma superfície hidrofóbica que favorece a agregação de outros hemoglobinas também alteradas (S) → formação de uma espécie de “fita” (formato fibroso) que não consegue ser solúvel como a hemácia normal (com o glutamato na posição correta) *Glutamato é um aminoácido de cadeia lateral carregado negativamente (ácido) → com a sua ausência, a hemoglobina alterada tem duas cargas negativas a menos → a valina não tem carga em pH fisiológico (é apolar) – região se torna hidrofóbica *As hemoglobinas carregam o oxigênio e o distribuem, mas, quando se tornam desoxigenadas, não retornam ao pulmão para se reoxigenarem → adquirem forma de foice, perdem a solubilidade, agregam-se → bloqueiam os capilares e impedem que os tecidos sejam devidamente oxigenados → hemácias falciformes são degradadas pelo organismo, resultando numa diminuição do número de hemácias, com consequente deficiência de células vermelhas – ANEMIA Estrutura secundária *Arranjo do esqueleto da cadeia polipeptídicas mantidas por pontes de hidrogênio *A formação do esqueleto peptídico é possível porque existe entre os resíduos de AA ligações com livres rotações seja entre C-C ou C-N → como existe a possibilidade de rotação, há a possibilidade de torção nessa sequência de aminoácidos → isso permite que a estrutura secundária seja uma forma helicoidal ou uma forma mais distendida *As cadeias laterais não são consideradas nesse esqueleto (ficam na parte externa da estrutura) → considera somente as ligações C-C e C-N → pontes de hidrogênio são importantes na estabilização das estruturas *ESTRUTURA -HÉLICE → estrutura helicoidal → estabilizada por pontes de hidrogênio entre C=O e grupo N-H a cada 4 aminoácidos → cada volta possui 3,6 aminoácidos → núcleo da hélice é muito compactado, maximizando associações de energia entre os átomos → encontrada tanto em proteínas globulares como fibrosas → as proteínas podem conter quantidades variáveis da estrutura - hélice → cadeias laterais ficam na parte externa da molécula → a tendência de uma cadeia se enovelar como uma -hélice depende da identidade e da sequência de AA do segmento → conformação rígida que maximiza as pontes de hidrogênio enquanto permanece dentro dos ângulos de rotação permitidos do esqueleto peptídico *ESTRUTURA FOLHA -PREGUEADA: formato de “folha”, mais distendida → “pregueada”: aminoácidos estão em forma de zigue-zague → com pontes de hidrogênio perpendiculares à cadeia - estabilização INTRACADEIA: entre diferentes partes de uma mesma cadeia dobrada sobre si mesma INTERCADEIAS: entre cadeias diferentes → uma mesma proteína pode exibir os dois tipos de estrutura secundária → PARALELA: as fitas polipeptídicas correm na mesma direção (como definido pelos seus terminais amino e carboxila) → ANTIPARALELA: fitas polipeptídicas correm em direções opostas → as cadeias laterais dos aminoácidos de cada fita polipeptídica se alternam para cima e para baixo no plano das folhas β ESTRUTURAS SUPERSECUNDÁRIASOU MOTIVOS *Combinações de estruturas secundárias como a - hélice e - pregueada *Os segmentos polipeptídicos remanescentes conectando as hélices e folhas β são chamados de conformações em alça ou enrolamentos em hélice *Exemplos: hélice-volta-hélice; ALTERAÇÕES NA ESTRUTURA SECUNDÁRIA: DOENÇA DA VACA LOUCA *Encefalopatia espongiforme bovina *Alteração na estrutura secundária *Variação na proteína PRÍON, localizada no sistema nervoso (função ainda não esclarecida) *No cérebro normal, cerca de 40% da estrutura da proteína príon celular (PrPc) apresenta-se na forma - hélice e apenas 3% em folha -pregada → o príon alterado tem cerca de 40% de sua estrutura secundária na forma de folha - pregueada *Consequência: como a proteína se relaciona ao sistema nervoso, este é atingido com a alteração *As doenças causadas por príons são de espécie neurodegenerativas, associadas à degeneração e morte celular do sistema nervoso *Os príons agregados são capazes de se combinar com moléculas da proteína príon celular e induzir nelas a mudança de conformação que as torna patogênicas → uma proteína dá continuidade à alteração da outra → formação gradativa de proteínas priônicas alteradas *Efeitos associados → desordens degenerativas do SNC, conhecidas como encefalopatias espongiformes transmissíveis (aparência esponjosa) → perda de controle motor, demência, paralisia e, por fim, a morte Estrutura terciária *O arranjo tridimensional de todos os átomos da molécula (nesse momento, a proteína adquire sua forma