Aula3_Proteínas

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Proteínas
Capítulo 2 (Stryer)
Estrutura primária de proteínas
• Proteínas são formadas pela concatenação de 
aminoácidos (que, em proteínas, são 
chamados de resíduos, uma vez que a cada 
ligação peptídica perde-se uma molécula de 
água).
• Há vinte aminoácidos na natureza 
determinados pelas tríades de bases em um 
códon*.
*aminoácidos adicionais podem aparecer em 
alguns casos!
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Apolares
Glicina
(Gly, G)
Alanina
(Ala, A)
Valina
(Val, V)
Leucina
(Leu, L)
Metionina
(Met, M)
Isoleucina
(Ile, I)
Polares
Serina
(Ser, S)
Treonina
(Thr, T)
Asparagina
(Asn, N)
Glutamina
(Gln, Q)
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Aromáticos
Fenilalanina
(Phe, F)
Tirosina
(Tyr, Y)
Triptofano
(Trp, W)
Positivos ou básicos
Lisina
(Lys, K)
Arginine
(Arg, R)
Histidina*
(His, H)
*Somente quando protonada
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Negativos ou ácidos
Aspartato
(Asp, D)
Glutamato
(Glu, E)
Casos “à parte”
Cisteína
(Cys, C)
Prolina
(Pro, P)
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Muitas classificações são possíveis
Willie R. Taylor (1986)
Estrutura básica e nomenclatura
Alanina ALA A Metionina MET M
Cisteína CYS C Asparagina ASN N
Aspartato ASP D Prolina PRO P
Glutamato GLU E Glutamina GLN Q
Fenilalanina PHE F Arginina ARG R
Glicina GLY G Serina SER S
Histidina HIS H Treonina THR T
Isoleucina ILE I Valina VAL V
Lisina LYS K Triptofano TRP W
Leucina LEU L Tirosina TYR Y
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Curvas de titulação de aminoácidos
pKa é uma medida da tendência de um 
grupo doar um próton, com esta 
tendência diminuindo dez vezes se o 
pKa aumentar de 1 unidade
pI = ponto isoelétrico
(média aritmética dos pKa’s)
pKas típicos para resíduos
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Quiralidade dos aminoácidos
• O carbono alfa de um aminoácido é 
assimétrico. Portanto, aminoácidos podem ter 
duas formas quirais, denominadas l e r. 
Apenas a forma l é observada em proteínas.
Ligações peptídicas
Ionização peptídica e pI
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Porções terminais de uma cadeia 
polipeptídica
• A parte terminal da cadeia que apresenta o 
grupo amina é denominada amino-terminal
ou simplesmente N-terminal.
• A que apresenta o grupo ácido carboxílico é 
denominado carboxi-terminal ou C-terminal.
• Massas de proteínas são comumente dadas 
em Daltons (Da), que correspondem à massa 
do hidrogênio. Aminoácidos tem massa média 
de 110 daltons.
A relação seqüência–estrutura–função
• A função de uma proteína é determinada pela 
sua estrutura. Isso porque, em geral, a função 
decorre do correto posicionamento de alguns 
aminoácidos-chave.
• A estrutura de uma proteína, por sua vez, é 
determinada por sua seqüência de 
aminoácidos.
• Em geral, proteínas com alta identidade
possuem estrutura similar.
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Relação estrutura-seqüência
The relation between the divergence of sequence and structure in proteins. Chothia C, Lesk AM. EMBO J. 1986 Apr;5(4):823-6.
Flexibilidade
• Algumas proteínas 
precisam ser rígidas
(como aquelas de 
função estrutural), mas 
em muitos casos 
proteínas podem 
necessitar flexibilidade 
para exercer sua 
função.
Kuser et al., 2008
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Proteínas conjugadas
Caracterização estrutural
No processo de enovelamento:
1. Conformações
2. Estado nativo
3. Estabilidade termodinâmica
4. Entropia e entalpia
5. Camadas de solvatação
6. Interações covalentes
7. Interações não-covalentes
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Planos de ligação: rotações phi e psi
RAMACHANDRAN
Estrutura secundária: hélices
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Estrutura secundária: hélices
Estrutura secundária: fitas β (β (β (β (folhas β)β)β)β)
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Estrutura secundária: fitas β (β (β (β (folhas β)β)β)β)
Estruturas secundárias de conexão
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Estruturas e o Ramachandran
enzima piruvato kinase
Proteínas fibrosas
Interações hidrofóbicas
(Ala, Val, Leu, ILe, Met, Phe)
Interações covalentes
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Proteínas fibrosas
Colágeno cadeia αααα
(left-hand)
Estrutura primária
“Right-hand helical supertwist”
Tropocolágeno
Estrutura nas fibras
Proteínas globulares
• Proteínas globulares tendem a se enovelar de 
forma a agrupar aminoácidos apolares em seu 
interior, formando estruturas compactas.
