proteínas e suas estruturas

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Proteínas 
Classificação das proteínas 
• Por suas diferentes formas possibilitam diferentes 
funções das proteínas. 
• Por sua composição (sendo algumas contendo 
apenas aa e outras contendo grupamentos químicos 
ligados - proteínas conjugadas – sendo esses grupos 
prostéticos). (Proteínas conjugadas - ex.: 
glicoproteínas (imunoglobulinas, mucinas, colágeno), 
fosfoproteínas (serina, treonina, tirosina, caseina, 
vitelina) e nucleoproteínas (histonas e telomerases), 
lipoproteínas, metaloproteínas (dedo de zinco, 
hemoglobina). 
• Pelo número de cadeias polipeptídicas. Ex.: 
hemoglobina, insulina (primeiramente é sintetizada 
em uma só cadeia (pró-insulina) e depois é clivada na 
região que sintetiza insulina) 
• Quanto à forma: proteínas fibrosas e globulares. 
 
Tipos de Estruturas 
As propriedades funcionais dependem da forma 
tridimensional da proteína. 
• Estrutura secundária: folhas beta e alfa-hélice 
ligadas por ligações não covalentes. 
• Estrutura terciária - interação entre áreas 
espaçadas por ligações não covalentes. 
• Estrutura quaternária - associação entre os 
diferentes polipeptídeos. 
Estruturas tridimensionais: sec., terc. e quart.. 
Conformação de proteínas: arranjo espacial 
(tridimensional) de todos os átomos da proteína, 
incluindo todos os estados estruturais que podem ser 
alcançados sem que as lig. Covalentes sejam 
rompidas. 
Proteínas nativas – ptns em qualquer uma das suas 
conformações enoveladas funcionais. 
Estabilidade da ptn reflete em quanto ela consegue 
permanecer no seu estado nativa. 
 
Estrutura primária 
Ligação peptídica entre aminoácidos (entre o 
carbono do ác. Carboxílico do primeiro resíduo e o 
nitrogênio da amina do segundo resíduo tendo a 
liberação de água) 
Reação de condensação - ocorre quando o 
polímero é formado a partir de dois ou mais 
monômeros diferentes, com eliminação de um 
produto inorgânico, geralmente água ou amônia. Não 
é uma reação espontânea. 
Hidrólise de uma ligação peptídica - exergônica 
(lenta) e precisa de muita energia. 
Ativação dos aa - interação entre o tRNA e o aa. 
Faz uma adenilação, o grupo carboxila é modificado 
ou alterado (hidroxila é retirada) para que a lig. 
Pepítidica seja favorável (em condições normais, aa 
livres são mais favoráveis) e então o aa se conecta 
ao seu tRNA ou a outros resíduos por meio da lig. 
Peptídica. 
Leitura feita da região N-terminal para C-terminal. 
Cadeia principal - há as ligações peptidícas vs Cadeia 
lateral – cadeia variável, cadeia dos radicais onde 
ocorre as ligações não covalentes, sendo 
responsáveis pela estrutura tridimensional dessa 
proteína. 
Toda a informação necessária para uma proteína 
estar em sua forma nativa (funcional) está contida na 
sua estrutura primária. 
Geralmente, as proteínas apresentam pelo menos 
40 resíduos. e a maioria dos polipeptídeos Possuem 
entre 50 e 2000 resíduos. A titina é maior. 
Polipetídeo - peso molecular abaixo de 10000 daltons 
(até 40 aa) 
O que é 1 dalton? É igual a 1 unidade de massa 
atômica., sendo a massa molecular média de 1 aa igual 
a 110 daltons. 
Proteínas homólogas - evolutivamente relacionadas, 
semelhantes entre si. 
Aa conservados = resíduos essenciais para sua 
determinada função. 
• Ortólogos: funções semelhantes, mas em 
organismos distintos. 
• Parálogos: Homólogos na sua estrutura/ sequência, 
mas possuem funções distintas. 
Ligações peptídicas (ligação amídica) são essenciais 
para formação da estrutura primária - covalente; 
estável; a energia para a hidrólise é muita alta (isso 
torna as proteínas altamente estáveis); rígidas (a 
dupla ligação do éster (carbono da hidroxila) fica em 
ressonância com o C-N, isso causa estabilidade e 
rigidez; ligação planar (todos os átomos da cadeia 
principal dos aa estão em um mesmo plano, devido 
à ressonância das ligações); tamanho intermediário 
(1,32 angstons Â) da ligação C-N que traz ângulos 
para a cadeia (phi e psi). 
Duas conformações para a ligação planar - cis (os 
carbonos-alfa estão do mesmo lado da lig. Peptídica, 
o que pode causar algum impedimento de 
movimentação ou de interação entre as cadeias 
polipeptídicas, por isso são menos comuns) e trans 
(mais comuns por causa dos lados opostos) 
exceção: prolina usa 10% dos resíduos na 
conformação cis para se tornar mais estável). 
As ligações simples puras ao redor da ligação 
peptídica possibilitam a rotação dessas ligações (o 
que permite o enovelamento) e, 
consequentemente, a flexibilidade da estrutura para 
formação da tridimensionalidade. 
A rotação ao redor dessas ligações é especificada 
por ângulos de diedro ou de torsão (em geometria, 
é o espaço entre dois semiplanos (não estando no 
mesmo plano) com origem em uma aresta comum) 
- variam de –180° a +180°. 
• phi (φ) – entre o nitrogênio e o carbono-alfa 
• psi (ψ) – entre o carbono-alfa e o carbono da 
carboxila. 
• Ômega (Ω) (não rotaciona) - 99% na forma trans. 
Estrutura primária rígida e esse âgulos phi e psi 
possibilitam a torsão da estrutura e formação das 
estruturas secundárias e etc. 
Os ângulos de torção apresentam uma contenção 
espacial – algumas combinações de phi e psi podem 
causar colisões entre diferentes átomos do próprio 
resíduo ou até com os adjacentes e isso causa um 
impedimento espacial. Logo, as conformações 
permitidas são indicadas pelo diagrama bidimensional 
de Ramachandran. 
Plot de Ramachandran - áreas totalmente permitidas, 
áreas parcialmente permitidas (limites extremos para 
conatos anatômicos desfavoráveis) e áreas não 
permitidas. 
Exceções - cadeia lateral cíclica da prolina (limita a 
variação doa ângulos phi e psi), glicina maior 
conformidade funcional devido ao seu radical 
pequeno (hidrogênio). 
 