nativa/funcional) *Inclui: cadeias laterais, posições de qualquer grupo prostético, arranjo de seções helicoidais e folha β- pregueada *Cria sítios de ligação específicos e flexíveis para ligantes (os compostos que se ligam) *A estrutura terciária também mantém resíduos na superfície apropriados para a localização celular da proteína, resíduos polares para proteínas citosólicas e resíduos hidrofóbicos para proteínas transmembrana *As estruturas secundárias e terciárias dependem de interações não covalentes → as forças estabilizadoras não-covalentes contribuem para que uma dada proteína adote uma estrutura estável, com baixa energia INTERAÇÕES QUE ESTABILIZAM A ESTRUTURA TERCIÁRIA DAS PROTEÍNAS *PONTES DE HIDROGÊNIO: não são exclusivas dos esqueletos de AA (como é o caso de estrutura secundária), também ocorrem entre as cadeias laterais de aminoácidos *INTERAÇÕES HIDROFÓBICAS: acontecem porque existem cadeias que têm uma característica hidrofóbica (apolares) → resíduos apolares tendem a ficar agrupados no interior da molécula das proteínas → aglomerado de aminoácidos hidrofóbicos formam os núcleos hidrofóbicos ex: proteínas estruturais *ATRAÇÃO ELETROSTÁTICA: aminoácidos com cadeias laterais carregadas têm tendência de se aproximarem de aminoácidos com cadeias laterais de cargas opostas através de uma ligação eletrostática → induz a aproximação de grupos distantes na cadeia polipeptídica e permite a enovelação da proteína e formação da estrutura terciária *COMPLEXAÇÃO COM ÍONS METÁLICOS: muitas cadeias laterais podem estar complexadas com grupos metálicos; estes íons também podem fazer parte dos grupos prostéticos *PONTES DISSULFETO: formam ligações covalentes entre as cadeias laterais de cisteínas → proteína se torna menos solúvel → caso a ponte se rompa, a proteína não estará na forma terciária nativa, ou seja, não terá funcionalidade *Essas interações são importantes para que a proteína se enovele *Na estrutura terciária as forças estabilizadoras permitem que resíduos que estavam distantes na estrutura primária estejam próximos uns dos outros na estrutura tridimensional, que é produzida pelo enovelamento da proteína *Quando a proteína se dobra sobre si mesma, ela pode assumir uma forma globular compacta *Quando uma cadeia polipeptídica interage com outra ela pode assumir a forma de bastão OBS: • não necessariamente uma proteína exibe todas as interações possíveis para uma estrutura terciária – a composição de aminoácidos (estrutura primária) que define as interações entre as cadeias laterais • uma proteína pode não exibir todos os aminoácidos possíveis • a HEMOGLOBINA e a MIOGLOBINA não possuem pontes dissulfeto; no entanto, estas proteínas que transportam oxigênio possuem íons ferro como grupo prostético • a TRIPSINA e a QUIMIOTRIPSINA possuem pontes dissulfeto e não grupos prostéticos MIOGLOBINA *Uma proteína de armazenamento de oxigênio nos músculos possui estrutura terciária *Presente no coração e no músculo esquelético *153 resíduos de AA possuindo um grupo prostético HEME *Na estrutura secundária: 8 regiões de -hélice (nesta proteína não há regiões β- pregueadas) estabilizadas por pontes de hidrogênio *Estrutura globular, na qual os átomos interiores estão bem próximos uns dos outros → forças responsáveis pela estrutura tridimensional *GRUPO HEME: geralmente ligado a um metal → acomoda-se no interior da molécula (bolsão hidrofóbico) → o heme consiste em um anel de porfirina planar composto de quatro anéis pirrólicos que se localizam com seus átomos de nitrogênio no centro, ligando-se a um átomo de Fe2+ → ANEL PORFIRÍNICO + ÍON FERRO → mantido em posição por atrações hidrofóbicas entre seu anel porfirínico e as cadeias apolares da proteína → ANEL PORFIRÍNICO: tem 4 grupamentos amino → o íon ferro faz 6 ligações: 4 com os nitrogênios, 1 com a proteína (em resíduos de aminoácidos), 1 com o oxigênio → ligação deve ser REVERSÍVEL → para proteger o ferro da oxidação (que impediria a interação com o oxigênio), existe uma “porta” formada por alguns aminoácidos → quando está na proteína, o grupo heme é mantido por interações hidrofóbicas OBS: DOBRAS NAS PROTEÍNAS GLOBULARES • padrões relativamente grandes de estrutura tridimensional • uma atividade característica está associada a cada dobra, como ligação e hidrólise de ATP (a dobra de actina) ou ligação de NAD+ (a dobra de ligação de nucleotídeo) OBS: CASO CLÍNICO • grandes lesões de músculo esquelético resultantes de trauma físico ou falta