Função das Proteínas I

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Estrutura Quaternária
Exemplo: Proteína dimérica
Subunidades
FUNÇÃO DAS PROTEÍNAS I 
FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS 
As proteínas exercem papéis cruciais em todos os processos
biológicos. Sua importância e notável gama de atividade são
exemplificadas nas seguintes funções.
Transporte e armazenamento
Catálise enzimática - Enzimas
Proteção imunitária ou defesa (anticorpos)
Estruturais (colágeno, queratina)
Movimento coordenado Contração (actina /miosina)
Reconhecimento
Geração e transmissão de impulsos nervosos
Regulação (hormônios) controle do metabolismo, do
crescimento e da diferenciação
Estrutura Quaternária
Exemplo: Proteína dimérica
Subunidades
FUNÇÃO DE PROTEÍNAS I –
HEMEPROTEÍNA
HEMOGLOBINA E MIOGLOBINAS
HEMEPROTEÍNAS - MIOGLOBINA
Metaloproteína que contém ferro e
ARMAZENA oxigênio nos MÚSCULOS.
As mioglobinas estão presentes nas células 
musculares. 
Metaloproteína que contém ferro e
TRANSPORTA oxigênio nos ERITRÓCITO.
HEMEPROTEÍNAS - HEMOGLOBINA
Capacidade de transporte de O2:
7% 90%
MIOGLOBINA E HEMOGLOBINA
Estrutura quartenária: 
vantagem evolutiva
Armazena O2 Transporta O2
PROTEÍNAS RESPONSÁVEIS PELO TRANSPORTE 
E/OU ARMAZENAMENTO DE OXIGÊNIO 
Desoxi (forma livre de O2) ou oxi (forma ligada a O2);
GRUPAMENTO PROSTÉTICO HEME
- capacidade de ligação ao oxigênio;
- cor vermelha do sangue e músculo;
- componente orgânico: (protoporfirina)
- e que tem átomo de ferro central.
As globinas apresentam um bolsão (fenda) hidrofóbico no qual se aloja o grupo prostético
heme. O ambiente hidrofóbico em torno do heme é fundamental para a atividade biológica das
globinas, que depende de uma interação reversível com oxigênio.
Fe++ Fe++.O2
ESTRUTURA 3D DO ESQUELETO 
COVALENTE DA MIOGLOBINA 
Grupo 
prostético heme
•Componente essencial da cadeia transportadora de elétrons.
•Capaz de realizar oxidações e reduções, mas não se liga a oxigênio.
Heme-proteína associada à 
membrana interna da mitocôndria. 
HEMEPROTEÍNA - CITOCROMO C OXIDASE
proteína integral da membrana Interna de mitocôndrias
HEMEPROTEÍNA - CITOCROMO C OXIDASE
GRUPO PROSTÉTICO
Um grupo prostético é um componente de natureza não-proteica de proteínas
conjugadas que é essencial para a atividade biológica dessas proteínas;
Os grupos prostéticos podem ser orgânicos (vitamina) ou inorgânicos (íon
metálico) e são derivados de vitaminas e não são sintetizados no organismo
humano, por isso as vitaminas são um componente essencial da dieta humana.
Os grupos prostéticos inorgânicos são normalmente (mas não exclusivamente)
íons de metais de transição:
1. ferro (citocromo c e hemoglobina)
2. zinco (anidrase carbônica)
3. magnésio (algumas quinases)
4. molibdênio (nitrato redutase).
GRUPO CARACTERÍSTICOS DAS HEMOPROTEÍNAS
Grupo hemo na Mb e na Hb. Entidade não
proteica (grupo prostético).
-São cadeias polipeptídicas
únicas (153 aa), globular;
-Formando 8 segmentos de alfa-
hélice (75% -hélice) e quatro
voltas com prolina;
-Apresenta o interior altamente
apolar (exceto His), com um
grupo HEME.
MIOGLOBINA
POR QUE A MIOGLOBINA É SOLÚVEL EM ÁGUA ? 
As cadeias laterais de aminoácidos polares voltam-
se para o meio aquoso e fazem contacto (pontes de 
H) com as moléculas de água do meio.
Aminoácidos apolares voltados
para o interior da molécula. O
Grupo Heme está nesta região.
POR QUE A MIOGLOBINA É SOLÚVEL EM ÁGUA ? 
proteína
água
A água forma uma “caixa” que mantém a proteína dobrada. Isso ocorre porque as
LIGAÇÕES de hidrogênio mantêm as moléculas de águas juntas. A água repele as cadeias
laterais de aminoácidos apolares, forçando-os para o interior da proteína. As cadeias
laterais polares interagem com a água, permanecendo na parte externa da proteína.