Estrutura Secundária 
- Padrões regulares de dobramento de polipeptídeos 
dados exatamente pelos ângulos de diedros. 
Essas estruturas ocorrem então quando os ângulos 
de diedro são constantes ao longo de um 
determinado segmento. 
• Espiral aleatória - não possui uma estrutura 
secundária definida, ela tem diversas desses tipos de 
estruturas. 
• Alfa-hélice: arranjo mais simples que uma cadeia 
pode assumir, presente em 1/4 dos resíduos de aa 
em uma proteína, predominante em alfa-queratinas. 
3,6 resíduos por volta e a cada volta possuem 5,4 
Â. geralmente, as hélices possuem 12 resíduos de aa, 
sendo aproximadamente três voltas de hélice e um 
comprimento de 18 Â. Essas hélices são estabilizadas 
pelas ligações de hidrogênio entre o oxigênio da 
carboxila e o hidrogênio do nitrogênio da amina. 
1 Â = 0,1nm. 
Orientadas para a direita são as mais comuns, por 
serem as mais estáveis e completamente dentro das 
áreas permitidas no diagrama de Ramachandran. 
 
Mais simples por causa da rigidez e da rotação da 
ligação peptídica e a maximização das ligações de 
hidrogênio. As cadeias laterais se projetam para fora 
e isso evita os impedimentos estéricos. Além disso, 
a ligação C=O (resíduo n) aponta para a mesma 
direção da ligação N-H (resíduo n+4) e isso, então, 
resulta em uma ligação de hidrogênio mais forte e 
estável, o que viabiliza a estabilidade dessa estrutura. 
Alguns aminoácidos possuem maior tendência às 
alfa-hélices e isso ajuda a formação dos ângulos de 
diedro e também da estabilidade da estrutura. Ainda 
assim, possuem aa que desestabilizam a dupla hélice 
- essa capacidade de deve aos grupamentos R e a 
sua influência nos átomos da cadeia principal (ângulos 
phi e psi) e nos aa vizinhos. 
Geralmente, quando há aminoácidos ionizados, eles 
tendem a formar pares iônicos para diminuir a 
repulsão (AAs + a três resíduos de distância de AAs 
-). 
Ex.: muita glutamina (aa polar) causa repulsão, 
prolina (rigidez do ciclo), glicina (maior flexibilidade 
não causa estabilidade). 
Momento de dipolo – o acúmulo de grupos carbonil 
(carboxila – e amina +) causa esse momento dipolo. 
Como os aa estão orientados na hélice, a própria 
hélice irá apresentar esse dipolo. 
• Fitas- beta – estruturas mais estendidas e o 
conjunto dessas fitas formamas folhas beta. A cadeia 
principal se organiza em “zigue-zague” das cadeias 
laterais estão dispostas alternadamente. As ligações 
de hidrogênio ocorrem entre as cadeias 
polipeptídicas vizinhas e não no interior da cadeia. 
Orientação da n-terminal para o c-terminal. 
 
Repetição a cada 2 aa. Folhas beta paralelas (6,5 Â) 
(possuem ângulos entre as ligações de hidrogênio 
(vão ser mais facilmente quebradas) e as fitas e por 
isso vão ser menos instáveis e mais retorcidas) e 
anti-paralelas (período de repetição um pouco maior 
7 Â). 
 
Voltas-beta – tipo 1 (prolina no resíduo 2) (duas 
vezes comum) (6% das lig. que envolvem o N imino 
da prolina estão na forma cis) e tipo 2 (glicina no 
resíduo 3 e as vezes uma prolina no resíduo 1): 
• comuns e extremamente necessárias para o 
enovelamento proteico. 
• Variam de 6 a 16 resíduos. 
• Conectam o final de duas fitas-beta antiparalelas, 
formando uma volta de 180 graus que contém 4 
resíduos. 
• A ligação C=O do resíduo 1 forma uma ligação de 
hidrogênio com N-H do resíduo 4. 
Voltas-gama (menos comum) - composta por três 
resíduos, havendo uma ligação de hidrogênio entre 
os resíduos 1 e 3. Elas são importantes no 
reconhecimento molecular e estão presentes em 
peptídeos bioativos. 
• Voltas diretas e inversas (a lig. de H fica mais 
distante). 
 