de produção de ATP resultam em edema celular e na liberação de mioglobina e de outras proteínas para o sangue; a mioglobina passa para a urina e a torna vermelha devido ao fato de o heme (o qual é vermelho) permanecer ligado de forma covalente à proteína • durante um IAM, a mioglobina é uma das primeiras proteínas liberadas do tecido cardíaco lesado Estrutura quaternária *Caracterizada por proteínas que têm mais de uma cadeia polipeptídica (subunidade) → número de cadeias polipeptídicas pode variar → as subunidades podem ser iguais ou diferentes *As cadeias polipeptídicas interagem entre si principalmente por ligações não covalentes (não exclusivamente) *Podem formar dímeros, trímeros, tetrâmeros etc. *Um PROTÔMERO é uma unidade de estrutura composta por subunidades não-idênticas *OLIGÔMERO: uma proteína de múltiplas subunidades composta por subunidades idênticas *Nem todas as proteínas têm estrutura quaternária *Como as subunidades são unidas por interações não covalentes, qualquer mudança/pequena alteração em uma das subunidades (ex: ligação de uma molécula) pode causar mudanças drásticas nas propriedades de um sítio distante (ocasionar alteração conformacional nas outras subunidades) → proteína responde como um todo, de forma cooperativa → fenômeno de ALOSTERIA: proteínas ALOSTÉRICAS mudam a sua conformação - uma subunidade se modifica e influencia no comportamento das outras subunidades → muitas enzimas são reguladas por essa característica alostérica subunidades têm uma fraca interação com o substrato, pois não estão alinhadas para recebê-lo emseu sítio sítio ativo mais exposto permite uma ligação mais forte do substrato HEMOGLOBINA *Uma proteína de transporte de oxigênio com estrutura quaternária (carrega-se com oxigênio nos pulmões e o distribui para os tecidos) *4 cadeias polipeptídicas; 2 -idênticas e 2 β-idênticas (2 β2) *Assim como a mioglobina, também tem o GRUPO HEME como grupo prostético → presente em cada uma das subunidades: cada grupo heme tem capacidade de se ligar com uma molécula de oxigênio → cada molécula de hemoglobina consegue transportar 4 moléculas de oxigênio ao mesmo tempo → ligação deve ser REVERSÍVEL → característica alostérica: o oxigênio se liga nas subunidades da hemoglobina de forma COOPERATIVA (a ligação de uma molécula de oxigênio facilita a ligação da outra) *Comparação da ligação do oxigênio entre a hemoglobina e mioglobina → a saturação da mioglobina com oxigênio se observa um aumento rápido e constante da curva até atingir próximo do ponto de saturação, quando então se estabiliza – tem apenas um grupo heme para receber o oxigênio curva HIPERBÓLICA → a hemoglobina se satura gradativamente à medida que a pressão de oxigênio aumenta – comportamento cooperativo curva SIGMOIDAL → tipos de comportamento estão relacionados com a função destas proteínas: a MIOGLOBINA tem função de ARMAZENAR o oxigênio principalmente nos músculos, já a HEMOGLOBINA tem a função de TRANSPORTAR o oxigênio, por isso, precisa se ligar fortemente ao oxigênio e o liberar facilmente dependendo das condições (não necessariamente são liberadas as quatro moléculas de oxigênio de uma única vez, num único tecido) *Ligação do oxigênio na hemoglobina → a hemoglobina possui uma estrutura quaternária distinta nas formas oxigenadas (as quatro subunidades estão carregadas com oxigênio) e desoxigenadas → 2,3 Bifosfoglicerato (BPG): presente nos eritrócitos, reduz a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio facilitando a liberação de O2 nos tecidos; pouco influencia na ligação do oxigênio nos pulmões, mas possui grande influência na liberação para os tecidos hemoglobina não pode ter muita afinidade com o oxigênio, caso contrário, não irá cedê-lo *Mudanças estruturais que acompanham a função da hemoglobina → distribuição de oxigênio ocorre porque os tecidos sinalizam que precisam dele em função do metabolismo das células → o metabolismo intenso das células ativas resulta na liberação de CO2 e H+ → quando a hemoglobina que está passando na corrente sanguínea encontra esses tecidos (que estão mais ácidos), perde a sua afinidade pelo oxigênio – pois tem mais afinidade com o CO2 → hemoglobina perde seu oxigênio e se liga ao CO2 no centro há um espaço menor subunidades estão mais abertas forma relaxada, proteína ligada fortemente à sua molécula (O2) saindo do pulmão após passar pelos tecidos e liberar oxigênio subunidades se esvaziam e fecham sítios de ligação cavidade entre as subunidades