Estrutura e Sequenciamento de Proteínas

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Estrutura de Proteínas
Princípios de Bioquímica
Lehninger
Capítulo 3, ítem 3.4
Proteínas são essenciais a vidas e participam dos vários processos 
enzimáticos
A bactéria Escherichia coli apresenta 3 mil proteínas diferentes, 
já seres humanos possuem cerca de 25 mil genes, os quais 
codificam um número muito maior de proteínas diferentes
Estrutura e função de proteínas
Colágeno
Anticorpo IgG1
Hemoglobina
Insulina
Adenilato kinase
As proteínas são 
moléculas essenciais para 
a estrutura e função das 
células, desempenhando 
ampla variedade de 
funções biológicas
A função das proteínas é
totalmente dependente de 
sua estrutura 
tridimensional
Enzimas são proteínas
que catalizam reações
químicas no metabolismo
A estrutura primária de uma proteína 
(sequência de aa) determina como a proteína 
irá se enovelar em sua estrutura terciária
Evidências: 
1) mutações de um único aa podem alterar a 
função de uma proteína (ex.: anemia 
falciforme)
2) Proteínas de espécies diferentes e que 
apresentam funções similares, em geral 
também apresentam sequências de aa 
similares
Entretanto, podem ocorrer variações da sequência 
primária de aa sem que a função da proteína seja 
alterada, desde que sítios importantes para a função 
da proteína não sejam alterados: 
• 20 a 30% das proteínas humanas são polimórficas dentro de 
uma população
• Proteínas de espécies diferentes e com funções semelhantes 
podem ter sequências bem distintas e tamanhos variados
Mas como determinar a 
sequência de aa de uma 
proteína????
Em 1953:
- Watson and Crick deduziram a estrutura de 
dupla hélice do DNA e propuseram um 
modelo para sua replicação
- Sanger determinou a sequência de aa das 
cadeias polipeptídicas da insulina
Aminoácidos: componentes das proteínas
ala
arg
asn asp cys
gln glu
gly his
ile leu
lys
met
phe
pro ser thr
trp
tyr
val
O DNA é uma molécula informacional: cada códon (sequência de três
nucleotídeos) codifica um único residuo de aminoácido na proteína.
Como as proteínas são construídas
phe
phe
val valval
val
tyr
tyr
trp
ala
ile ile
ile
ile
φ
ψ
Os aminoácidos são unidos por ligações peptídicas com a liberação
de uma molécula de água e passam a ser denominados resíduos
A cadeia polipeptídica se dobra devido aos graus de liberdade da
ligação e dos resíduos originando uma estrutura tridimensional 
funcional
O método de Sanger só permite determinar o resíduo N-terminal, 
já que HCl 6M irá promover também a quebra das demais 
ligações peptídicas. 
Esse método permite a determinação do número de cadeias 
polipeptídicas presentes em uma proteína
A degradação de Edman permite o sequenciamento de um 
peptídeo inteiro, uma vez que essa promove a marcação e a 
remoção apenas do resíduo N-terminal. 
O processo se repete até a identificação de todos os resíduos (até
cerca de 50 resíduos)
O primeiro passo para o 
sequenciamento de uma 
proteína grande é a quebra 
das pontes dissulfeto
O segundo é a quebra da proteína, utilizando-se de proteases em 
fragmentos peptídicos menores
Os fragmentos peptídicos são então separados por 
cromatografia ou outro método eletroforético e 
então submetidos ao processamento de Edman
Além desse método, a sequência de proteínas pode ser deduzida 
por espectrometria de massa
Ou através do sequenciamento do DNA
Peptídeos podem ser 
sintetizados (até 100 
resíduos)
A sequência de aa de uma proteína pode ser importante para 
determinar a que família essa proteína pertence. 
Proteínas da mesma família podem apresentar os mesmo aa 
em uma região que é crítica para a função da proteína.
O sequenciamento pode indicar a presença de domínios, que 
são comuns a várias proteínas, bem como sequências sinais, 
que podem determinar a localização celular de uma proteína 
ou sua meia-vida
• Para se determinar o quão similares duas proteínas são, essas 
podem ser alinhadas através de programas de bioinformática que 
irão conferir um score àquele alinhamento
• Esse score leva em conta se dois resíduos são idênticos ou se a 
alteração é conservadora e se existem gaps no alinhamento
Árvore evolutiva bacteriana (o comprimento da linha é proporcional 
ao número de substituições de aa de uma espécie a outra)
Proteína testada: GroEL, ajuda no enovelamento de proteínas
Essa árvore é baseada no estudo das sequências de 
várias proteínas e de características genômicas
A estrutura tridimensional de 
proteínas (Lehninger, capítulo 4)
Quimiotripsina
glicina
• Proteínas se enovelam assumindo uma conformação estável
• A conformação tridimensional é dependente de ligações dissulfeto, 
ligações de hidrogênio, interações hidrofóbicas e interações iônicas
• ligações dissulfeto são mais comuns em proteínas a serem 
secretadas
• As ligações não covalentes são mais comuns para estabilizar a 
conformação de proteínas intracelulares
Conceitos gerais sobre estrutura de 
proteínas
• Ligações de H e interações iônicas estão presentes em regiões de 
contato com a água. 