Hidrofóbicos
Carregados
Outros
Mioglobina
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Proteínas modulares
• Algumas proteínas possuem estrutura 
modular composta de diferentes domínios, 
que são conectadas por porções flexíveis.
CD4
Proteínas globulares: variedade estrutural
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Motivos estruturais simples definem motivos complexos
“All αααα proteins”
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“All ββββ proteins”
“α/βα/βα/βα/β proteins”
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“α+βα+βα+βα+β proteins”
O trabalho de Anfisen
• Na década de 1950, Christian 
Anfisen fez uma série de 
experimentos com a 
ribonuclease bovina para 
descobrir que condições 
levavam ao enovelamento de 
uma proteína.
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O trabalho de Anfisen
• Sabe-se que reagentes como 
uréia e cloreto de guanidínio
são capazes de desenovelar 
proteínas rompendo 
interações não covalentes, 
enquanto agentes redutores 
como o β-mercaptoetanol são 
capazes de desfazer pontes 
dissulfeto.
O trabalho de Anfisen
• Anfinsen notou que apesar da ribonuclease
perder sua atividade quando se adicionava 
uréia (8M) e β-mercaptoetanol , a proteína 
gradualmente recuperava sua atividade para 
quase toda aquela observada anteriormente, 
se tais reagentes fossem retirados por diálise.
• Porém, se a ribonuclease reduzida fosse 
reoxidada ainda na presença da uréia, apenas 
1% da atividade era obtida.
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O trabalho de Anfisen
• Esse resultado pode ser 
compreendido pelo fato de que 
há várias formas diferentes (105, 
no total) de formar pontes 
dissulfeto em uma proteína com 
oito cisteínas. 
Enovelamento e mau enovelamento
• Nos últimos anos, verificou-se que doenças 
infecciosas podem se transmitir não apenas 
por vírus ou bactérias, mas por proteínas.
• O exemplo mais conhecido é a encefalopatia 
espongiforme bovina, ou mal da vaca louca.
• Os agentes que causam tais doenças são 
chamados de príons.
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Enovelamento e mau enovelamento
• Nos últimos anos, verificou-se que doenças 
infecciosas podem se transmitir não apenas 
por vírus ou bactérias, mas por proteínas.
• O exemplo mais conhecido é a encefalopatia 
espongiforme bovina, ou mal da vaca louca.
• Os agentes que causam tais doenças são 
chamados de príons.
Príons
• A proteína celular PrP está presente 
normalmente no cérebro, e tem uma 
estrutura composta em sua maioria por 
hélices-α e pouca estrutura em fitas-β.
• Cérebros infectados, porém, possuem uma 
proteína denominada PrPSC, de seqüência 
idêntica à PrP, mas composta principalmente 
por fitas-β, e que tende a formar agregados 
fibrosos denominados amilóides.
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Príons
• Embora a proteína PrP seja estável em sua forma 
enovelada, o simples fato dela entrar em contato 
com a proteína na forma PrPSC faz com que ela passe 
a tomar a forma desta, em uma reação em cadeia 
que leva à conversões sucessivas.
• Uma vez que tais agregados insolúveis se acumulam 
e têm efeito neurodegenerativo, a doença se instala.
• Tais agregados são também observados em outras 
doenças (não infeccsiosas) como Alzheimer e 
Parkinson.
Enovelamento de proteínas
• O enovelamento de 
proteínas pode ser 
descrito como um 
processo “tudo ou 
nada”, o que pode ser 
verificado por técnicas 
espectroscópicas.
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Enovelamento de proteínas
• Cyrus Levinthal calculou que, se cada resíduo 
pudesse ter três conformações, o número 
total de estruturas em uma proteína de 100 
resíduos seria 3100, ou 5*1047.
• Se fosse necessário 10-13s para mudar de uma 
estrutura para outra, o tempo para se 
encontrar a conformação correta seria de 
5*1034s, isto é, 1.6*1027 anos.
• A diferença entre o tempo calculado e o 
tempo real de enovelamento é conhecido 
como o paradoxo de Levinthal.
*Idade do universo: 13.75±0.11*109 anos
Por que proteínas enovelam em 
tempo hábil?
• O enovelamentode uma proteína não 
acontece de forma aleatória de forma a buscar 
a melhor conformação entre todas as 
possíveis – ele é um processo cooperativo, em 
que conformações corretas tendem a 
acontecer primeiro, serem mantidas, e induzir 
a formação de novos contatos nativos.
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Enovelamento (funil de energia)