está mais afastada – entrada do 2,3- bifosfoglicerato (BPG) → EFEITO BOHR: tecidos liberam moléculas sinalizadoras (CO2 e H+) e hemoglobina libera oxigênio [H+] – diminuição do pH → afinidade da hemoglobina pelo O2 → caso a variação de pH no tecido metabolicamente ativo não ocorra, a hemoglobina não faz a distribuição *Afinidade da hemoglobina por monóxido de carbono → aproximadamente 250 vezes maior do que a afinidade pelo oxigênio → caso haja monóxido de carbono no sistema, a hemoglobina vai se ligar: devido à alosteria, à medida que o CO se liga em uma ou duas subunidades da hemoglobina, a afinidade para o O2 aumenta nas outras subunidades, o que dificulta a distribuição do oxigênio para os tecidos → hemoglobina se une ao monóxido de carbono, formando a carboxihemoglobina (quantidade nos indivíduos é muito variável) → monóxido de carbono é um gás incolor e inodoro, pouco perceptível → inalação do monóxido de carbono reduz a distribuição de oxigênio, dependendo da porcentagem de hemoglobina afetada pode levar à morte um indivíduo anêmico ainda distribui oxigênio (ainda que em menor quantidade), mas um indivíduo que inala monóxido de carbono e apresenta alta porcentagem de carboxihemoglobina tem perdas significativas na distribuição do oxigênio, o que pode levá-lo à morte Efeitos físico-químicos na estrutura das proteínas Desnaturação e renaturação das proteínas *A estrutura nativa das proteínas se mantém porque existem interações entre as cadeias laterais que permitem o enovelamento *É necessária pouca energia para romper essas interações; quando isso acontece, a proteína passa por um processo de DESNATURAÇÃO → proteína se desenovela porque as interações entre as cadeias laterais foram alteradas → à medida que o agente estressor é removido, todos os grupos que interagiam anteriormente voltam a fazê-lo → proteína adquire novamente a sua estrutura tridimensional e a sua conformação nativa (pode exercer a sua função) CASO CLÍNICO *Na glicosilação não-enzimática, a glicose que está presente no sangue, ou em líquido intersticial ou intracelular, liga-se a um grupo amino exposto de uma proteína *O processo de duas etapas forma uma proteína irreversivelmente glicosilada *Devido ao fato de a reação não ser enzimática, a velocidade de glicosilação é proporcional à concentração de glicose presente, e indivíduos com hiperglicemia têm níveis muito mais altos de proteínas glicosiladas do que indivíduos com níveis sanguíneos de glicose normal Fatores que influenciam a desnaturação de proteínas *A desnaturação proteica resulta no desdobramento e desorganização da estrutura SEM A QUEBRA DE LIGAÇÕES PEPTÍDICAS (se houver a quebra de uma ligação peptídica, a proteína será marcada para ser eliminada do organismo – não há mecanismo de reparação) *Agentes: → calor: capacidade de romper interações fracas (ex: pessoa com febre – processo febril deve ser revertido, pois pode ocasionar desnaturação de uma proteína) → extremos de pH: alteração da carga líquida da proteína → solventes orgânicos, ureia e detergentes: ruptura de interações hidrofóbicas *Reversibilidade: → algumas proteínas possuem capacidade de reverter a desnaturação após a retirada do agente (renaturação) → o tempo que alguma proteína permanece desnaturada pode deixar alguma sequela para o organismo (depende da proteína) → importância da manutenção da homeostasia celular Funções das proteínas *ENZIMAS: proteínas que têm atividade catalítica (aceleram as reações que ocorrem no organismo) → grupo mais variado e mais altamente especializado ex: citrato sintase, aconitase, isocitrato desidrogenase *NUTRIENTES/ARMAZENAMENTO: fonte energética ou estocagem de nutrientes → nutriente: ex – ovoalbumina → armazenamento: ex – ferritina (produzida de acordo com a quantidade de ferro presente no corpo) *REGULAÇÃO DE PROCESSOS CELULARES/FISIOLÓGICOS → ex: insulina (metabolismo de açúcares) *TRANSPORTADORAS: ligação a íons ou moléculas específicas e transporte a outros compartimentos → transporte de moléculas que, geralmente, não podem circular livremente na corrente sanguínea ex: lipoproteínas, hemoglobina, proteínas de membrana, transferrina (transporta o ferro) *CONTRAÇÃO/MOTILIDADE: contração, mudança de forma e deslocamento ex: actina e miosina *ESTRUTURAÇÃO: suporte, proteção, resistência de estruturas biológicas → principalmente fibrosas, ricas em aminoácidos insolúveis ex: colágeno, queratina
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