Proteínas

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Proteínas
 As proteínas são biomoléculas formadas por aminoácidos e representam uma das estruturas mais importantes da nossa biologia. Os resíduos de aminoácidos são unidos através de uma ligação conhecida como peptídica, teoricamente obtida por exclusão de uma molécula de água. Uma das propriedades da ligação peptídica é impor restrições ao dobramento do polímero formado. Na verdade, essa ligação possui caráter parcial de dupla ligação o que impede a possibilidade de rotação em torno desta. Os quatro átomos dos grupamentos que participam da ligação peptídica ficam dispostos em um plano rígido constituindo o que chamamos de unidade peptídica. 
 Proteínas são polímeros lineares formados por unidades chamadas de aminoácidos. 
 Todavia existem pontos de dobramento entre essas unidades peptídicas, graças à possibilidade de rotação em torno das ligações com o carbono alfa. Dessa forma as cadeias laterais dos aminoácidos podem estar posicionadas de diferentes maneiras no plano espacial. 
 Possíveis movimentos da estrutura polipeptídica. 
As proteínas possuem níveis de organização espacial diferente. São elas: 
	A estrutura primária: é a sequência de aminoácidos da cadeia polipeptídica, determinada geneticamente e específica para cada proteína. Por uma questão convencional a estrutura primária é escrita na direção amino terminal-carboxi terminal. 
	A estrutura secundária: Descreve as estruturas tridimensionais regulares, formadas por segmentos da cadeia polipeptídica. Duas são particularmente estáveis: o enrolamento da cadeia ao redor de um eixo e a interação lateral de segmentos de uma cadeia
polipeptídica ou de cadeias diferentes denominadas respectivamente alfa hélice e folha beta pregueada. Essas duas estruturas se estabilizam por ligações de hidrogênio. 
No caso da alfa hélice a ligações de hidrogênio são formadas entre uma unidade peptídica e a quarta unidade peptídica subsequente. Ela apresenta 3,6 resíduos de aminoácidos por volta. As cadeias laterais desses aminoácidos estão projetadas para fora da hélice. 
 
 Estrutura secundária - Dipolo da α-hélice. 
No caso da folha beta (β), as ligações são estabelecidas entre as cadeias polipeptídicas diferentes ou entre segmentos distantes de uma mesma cadeia. Nesse caso as cadeias laterais dos aminoácidos são projetadas para cima e para baixo do plano da folha pregueada. 
 Estrutura secundária: Folha β. 
- A estrutura terciária descreve o dobramento final da cadeia polipeptídica por interação de regiões com estrutura regular (alfa hélice ou folha beta pregueada) ou de regiões sem estruturas definidas. Nesse nível de organização, segmentos distantes da estrutura primária podem se aproximar e interagir por intermédio de ligações não covalentes como as ligações de hidrogênio, interações hidrofóbicas, ligações iônicas e forças de London. Além das ligações não covalentes, a estrutura proteica pode ser estabilizada por uma ligação covalente, a ponte dissulfeto formada entre dois resíduos de cisteína.
 Estrutura terciária. 
A estrutura terciária pode apresentar padrões de elementos estruturais, que se repetem em proteínas diferentes chamados de domínio e motivos. 
Os domínios são regiões diferenciadas da molécula proteica, com organização espacial compacta. Cada domínio é um conjunto estrutural definido, formado por dobramentos da cadeia polipeptídica. Os domínios frequentemente apresentam ações específicas: em inúmeras reações do metabolismo o substrato liga-se a um dos domínios da enzima e a coenzima em outro. Proteínas diferentes podem apresentar domínios com a mesma função o que nos permite prever a atividade de uma proteína ainda desconhecida por exemplo e etc. 
Os motivos são diferentes formas de organização de elementos da estrutura secundária. Em outras palavras são certas combinações de elementos de estrutura secundária que se repetem com grande frequência nas proteínas. Também são conhecidas como estruturas supra secundárias. Esses motivos podem ser constituídos de arranjos de alfa-hélice, folhas betas ou combinações das duas. Por exemplo: Vários receptores de membrana são compostos por sete alfa hélices que atravessam a membrana plasmática como por exemplo o receptor do hormônio glucagon. 
