Proteínas

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Bioquímica - Química das
proteínas
ESTRUTURA PRIMÁRIA
Refere-se à sequência de aminoácidos que
estão ligados entre si pelas ligações
peptídicas.
É ela que determina os outros níveis
estruturais, uma vez que os grupos R dos
aminoácidos podem se repelir ou se atrair,
podem estabelecer ligações
não-covalentes, estabelecer ligações
dissulfeto, ou apresentarem volume e
reatividade específica para tal função, ou
seja, eles são diretamente responsáveis
pela estabilidade e estrutura dos outros
níveis.
De acordo com a função exercida pela
proteína, ou peptídeo, haverá uma maior
concentração de alguns aminoácidos e
menor de outros nessa sequência.
Alguns peptídeos podem ter apenas a
estrutura primária e, mesmo assim,
apresentar função biológica.
Quanto maior for a complexidade
estrutural da proteína, mais específica ela
será.
Estrutura secundária
Descreve o arranjo espacial dos átomos de
um segmento de uma cadeia polipeptídica
sem considerar a posição das suas cadeias
laterais ou sua interação com outros
segmentos.
Existem alguns tipos de estrutura
secundária que são mais comuns e
estáveis:a α -hélice e a folha β pregueada.
α-hélice
Nessa estrutura, o esqueleto polipeptídico
é firmemente enrolado em torno de um
eixo imaginário desenhado
longitudinalmente no centro da hélice, e
os grupos R dos resíduos de aminoácidos
se projetam para fora do esqueleto
helicoidal.
A unidade que se repete forma uma volta
de hélice, que se estende por cerca de 5,4
Å ao longo do eixo e cada volta apresenta
3,6 resíduos de aminoácidos. A α-hélice
voltada para direita é a forma comum. As
hélices estendidas voltadas para esquerda
são teoricamente menos estáveis e não
foram observadas em proteína.
A sua grande estabilidade se relaciona
com a sua capacidade estrutural de
maximizar o uso de pontes de hidrogênio.
Essa estrutura é estabilizada por uma
ligação de hidrogênio entre o átomo de
hidrogênio ligado ao átomo de nitrogênio
eletronegativo de uma ligação peptídica e
o átomo de oxigênio eletronegativo da
carbonila do quarto aminoácido no lado
aminoterminal da ligação peptídica.
Na α-hélice , cada ligação peptídica
(exceto aquelas próximas às
extremidades) participa de tais ligações de
hidrogênio. Nas extremidades de um
segmento α-helicoidal, sempre há três ou
quatro grupos carbonila ou amino que não
podem participar desse padrão helicoidal
de ligações de hidrogênio. Esses podem
estar expostos ao solvente circundante,
onde suas ligações de hidrogênio com a
água ou com outras partes da proteína
podem proteger a hélice e proporcionar os
parceiros necessários para a ligação de
hidrogênio.
Grupos R negativos podem formar pares
iônicos com grupos positivos separados,
geralmente por 3 aminoácidos, o que
mantém a estabilidade, assim como
aminoácidos aromáticos que fazem pares
hidrofóbicos nessa mesma distância.
Entretanto, átomos com a mesma carga
em sequência desestabilizam a cadeia por
causa da repulsão eletrostática, enquanto
que os grupos R volumosos podem
também ter um efeito desestabilizador
caso estejam próximos.
A prolina é um aminoácido que
desestabiliza essa estrutura, já que o seu
grupo imino rígido não permite uma livre
rotação entre o carbono alfa e o nitrogênio
a ele ligado. Além disso, ela não apresenta
um hidrogênio livre para formar pontes de
hidrogênio. A glicina também é indesejada
pois a sua flexibilidade é incompatível
com a estrutura da hélice.
Folha β pregueada
Na conformação β , o esqueleto da cadeia
polipeptídica está estendido (mais ainda
que o da hélice) em forma de zigue-zague
e o arranjo de vários segmentos lado a
lado, os quais estão na conformação β, é
chamado de folha β.
Pontes de hidrogênio entre unidades
peptídicas de cadeias diferentes ou de
segmentos da mesma cadeia é o que
garante a estabilidade dessa estrutura.
Os grupos R estão projetados para cima e
para baixo do plano da folha pregueada.
Elas são chamadas de paralelas quando os
segmentos apresentam a mesma
orientação do aminoterminal para o
carboxiterminal, caso essa orientação seja
inversa, são chamadas de antiparalelas.
Cotovelos, alças ou voltas
São segmentos polipeptídeos sem
estrutura regular que servem para unir
estruturas secundárias regulares.
Estrutura terciária
A estrutura terciária se refere ao
dobramento final de uma cadeia
polipeptídica que envolve interações entre
estruturas secundárias regulares e
irregulares.
A cadeia adquire uma estrutura final
através das interações não-covalentes
entre os diversos segmentos dessa cadeia,
como por exemplo, interações
hidrofóbicas, eletrostáticas (entre
aminoácidos e aminoácidos + água) e
pontes de hidrogênio.
Um tipo de ligação covalente, a ligação
dissulfeto, realizada entre dois
aminoácidos de cisteína, também é
essencial para manter a estabilidade da
proteína nesse nível estrutural.