• No interior da proteína (região hidrofóbica), a presença de átomos 
capazes de realizar ligações de hidrogênio e iônica, porém sem o 
outro par, são desestabilizantes
• Partes hidrofóbicas das proteínas tendem a serem mantidas em 
regiões internas, que não apresentam contato com a água
Conceitos gerais sobre estrutura de 
proteínas
A ligação peptídica é rígida e planar
A ligação C-N peptídica é mais curta que a ligação C-N em 
aminas comuns
• A ligação C-N é parcialmente dupla não apresentando rotação
• Isso limita as possibilidades de conformações possíveis para 
uma cadeia polipeptídica
A ligação peptídica é rígida e planar
A ligação peptídica é rígida e planar
Algumas conformações não 
são permitidas por 
impedimento estérico
Pontes de Hidrogênio
Estruturas Secundárias:
Refere-se ao arranjo espacial de um determinado 
segmento de uma cadeia polipeptídica (os ângulos do 
segmento obedecem a uma certa ordem)
− α-hélice: 25% dos aa de proteínas apresentam a conformação 
de α-hélice
- As α-hélices são estabilizadas por pontes de H 
- aa nas posições 1 e 4 interagem (positivo com negativo ou 
hidrofóbico com hidrofóbico
A propensão de um aa de formar α-hélice depende de sua cadeia 
lateral. 
Uma sequência de aa carregados positivamente ou negativamente 
não forma α-hélice, bem como aa com cadeias laterais volumosas
• Prolinas desestabilizam α-hélices por seu N 
estar em um anel rígido e por não possuir H 
ligado ao N para estabeler ligação de H
• Glicinas são muito flexíveis, por isso 
formam outros tipos de estruturas
Conformação β ou folha β: é uma 
conformação mais extendida
Conformação β ou folha β: é uma 
conformação mais extendida
Ligações de H também são importantes para folha β
Quando duas folhas β encontram-se sobrepostas, os R dos aa 
da superfície de contato são relativamente pequenos (alanina e 
glicina). Ex.: fibroína da teia de aranha
A volta β é a conformação adotada por um terço dos aa de proteínas 
globulares, sendo que glicina e prolina são muito comuns nessas 
regiões de loops
A volta β conecta α hélices e folhas β antiparalelas
A volta β tem um ângulo de 180º e envolve 4 aa (em geral 
glicina ou prolina), sendo que, em geral, o aa 1 interage com o 
aa 4.
Estrutura terciária de proteínas
• Refere-se à organização espacial de aa que 
se encontram, às vezes, em regiões distantes 
na sequência polipeptídica
• Ligações não covalentes, e às vezes ligações 
covalentes (ligações dissulfeto) medeiam a 
estruturação terciária da proteína
A organização espacial de proteínas formadas por duas ou 
mais sequências polipeptídicas é chamada de estrutura
quaternária
Classificação de proteínas de acordo 
com a organização estrutural
• Proteínas fibrosas: consistem de um tipo 
único de estrutura secundária, sendo que sua 
estrutura terciária é simples. Em geral 
provêm suporte, forma ou proteção externa 
para vertebrados
• Proteínas globulares: contêm vários tipos 
deestrutura secundária. Em geral são 
enzimas ou proteínas regulatórias
Proteínas fibrosas
• Formada por elementos repetitivos de 
estrutura secundária
• São insolúveis em água (formadas por 
vários aa hidrofóbicos)
Proteínas fibrosas
Encontrado no cabelo, 
unha, camada externa da 
pele, etc. e tem função 
de prover força
É rica em aa hidrofóbicos (Ala, Val, Leu, Met e Phe)
Pontes dissulfeto estabilizam a estrutura quaternária
Colágeno: encontrado em tecido conectivo e tem função de prover 
força
3 α hélices
O colágeno é formado principalmente por glicina, alanina, 
prolina e hidroxiprolina. O ácido ascórbico é responsável pela 
produção de hidroxiprolina, por isso sua falta causa escorbuto
Fibroína:
• É formada por cadeias polipeptídicas em conformação β, sendo 
uma estrutura flexível
• Produzido por insetos e aranhas
Proteínas globulares
• Apresentam mais diversidade estrutural
Exemplo de proteína globular: imunoglobulinas, 
transportadores, enzimas proteínas motoras
• Mioglobina é a proteína ligadora de oxigênio no músculo.
• Formado por uma única cadeia polipeptídica (153 aa) e contem um 
grupo heme
• Formada por α-hélices e voltas β
• Seu interior é formado por resíduos hidrofóbicos e a maioria dos R 
dos aa polares interagem com a água e estão na superfície da 
molécula
Estrutura da deoxihemoglobina: apresenta estrutura quaternária, 
também contendo estrutura compacta no interior e o grupo heme
O grupo heme da mioglobina se encontra no interior da molécula, 
protegido da água, que oxida o ferro, incapacitando-o para a 
ligação ao oxigênio
Arranjo ou motivo: Dois tipos de estruturas secundárias em 
arranjo ou estruturações mais complexas (β-barril) de uma parte 
da cadeia polipeptídica ou da cadeia inteira
Domínios proteicos: é uma parte da cadeia polipeptídica que é
estável independentemente do restante.
Diferentes domínios em geral têm funções independentes
Troponina C (proteína ligadora de cálcio)
Estruturas α e β são alternadas
Estruturas α e β são segregadas em regiões diferentes
Vírus da poliomielite
Vírus do tabaco
Desnaturação de proteínas
• A perda da estrutura implica em perda de função
• Causas de desnaturação: temperatura, pH, etanol ou acetona, 
detergentes, uréia, etc.
Em determinadas situações, 
algumas proteínas podem 
ser renaturadas
- O modelamento ou enovelamento de proteínas pode ocorrer 
através da interação (ligações de H ou interação iônica) entre aa 
que se encontrem próximos na sequência polipeptídica, formando 
estrutura secundária. Posteriormente, partes distantes da proteína 
se enovelariam
- Outra opção: a proteína se enovelaria pelo colapso de regiões 
hidrofóbicas
É possível que os dois processos ocorram!
Enovelamento: várias proteínas precisam 
de chaperones para se enovelarem