Outro motivo complexo, chamado de beta barril, que é resultado da associação de numerosos segmentos e folha beta pregueada. Esse modelo é encontrado frequentemente na família de porinas que forma canais na membrana externa de bactérias gram negativas e de mitocôndrias destinados ao transporte de íons e moléculas pequenas. 
 Barril Beta. 
	Estrutura quaternária descreve a associação de duas ou mais cadeias polipeptídicas para compor uma proteína funcional. Essa estrutura é estabilizada pelas mesmas ligações não covalentes observadas na estrutura terciária. Um exemplo é a molécula de hemoglobina. 
 Estrutura quaternária da desoxihemoglobina. (a) Modelo de superfície molecular. (b) Representação na forma de fitas. 
 
A carga elétrica e sua solubilidade
Os aminoácidos possuem grupos ionizáveis que contribuem para a carga final do aminoácido dependendo do pH onde estes estão presentes. Quando esses compõem as proteínas basicamente essa propriedade está relacionada com sua cadeia lateral. Lembrando, que nem todo aminoácido possui cadeia lateral com grupos ionizáveis. 
Essa característica elétrica nos proporciona que tipo de interação aquele aminoácido pode fazer com outras moléculas inclusive com outros aminoácidos. Dessa forma, uma proteína possui vários resíduos de aminoácidos em sua estrutura e, portanto, sua carga elétrica final será o somatório de todas as cargas elétricas dos aminoácidos que a compõe. 
pI ou ponto isoelétrico: será o pH onde o somatório das cargas de todos os aminoácidos presentes na biomolécula será zero. 
A solubilidade das proteínas também está ligada aos aminoácidos que as compõe. Na verdade, a solubilidade de uma proteína está diretamente relacionada com o tipo de aminoácido e o meio onde a mesma está inserida. Assim, pH sais e a constante dielétrica influenciam na sua solubilidade. Etanol e a acetona, ambos solventes orgânicos, diminuem a solubilidade da proteína pois apresentam valores baixos da constante dielétrica. 
A solubilidade também está relacionada com a presença de sais na solução. Alguns sais se dissociam em íons na solução que interagem com as regiões carregadas da proteína estabilizando as interações entre esses grupos. Esse fenômeno é chamado de salting in. 
A presença de sais pode aumentar também a camada de solvatação das proteínas que corresponde a organização de moléculas de água em torno dos grupos ionizáveis da superfície da proteína. Por outro lado, quando os sais atingem concentrações muito elevadas os íons originados destes podem competir pela água e alterar a solvatação das proteínas. Esse fenômeno é chamado de salting out. Um ponto importante, é que cada proteína precipita em uma concentração salina característica. Assim alguns métodos químicos com o objetivo de identificar e separar proteínas pode utilizar essas soluções para obter essas biomoléculas. 
Um exemplo de método químico muito utilizado para identificação de proteínas é a eletroforese. 
A eletroforese é uma técnica simples e rápida usada para a separação, visualização e para a purificação de fragmentos de DNA de diferentes tamanhos ou para análise de RNA. As amostras de DNA ou RNA são aplicadas em um gel de agarose ou de poliacrilamida e submetidas a um campo elétrico. Devido a seus grupamentos fosfatos ionizados, o DNA em solução aquosa é uma molécula com carga elétrica negativa e na presença de um campo elétrico migra em direção ao ânodo. 
A visualização dos fragmentos de DNA ou RNA é feita de forma indireta com compostos que se intercalam na dupla fita de DNA ou na estrutura de RNA, que emitem fluorescência quando submetido à luz ultravioleta. 
 Cuba de eletroforese. Visualização do gel após a eletroforese.Exercícios
1) A desnaturação, modificação na estrutura nativa da proteína com consequente perda de função, pode ser desencadeada por diversos fatores. Os detergentes são considerados agentes desnaturantes por provocarem o rompimento das:
a) ligações covalentes que estabilizam as proteínas. 
b) ligações dissulfeto que estabilizam as proteínas. Interações 
c) hidrofóbicas que estabilizam as proteínas.
d) ligações de hidrogênio que estabilizam as proteínas.