Estrutura Terciária 
interações entre resíduos das estruturas primárias 
distantes, onde há o arranjo tridimensional da cadeia 
polipeptídica. 
• Ligações de hidrogênio, pontes salinas, interações 
hidrofóbicas (aproximação de cadeias laterais 
permitem as interações de van der waals), pontes 
dissulfeto. 
Os aa carregados tendem a ficar mais na superfície, 
enquanto os aa hidrofóbicos ficam mais no interior 
devido à polaridade. 
Proteínas fibrosas (colágenos) vs (proteínas 
globulares (mioglobina e hemoglobina) 
Ptns fibrosas – geralmente possuem mais longas 
cadeias retilíneas e paralelas ao eixo da fibra. 
• Cadeias arranjadas em filamentos/folhas; 
• Possuem um único tipo de estrutura secundária 
que se repete; 
• Funções biológicas: suporte, forma e proteção; 
• Insolúveis em água pois são compostas por muitos 
AAs hidrofóbicos 
Ex.: alfa-queratina – alfa-hélices voltadas para a 
esquerda se enrolam e formam terciárias simples 
(contém apenas 1 tipo de estrutura que a compõe). 
Proteínas globulares – apresentam estrutura espacial 
complexa e geralmente esférica, o que pode causar 
um núcleo mais hidrofóbico. 
• as ptns em sua maioria são desse tipo. 
• São extremamente compactadas 
• Apresentam diversas funções: enzimática, 
regulatória, transporte, motora, etc. 
Ex.: Citocromo C, lisozima, ribonuclease A. 
Ex.: mioglobina (bastante presente em animais 
marinhos, já que necessitam desse aporte de 
oxigênio elevado no seu organismo) - protoporfirina 
monomérica. 75% de alfa-hélices nomeados de A e 
H. É o principal estocado de oxigênio nos tecidos 
musculares. O grupamento N (bem no centro 
hidrofóbico da proteína, tendo esse ferro como 
importante fator para a ligação ao oxigênio) é um 
grupo próstetico, pois não é da natureza proteica, 
mas essencial para esse papel principal da proteína. 
A histidina proximal (93) irá se aproximar da porfirina 
(grupamento N + ferro) para que a molécula de 
oxigênio se ligue e, assim, ser carreada ao longo do 
organismo e dos tecidos. 
A ligação do centro de Fe+2 com o O2 é reversível, 
mas a da com o monóxido de carbono (CO) possui 
maior afinidade devido a não angulação da ligação e 
da presença da ligação tripla. 
O cianeto de hidrogênio (HCN) também se liga à 
hemoglobina. Ainda assim, nos tecidos se liga à 
citocromo oxidase impedindo a utilização de 
oxigênio. 
Hemoglobina – composta por 4 cadeias 
polipeptídicas (2 alfa e 2 beta) em que cada uma 
possui um grupo prostético (Fe+2). Tetrâmero ou 
um dímero de protômeros alfa e beta. 
Estado oxi (estado R – uma reorganização por causa 
da ligada ao oxigênio, não sendo a estabilidade dada 
mais pelos pares iônicos e sim pelo oxigênio) ou 
deoxi (estado T - onde as histidinas vão estar 
estabilizadas pelos pares iônicos e a estrutura da 
proteína vai estar um pouco mais aberta, o seu 
centro sendo mais específica) – as histidinas regulam 
a interação do N com o oxigênio. No estado oxi, há 
uma aproximação da histina (mudança 
conformacional) com o grupamento Heme, o que 
facilita essa interação com o oxigênio. 
Anemia Falciforme – causada por uma mutação no 
cromossomo 11 pela mudança do sexto códon, do 
ácido glutâmico (aa carregado negativamente que 
ajuda na associação dessas proteínas) por uma valina 
na cadeia beta (isso acaba por desestabilizar a 
associação correta entre as subunidades alfa e beta). 
As proteínas podem ser representadas por fita, 
superfície, fita + cadeias laterais, volume. 
 
 
O que gera a função da proteína? 
Motivos estruturais ou estrutura supersecundária - 