As globinas (mioglobina ou hemoglobina) ligam o oxigênio (O2) no 
grupo HEME que se localiza em uma bolsa hidrofóbica da proteína
AS GLOBINAS E O GRUPO HEME
GRUPO PROSTÉTICO:
• Anel porfirínico
• Íon Ferroso (Fe+2)
GRUPO CARACTERÍSTICOS DAS HEMEPROTEÍNAS
O heme presentes nas globinas e nos citocromos c, são responsáveis pela ligação
a átomo de ferro;
ANEL PORFIRINICO E ÁTOMO DE FERRO
O heme é sintetizado nas células aeróbicas através de uma cadeia complexa de
enzimas, a via das porfirinas. Na última etapa, um átomo de ferro é introduzido na
protoporfirina IX, originando o heme.
Heme sintase
+ Fe2+
Mutações nas globinas que levam a trocas
de aminoácidos no bolsão do heme por
outros mais polares podem ser letais, pois
afetam a interação da proteína com o O2.
Outros derivados porfirínicos não hemínicos
importantes são a cobalamina ou vitamina
B12, que contem Co2+ ao invés de ferro, e
clorofilas, que contém Mg2+.
BOLSÃO HIDROFÓBICO EM TORNO DO HEME
A forma globular da mioglobina, formando um bolsão hidrofóbico em torno do
heme, é fundamental para o desempenho da função de armazenamento de O2.
No meio apolar proporcionado pela mioglobina, a ligação do Fe2+ ao O2
é reversível e não envolve oxidação do Fe.
Fe2+ + O2 Fe2+.O2
apolar
Fe2+ + O2 Fe2O3
polar
X
Em um meio aquoso, o Fe2+ combina-se com O2 de maneira irreversível,
com oxidação do Fe2+ a Fe3+, formando óxido de ferro.
BOLSÃO HIDROFÓBICO EM TORNO DO HEME
• Estado de oxidação ferroso (Fe2+): HEXACOORDENADO
• seis pontos de coordenação:
• quatro aos átomos de nitrogênio pirrólicos
• quinto ponto: anel imidazol de uma His
• sexto ponto: disponível para ligação do O2
Observar as globinas  que os resíduos
hidrofóbicos (em preto) que forram o bolsão do
heme nas globinas.
BOLSÃO HIDROFÓBICO EM TORNO DO HEME
Fe
HISTIDINAS DISTAL E PROXIMAL E O GRUPO HEME
São DE ESTRUTURA QUATERNÁRIA
ONDE CADEIAS polipeptídicas TEM
(153 aa)
Apresenta o interior altamente
apolar (exceto His), com um grupo
HEME.
HEMOGLOBINA
HEMOGLOBINA COMO MODELO DE PROTEÍNA
Modelos instrutivos para estudar estrutura e função de proteínas 
HEMOGLOBINA NO TRANSPORTE DE GASES
HEMOGLOBINA E O TRANSPORTE DE CO2
SEQÜÊNCIAS DE RESÍDUOS DE AMINOÁCIDOS
Observe que o grau de identidade da seqüência entre as três 
globinas é relativamente baixo, da ordem de 20% (27 resíduos).
HEMOGLOBINA A (HB A): TETRÂMERO DE 
DÍMEROS  IDÊNTICOS (11 e 22)
ESTRUTURA QUATERNÁRIA ESTABILIZADA POR INTERAÇÕES FRACAS
Quatro grupos Hemes
ASSOCIAÇÃO ENTRE SUBUNIDADES DIFERENTES É 
MAIS FORTE
ASSOCIAÇÃO ENTRE SUBUNIDADES DIFERENTES É 
MAIS FORTE
ASSOCIAÇÃO ENTRE SUBUNIDADES DIFERENTES É 
MAIS FORTE
A LIGAÇÃO DE OXIGÊNIO MUDA A ESTRUTURA 
QUATERNÁRIA DA HEMOGLOBINA
Oxi-hemoglobinaDesoxi-hemoglobina
Oxi-hemoglobina (estado R)Desoxi-hemoglobina (estado T)
A LIGAÇÃO DE OXIGÊNIO MUDA A ESTRUTURA 
QUATERNÁRIA DA HEMOGLOBINA
A sexta coordenação pode ser ocupada pelo oxigênio, ou pela histidina E7
(distal) nas globinas desoxigenadas.
HEMOGLOBINA NO ESTADO T (TENSO)
HEMOGLOBINA NO ESTADO R (RELAXADA)
ESTRUTURA QUATERNÁRIA DA Hb VARIA COM O 
ESTADO DE OXIGENAÇÃO
MODIFICAÇÕES ESTRUTURAIS NAS FORMAS OXI- DESOXI
Estrutura Quaternária – descreve associação de duas ou mais cadeias
polipeptídicas (subunidades) para compor uma proteína funcional . A
estrutura quaternária é mantida por ligações não covalentes
RESUMO DA ESTRUTURA DA HEMOGLOBINA
A HEMOGLOBINA PASSA POR VÁRIAS (DUAS) 
ALTERAÇÕES CONFORMACIONAIS
No estado oxigenado, a cavidade 
central do tetrâmero diminue.