2) Marque a opção correta. Considerando as proteínas, pode-se dizer que:
a) sua estrutura secundaria não é determinada por uniões ponte de hidrogênio. 
b) a desnaturação proteica não altera a estrutura quaternária ou terciária. 
c) a hemoglobina é um exemplo de proteína com estrutura quaternária.
d) a conformação α-hélice é estruturalmente idêntica a conformação β-folha pregueada.
3) Qual das seguintes afirmativas não é verdadeira sobre as ligações peptídicas?
a) Tendem a ter o nitrogênio amida protonado para proporcionar uma carga positiva. 
b) Em geral, encontram-se na conformação trans e, raramente, na configuração cis. 
c) Elas tendem a ser planares.
d) Essa ligação é estabelecida pelos grupamentos R dos aminoácidos.
4) As Alfas hélices e as folhas Beta são frequentemente anfipáticas. Isso significa que:
a) Apresentam um lado ou face que é predominantemente polar, enquanto o outro lado é predominantemente hidrofóbico. 
b) Apresentam grandes grupos R em um lado e pequenos grupos R no outro lado, visto que os pequenos grupos são mais facilmente acondicionados no interior da proteína. 
c) Elas apresentam cargas positivas em um lado e cargas negativas no outro lado.
d) É por esse motivo que as estruturas terciárias são mantidas.
5) As proteínas hidrossolúveis, como a mioglobina, tendem a se enovelar, de modo que:
a) Os grupos R de aminoácidos hidrofílicos estão no interior da proteína, enquanto os grupos hidrofóbicos estão no exterior. 
b) Os grupos R de aminoácidos hidrofóbicos encontram-se no interior da proteína, enquanto os grupos hidrofílicos estão no exterior. 
c) Todos os peptídeos formam ligações de hidrogênio com a água.
d) Nenhuma das anteriores.
6) O que às Alfa hélices e as folhas Beta possuem em comum?
a) O comprimento de uma alfa hélice de 10 aminoácidos e o de um filamento de folha beta serão iguais. 
b) Ambas são estabilizadas por ligações de hidrogênio, envolvendo o oxigênio da carbonila e o nitrogênio da amida. 
c) Os mesmos aminoácidos estabilizam ambas as formas de estrutura secundária.
d) Não apresentam nada em comum.
7) No sequenciamento de uma proteína, é necessário romper as ligações de dissulfeto dentro de uma cadeia polipeptídica. O reagente utilizado para isso é:
a) Iodaacetato. 
b) Hidrocloridrato de guanidina. 
c) Mercaptoetanol.
d) SDS.
8) A eletroforese em geral de poliacrilamida com SDS pode ser usada para efetuar qual dos seguintes procedimentos?
a) Determinar o peso molecular de uma proteína oligomérica (de múltiplas subunidades). 
b) Purificar uma enzima monomérica em sua forma ativa. 
c) Determinar o peso molecular das subunidades de uma proteína oligomérica.
d) Separar as proteínas através do seu ponto isoelétrico.
9) Os esquemas seguintes representam duas possibilidades de alterações das propriedades de uma proteína.
 
Os esquemas I e II dizem respeito respectivamente a:
a) alteração na estrutura primária da proteína e desnaturação. 
b) desnaturação e desligamento da estrutura terciária. 
c) alteração na estrutura terciária da proteína e solação.
d) solação e desnaturação.
10) Observe o esquema abaixo e responda as questões:
a) As interações intermoleculares mantém a arcabouço espacial da estrutura polipeptídica. No esquema acima estamos falando de que tipo de ligação, essa ligação mantém que tipo de estrutura da proteína? 
Ligação do tipo ponte dissulfeto. Essa interação ocorre entre resíduos de cistina. Essa ligação mantém a estrutura terciária da proteína. 
b) Explique o que está acontecendo no esquema acima. 
No esquema acima, agentes desnaturantes estão sendo utilizados para romper a estrutura tridimensional da proteína. No caso em específico estão utilizando agentes redutores para romper as ligações dissulfeto. Com a retirada dos reagentes a proteína pode retornar para o seu estado nativo.