padrão de enovelamento identificável envolvendo 
dois ou mais elementos de estrutura secundária, que 
são organizadas ordenadamente e formam os 
padrões de estrutura terciária comuns. Importantes 
centros de nucleação para o enovelamento proteico. 
Ex.: beta-alfa-beta, só beta, só alfa, barril beta, barril 
alfa-beta. 
⚠ Pelo menos duas camadas de estrutura 
secundárias são necessárias para que os aa 
hidrofóbicos permaneçam “escondidos” dentro da 
cadeia. 
• A alça beta-alfa-beta é o motivo mais comum, 
onde uma alfa-hélice conecta duas folhas paralelas de 
uma folha-beta. 
 • Conexões entre fitas beta – antiparalelas, 
conexão cruzada (gera um impedimento estérico 
por isso é mais rara), volta orientadas para a direita, 
volta para esquerda (raras também). 
 • Folhas-beta-inclinadas – paralelas, mas quando 
as fitas estão inclinadas ligeiramente para a direita a 
conformação se torna mais estável. 
• Grampo beta (beta-hairpin) - ocorre entre duas 
folhas beta antiparalelas e tendo a presença de uma 
volta beta. 
• Motivo alfa-alfa – duas hélices antiparalelas que 
favorecem interações das cadeias laterais dos 
resíduos que compõem a hélice. 
• Barril beta - uma grande folha-beta que se torce e 
enrola para formar uma estrutura fechada (barril), 
arranjadas de forma antiparalela (alta estabilidade) e 
são encontradas em porinas e em proteínas que 
atravessam as membranas celulares. Também são 
encontradas em proteínas fluorescentes, onde o 
cromóforo é encontrado no centro do barril (o que 
dificulta a perda da fluorescência). 
• Barril beta-alfa-beta - repetições de alças com o 
motivo beta-alfa-beta emcontrado em várias 
enzimas (piruvato quinase). 
• Chave inglesa – 4 fitas beta antiparalelas ligadas 
com 3 voltas beta, a quarta é adjacente ao primeiro. 
Os motivos são importantes também para a 
classificação de estrutura: 
• Relação entre as proteínas - relação evolutiva 
entre os diferentes tipos. 
• Classe das proteínas - organiza de acordo com os 
elementos de estrutura secundária - Diagrama de 
Topologia. 
• Tipos de proteínas - globular, fibrosa, membrana, 
intrinsicamente desenovelada (IUP/IDP) (não possui 
núcleos hidrofóbicos pois são ricas em AAs 
carregados (Lys, Arg, Glu), elas podem ter vários 
ligantes que alteram de forma diferente a sua 
estrutura e, por isso, vão ser o centro da rede de 
interação ptn-ptn). 
• Eventos evolutivos – busca por rearranjos 
estruturais e características relacionadas 
evolutivamente. 
As proteínas podem ser agrupadas de acordo com 
seus motivos estruturais. 
Famílias 
Englobam ptns com sequências primárias, estrutura 
terciária e função similares e, ainda assim, elas são 
evolutivamente relacionadas. Ex.: apenas por alfa-
hélice, folhas beta, motivos alfa beta apenas por 
alfa+beta. 
Superfamílias 
agrupam ptns com sequência de aa não muito 
similares, estrutura semelhante, mesmos motivos e 
funções parecidas. Ex.: superfamília das 
imunoglobulinas. 
Domínios 
Uma seção da estrutura proteica suficiente para 
executar a determinada função. Ex.: ligação a 
substrato. São regiões compactas, de 30 a400 aa. 
As ptns podem apresentar um ou mais domínios. 
Além disso, os domínios permanecem sua estrutura 
terciária e função mesmo depois de separados das 
proteínas, assim são unidades estruturalmente 
independentes com características de proteínas 
globulares pequenas. Ex.: Dedo de zinco (geralmente 
encontrado em ptns ligadoras de DNA ou RNA), EF 
hand (hélice-volta-hélice que se liga ao Ca2+), zíper 
de leucina (encontrada em ptns ligadoras de DNA). 
 
