Licenciatura em Ciências Exatas - IFSC

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1 Biologia IV Licenciatura em Ciências Exatas - IFSC Proteínas e enzimas Monitora: Natália Karla Bellini Professora: Dra. Ilana Camargo Moléculas orgânicas grupos funcionais Glicose (carboidrato) DNA (fosfodiéster) Base + pentose + fosfato Aminoácido (Proteínas) Carbonila Amina Ác. carboxílico Fenol Álcool Etileno Fosfodiéster Alceno Cera (lipídio) Éster 1

2 Composição celular As proteínas são moléculas orgânicas que contêm carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. Algumas também contêm enxofre. Funções das proteínas Essenciais em todos os aspectos da estrutura e função celulares As enzimas são as proteínas que aceleram as reações químicas. As proteínas transportadoras auxiliam no transporte de certos compostos químicos para dentro e para fora das células. Bacteriocinas, produzidas por muitas bactérias, destroem outras bactérias. Toxinas, denominadas exotoxinas, produzidas por certos microrganismos causadores de doença; Algumas proteínas participam da contração das células musculares animais e do movimento de células microbianas ou de outros tipos. Outras proteínas são partes integrantes das estruturas celulares, como as paredes, as membranas e os componentes citoplasmáticos. Hormônios de certos organismos têm funções reguladoras. As proteínas chamadas de anticorpos desempenham um papel no sistema imune dos vertebrados. 2

3 Proteínas: estuturais ou catalíticas (enzimas) Transportadores (importar, exportar metabólitos) Receptores (reconhecimento) Vias metabólicas Síntese de proteínas Endereçadas: lisossomos, citoplasma ou meio externo 3

4 Proteínas estruturais Toda movimentação de organelas é mediada por proteínas (filamentos de actina e miosina) Suporte estrutural, transporte no interior celular, segregação DNA na divisão celular Biopolímeros Carboidratos Glicose Proteínas Aminoácidos Condensação (ligação peptídica) Proteínas 4

5 Subunidade monomérica de proteínas = Aminoácidos (a.a.) Tamanho, estrutura, carga da proteína levógiros (formas L) desviam a luz para a esquerda, e dextrógiros (formas D) desviam a luz para a direita. Observe que as duas estruturas correspondem a imagens especulares uma da outra, uma marca de isômeros ópticos. Subunidade monomérica de proteínas = Aminoácidos (a.a.) Tamanho, estrutura, carga da proteína Cadeia lateral: vai desde H da glicina à anéis aromáticos; A variação da cadeia lateral dos a.a. é o que os difere um do outro e confere diferentes estrutura às proteínas, diferentes funções e cargas 5

6 22 aminoácidos Selenocisteina (Sec, U) Pirrolisina (Pyl, O) Se há 22 a.a. e cada proteína tem em média 300 a.a. temos chances de produzir diferentes polipeptídios. Nas proteínas já foram encontrados mais de 100 a.a. diferentes (modificações dos canonicos). O que os agrupa? Selenocisteina (Sec, U) Pirrolisina (Pyl, O) Etapas de biossintese muito similares. Função química similar. Estruturalmente similares. 6

7 Grupamento estrutural/químico Cadeias laterais hidrofóficas que estabilizam a estrutura de proteínas Relativamente apolares e absorvem luz UV Grupamento estrutural/químico Contêm grupamentos que formam ligações de H com a água 7

8 Grupamento estrutural/químico Grupo R carregado negativamente Carga líquida positiva em ph 7 Carga líquida negativa em ph 7 Dógma central da biologia molecular Código genético Correspondência do ácido nucleíco para sequência de a.a. 8

9 9

10 Amino ácido carboxílico N terminal C terminal 10

11 Níveis hierarquicos de complexidade Determina o folding das demais Estrutura primária Estrutura primária: sequência linear dos a.a. em proteínas 11

12 Estrutura secundária Estrutura primária: sequencia linear dos a.a. em proteínas Uma vez linear, se enovela pra assumir estados mais estáveis. Estrutura secundária: hélices α e folhas β 1 ponte de H é fraca. Mas a união faz a força. Estrutura secundária Estrutura primária: sequencia linear dos a.a. em proteínas Uma vez linear, se enovela pra assumir estados mais estáveis. Estrutura secundária: folhas β e hélices α (TOPOLOGIA) 12