Obs: A ponta da seta nas folhas β
representam a extremidade
carboxiterminal.
Estrutura quaternária
Ocorre quando duas ou cadeias
polipeptídicas, já dobradas, unem-se,
através de ligações não-covalentes e
formam uma proteína oligomérica
funcional.
Nesse caso, cada cadeia comporta-se como
uma subunidade da proteína.
Essas subunidades podem estar ligadas a
grupos não formados por aminoácidos,
chamados de grupos prostéticos, e quando
isso ocorre, a proteína é chamada de
conjugada.
Proteínas fibrosas e
globulares
Proteínas fibrosas apresentam cadeias
polipeptídicas arranjadas em longos
filamentos ou folhas, feitos por um
único tipo de estrutura secundária,
com estrutura terciária simples e que
garantem suporte, proteção e forma.
1. Queratina
• A α-queratina está presente em pele,
cabelo, pelos, chifres e cascos de
mamíferos, enquanto a β-queratina faz
parte de bicos e penas de
aves.
• Compostas por heptapeptídeos
(a-b-c-d-e-f-g) que fazem uma pseudo
repetição ao longo da cadeia, de modo
que o aminoácido a e d são sempre
hidrofóbicos.
-São ricas em Ala; Val; leu; Ile; Met;
Phe.
- A α-queratina é rica em resíduos de
Cys, que formam pontes de dissulfeto
entre hélices adjacentes. Essas hélices
ficam embebidas em uma
matriz amorfa de proteínas.
• São classificadas como queratinas
moles ou duras de acordo com o
conteúdo de pontes de dissulfeto que
elas possuem, o que está relacionado
com o número de resíduos de Cys.
2. Seda – PROTEÍNA FIBROÍNA
• A seda apresenta resistência e grande
flexibilidade, mas pouco
poder de distensão.
• As cadeias da seda são compostas
principalmente de resíduos de
Gly, Ala e Ser, na proporção de 3:2:1,
que se repetem na seqüência
Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala.
Estas cadeias formam folhas β que
correm em sentido anti-paralelo, com
todas as Gly de um lado da
cadeia β e todas as Ser e Ala do outro,
sendo bastante ordenadas.
• As cadeias polipeptídicas da seda são
unidas por pontes de H em
uma dimensão (entre folhas β) e por
forças de Van der Waals na
outra, o que confere grande
flexibilidade. Como a conformação β já
é estendida, as fibras de seda não se
distendem.
• Em algumas regiões, entretanto, a
presença de aminoácidos de
cadeia lateral maior (Tyr, Val, Asp e
Arg) desordena as fibras e
permite uma certa elasticidade. A
proporção entre regiões
ordenadas e amorfas permite que
sedas de diferentes espécies
apresentem propriedades mecânicas
diferentes.
3. Colágeno
- Ocorre em todos os organismos
multicelulares e é a proteína mais
abundante em vertebrados.
-Proteína extracelular que se organiza
em fibras insolúveis com alta
resistência a tensões, por isso ele é o
principal componente anti-estresse
dos tecidos conectivos tais como
ossos, dentes, cartilagens, tendões,
ligamentos e matrizes fibrosas da pele
e vasos
-Mamíferos têm cerca de 33 tipos
diferentes de colágeno.
-Conformação helicoidal típica
-Alto conteúdo de glicina, prolina e
hidroxiprolina nessa sequência e com
regularidade
-Associação de três cadeias de
colágeno forma o tropocolágeno,
módulo estrutural básico.
Proteínas globularesapresentam
cadeias polipeptídicas dobradas em
forma esférica ou globular e,
geralmente, contêm diversos tipos de
estruturas secundárias. Elas exercem
função enzimática e reguladora.
Peso das proteínas
O peso molecular das proteínas é
representado em Daltons (d).
O peso molecular médio de um
aminoácido é 128d, considerando que,
numa ligação peptídica, eles perdem
uma molécula de água, seu peso médio
na forma de resíduo é 110d.
Carga elétrica e solubilidade
É importante perceber que a
quantidade de grupos R ionizados ou
não vai interferir diretamente nas
propriedades eletrostáticas de uma
proteína como um todo e que isso se
relaciona diretamente com o meio em
que ela vai atuar.
Desnaturação
A manutenção contínua do grupo ativo
de proteínas celulares necessárias em
um dado conjunto de condições, ou
seja, do seu estado nativo, é chamada
proteostase.
Quando uma proteína perde uma parte
suficiente da sua estrutura para que ela
não exerça mais sua função, ela é
chamada de desnaturada.
A desnaturação frequentemente leva à
precipitação de proteínas, uma
consequência da formação de
agregados proteicos pela exposição de
superfícies hidrofóbicas associadas.
Fatores que causam a desnaturação de
uma proteína são a temperatura, o pH
e a adição de algum agente
desnaturante (um solvente orgânico,
por exemplo).
A desnaturação de algumas proteínas,
no entanto, é reversível. Certas
proteínas globulares desnaturadas por
temperatura, pH ou agentes
desnaturantes reassumem suas
estruturas nativas e suas atividades
biológicas se retornarem às condições
nas quais a conformação nativa é
estável. Esse processo é chamado de
renaturação.