Estrutura quaternária 
Arranjo espacial das subunidades e da natureza de 
suas interações. 
Importância das subunidades: 
• Eficiência da síntese de diversas subunidades > que 
de apenas uma cadeia longa. 
• Correção de defeitos pela substituição de uma 
subunidade defeituosa por uma funcional 
• Traz vantagens à montagem de enzimas, o que 
permite o melhor arranjo tridimensional dos grupos 
reativos. 
• Permite a presença de mais de um sítio ativo, já 
que cada subunidade possui o seu próprio sítio ativo. 
• Ação regulatória. 
 
Características: 
• As ptns podem ser formadas por subunidades 
iguais (homodimeros) ou diferentes (heterodimeros). 
• Cada subunidade pode ser formada por uma ou 
mais cadeias polipeptídicas. 
• As subunidades são estabilizadas por interações 
não covalentes. 
• As ptns se enovelam em estruturas globulares e 
excluem a água do seu interior. 
 
Simetria: rotacional ou helicoidal 
Simetria rotacional – as subunidades se empacotam 
ao redor do eixo rotacional a fim de formar uma 
estrutura fechada. 
• Cíclica: a forma mais simples da rotacional. Envolve 
a rotação ao redor de apenas um eixo (Cn), 
formando um anel de subunidades dispostas 
simetricamente. A simetria C1 (monoméricas) e a 
simetria C2 (diméricas) são comuns nas ptns de 
função diversa. Os grupos cíclicos maiores são bem 
mais raros. 
• Diédrica: um eixo de simetria rotacional e um eixo 
de simetria dupla (Dn – sendo n igual ao número de 
subunidades relacionadas pelo eixo). Ex.: enzimas, 
tetrâmeros D2 (hemoglobina). Essa simetria ajuda na 
maior estabilidade por conta do aumento do contato 
entre os protômeros (diferente da cíclica que há 
apenas contatos face a costas), o que possibilita o 
aumento de ligações. 
Simetria Icosaédrica - cada face de cada triângulo 
pode ser aproximada através da rotação ao redor 
de 3 eixos rotacionais. É uma estrutura mais comum 
em capsídeos virais. 
Simetria helicoidal – iguais e inseridas em forma de 
hélice, formando uma estrutura cilíndrica. Presente 
em estruturas virais. 
 
Programas e sites para dados proteicos 
PDB – protein data bank 
JSmol 
RasMol