13 Estrutura terciária Estrutura primária: sequencia linear dos a.a. em proteínas Uma vez linear, se enovela pra assumir estados mais estáveis. Estrutura secundária: folhas β e hélices α Interação entre cadeia lateral do a.a de dois polipeptídeos gera o 3D Estrutura terceária: estrutura tridimensional dos polipeptídios (estabilizada po pontes de dissulfeto) Estrutura quaternária Estrutura primária: sequencia linear dos a.a. em proteínas Uma vez linear, se enovela pra assumir estados mais estáveis. Estrutura secundária: folhas β e hélices α Interação entre cadeia lateral do a.a de dois polipeptídeos gera o 3D Estrutura terceária: estrutura tridimensional dos polipeptídios União de mais de uma subunidade Estrutura quaternária: agrupamento de subunidades monoméricas 13

14 Estrutura quaternária interações que a estabilizam Estrutura SPS - Dímero SelD/SPS Seleneto ATP AMP + Pi Monoselenofosfato (H 2 PO 3 SeH) Sítio Ativo N terminal C terminal ZHANG, Y., et al 2005 Sítio Ativo Itoh, Y., et al

15 Enzimas Proteínas (ou RNAs) que atuam no catabolismo (quebra) e anabolismo (síntese). Tudo nas células é formado e quebrado. Enzimas envolvidas na glicólise 15

16 Classificação das enzimas Respiração aeróbia 4 complexos enzimáticos com funções distintas 16

17 Cinética enzimatica Energia (E) capacidade de realizar trabalho (W) kj Requerida (reações X) Liberada (reações Y) Energia livre (G) Energia disponível para realizar trabalho (W) Troca de energia livre durante a reação (ΔG) A + B C + D ΔG = G f (C + D) G f (A + B) ΔG < O = reação libera energia Reação exergônica (produz E) ΔG > O = reação requer energia pra acontecer Reação endergônica (requer E) Reação enzimática ½ O 2 + H 2 H 2 0 Ligações químicas devem ser quebradas pra então haver ligação (formação de água) Energia de ativação Catalisador (enzima) = diminiu a energia de ativação da reação, facilita a reação mas não é consumido ou transformado. ½ O 2 + H 2 ½ O 2 + H 2 H 2 0 H

18 Reação catalisada por enzima Cada enzima catalisa um único tipo de reação química ESPECIFICIDADE (se deve à estrutura 3D da molécula) E + S ES P região da proteína na qual liga-se o substrato. Sítio ativo (sítio catalítico) especificidade Enzima/Substrato Polissacarídios informacionais Carboidratos Energéticos, estruturias, reconhecimento celular Peptideoglicano Lisozima 18

19 Reação catalisada por enzima Cada enzima catalisa um único tio de reação química ESPECIFICIDADE (se deve à estrutura 3D da molécula) E + S ES P Reação REVERSÍVEL Complexo citoplasmático multiproteíco Função química: síntese de ATP 19

20 Grupos prostéticos e Coenzimas Moléculas não proteícas que auxiliam na catálise mas não são substrato. Subdivididas de acordo com força de interação. 1. Grupo Heme (citocromo) 2. Coenzima (co-fatores) Derivados de vitaminas Oxidação do NADH 20

21 Regulação enzimática Síntese de glicose Excesso de glicose Gasto de C e energia Controlar a quantidade da enzima ou a atividade da mesma. Controle à nível gênico Resultado de alterações estruturais. (controle químico) Feedback de inibição (feedback negativo) Feedback negativo (inibição alostérica) Excesso do produto final (via x) inibe enzimas das etapas iniciais desta via. Enzimas (alostéricas) reversível Ao diminuir novamente o produto, a via é reativada para síntese do mesmo. Mudança conformacional (não acomoda mais o substrato) [produto final] diminui, nada se liga ao sítio alostérico = substrato liga-se no sítio ativo 21

22 Fatores que influenciam a atividade enzimática Temperatura ph Perde estrutura Perde atividade/função!! 22

23 Fatores que influenciam a atividade enzimática TºC e ph Fatores que influenciam a atividade enzimática 23

24 Temperatura Microcolônia de procariotos vivendo em nascente de águas ferventes. Cianobactéria termófila Proteínas e enzimas estáveis (resistentes) ao calor. 24