Vários “loops” se movem.
O2
Observar os movimentos da cadeia  em
relação ao Heme. A histidina 92 é a F8
proximal.
ALTERAÇÕES CONFORMACIONAIS DA 
HEMOGLOBINA A DURANTE A TRANSIÇÃO DO 
ESTADO OXIGENADO PARA DESOXIGENADO
Observar a expansão da cavidade central
do tetrâmero e as mudanças nos contactos
entre as subunidades
ESTRUTURA DA HEMOGLOBINA E DO GRUPO HEME
Resíduo de 
Histidina
Plano do anel da 
porfirina
FUNÇÃO FISIOLÓGICA
COMPORTAMENTO FUNCIONAL DA 
MIOGLOBINA E DA HEMOGLOBINA
Transporte de O2
Armazenamento
Solubilidade de O2 nos músculos
Y
(f
ra
çã
o
 d
e
 s
at
u
ra
çã
o
)
pO2 (torr)
Mioglobina
HemoglobinaCapta O2 de forma eficiente p50= 2,8 torr
*sangue arterial p O2= 100 torr
Apesar da semelhança estrutural a mioglobina e a hemoglobina possuem mecanismos 
diferentes de ligação do oxigênio
AFINIDADE DA HEMOGLOBINA E DA MIOGLOBINA PELO OXIGÊNIO
A curva de saturação descreve a
percentagem de moléculas
carregando O2 (eixo y) à medida
que se aumenta a pressão parcial
do gás (pO2, eixo x).
A diferença de afinidade por O2 faz
com que nos tecidos, a Mb fique
100% saturada, enquanto que a
saturação da Hb diminui a ~55%,
liberando de 1 a 2 moléculas de O2.
Essa diferença de comportamento
está de acordo com a função de
armazenamento de O2 da Mb e de
transporte de O2 pela Hb.
(NOS TECIDOS) (NOS PULMÕES)
A hemoglobina é proteína alostérica. As alterações conformacionais que
ocorrem nas cadeias globínicas da hemoglobina na transição oxigenação-
desoxigenação são transmitidas de uma cadeia a outra, através de contactos
nas interfaces das subunidades.
Esse fenômeno é a base molecular da cooperatividade, uma forma de
alosterica característica de proteínas oligoméricas. A ligação de um ligantes
nos outros sítios da proteína. Por ser monomérica, a mioglobina não tem essa
propriedade.
COOPERATIVIDADE
LIGAÇÃO DO OXIGÊNIO À HEMOGLOBINA -
ALOSTERISMO OU COOPERATIVADADE 
• A Mioglobina (Mb) tem a curva
hiperbólica, e atinge 50% de saturação
(p50) com uma pO2 de ~1 torr.
• A Hemoglobina (Hb) tem a curva
sigmóide, indicando alosteria ou
cooperativadade entre suas
subunidades.
• Sua pO2 é de ~ 26 torr e sua afinidade
pelo O2 varia com o grau de saturação
da molécula.
A união de um O2 a um ponto aumenta a afinidade de ligação dos
pontos vizinhos sem induzir uma conversão total do estado T para o R.
A cooperatividade na hemoglobina é positiva. Isso significa que quando uma cadeia
passa do estado oxigenado para o desoxigenado, as alterações conformacionais que
essa molécula sofre são “sentidas” pelas cadeias vizinhas. Essas, por sua vez,
respondem com uma diminuição de sua afinidade pelo oxigênio, facilitando a
desoxigenação da hemoglobina.
COOPERATIVIDADE POSITIVA
Cada tetrâmero pode existir em apenas dois estados: no T e no R.
O mesmo tipo de fenômeno ocorre na oxigenação da molécula, que também acontece de
forma COOPERATIVIDADE POSITIVA. A cooperatividade na transição oxigenação-
desoxigenação da hemoglobina é a causa de sua curva de saturação ter aspecto
sigmóide, e uma das razões da afinidade variável da hemoglobina pelo oxigênio.
COOPERATIVIDADE POSITIVA
1° 2°
3°4°
COOPERATIVIDADE: FACILITAÇÃO DA LIGAÇÃO DE 
OUTRO OXIGÊNIO
Forma T
Forma R
HEMOGLOBINA: QUATRO LOCAIS DE LIGAÇÃO A O2
Por que a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio é 26 vezes menor do
que a da mioglobina, se as proteínas possuem as estruturas 3D de suas
cadeias globínicas (ambiente onde está o complexo heme-Fe2+ ~ O2) tão
semelhantes?
Quais são os mecanismos que fazem a afinidade da hemoglobina variar
conforme o grau de saturação em O2? Por que isso não ocorre com a
miglobina?