1. QUANTO À FORMA a. Proteínas Fibrosas b. Proteínas globulares... 7

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1 PROTEÍNAS PROTEÍNAS...1 A. INTRODUÇÃO... 3 B. FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS FUNÇÃO DINÂMICA a. Função Hormonal b. Função de Defesa c. Função Nutritiva d. Função Reguladora e. Função Enzimática f. Coagulação sanguínea g. Transporte FUNÇÃO ESTRUTURAL...6 C. CLASSIFICAÇÃO QUANTO À FORMA a. Proteínas Fibrosas b. Proteínas globulares QUANTO À COMPOSIÇÃO a. Proteínas simples b. Proteínas Conjugadas c. Proteínas Derivadas QUANTO AO NÚMERO DE CADEIAS POLIPEPTÍDICAS 9 3.a. Proteínas Monoméricas b. Proteínas Oligoméricas... 9 D. A LIGAÇÃO PEPTÍDICA Proteínas página 1 de 21

2 E. ORGANIZAÇÃO ESTRUTURAL DAS PROTEÍNAS ESTRUTURA PRIMÁRIA ESTRUTURA SECUNDÁRIA a. Hélices b. Folha β B.I. OS COTOVELOS β c. Estrutura Secundária Não Repetitiva ou Random Coil 12 2.d. Estruturas Supersecundárias ESTRUTURA TERCIÁRIA a. Estruturas α/α b. Estruturas β/β c. Estruturas α/β d. Estruturas α+β ESTRUTURA QUATERNÁRIA A CONFIGURAÇÃO NATIVA...12 Proteínas página 2 de 21

3 A. INTRODUÇÃO As proteínas são compostos orgânicos de alto peso molecular, são formadas pelo encadeamento de aminoácidos. Representam cerca do 50 a 80% do peso seco da célula sendo, portanto, o composto orgânico mais abundante da matéria viva. Características: Natureza macromolecular: Possuem um tamanho compreendido entre 0,001 a 0,2 µm de diâmetro formando, na água, uma solução coloidal. Natureza anfotérica: Constituem, assim, um dos melhores sistema tampão do organismo. Em geral, o termo proteína é usado para moléculas compostas por mais de 50 aminoácidos (resíduos) e o termo péptido é usado para moléculas com menos de 50 aminoácidos. Proteínas página 3 de 21

4 B. FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS As proteínas exercem na célula uma grande variedade de funções, que podem ser divididas em 2 grupos: Dinâmicas Transporte, defesa, catálise de reacções, controlo do metabolismo e contracção, por exemplo; Estruturais Proteínas como o colágenio e elastina, por exemplo, que promovem a sustentação estrutural da célula e dos tecidos. 1.FUNÇÃO DINÂMICA 1.a. Função Hormonal Muitas hormonas são, na verdade, proteínas especializadas na função de estimular ou inibir a actividade de determinados órgãos. Um exemplo bem característico é a hormona pancreática, a insulina que, lançada no sangue, contribui para a manutenção da taxa de glicemia. 1.b. Função de Defesa No nosso sistema imunológico, existem células especializadas na identificação de proteínas presentes nos organismos invasores, que serão consideradas estranhas. Estas proteínas invasoras denominam-se antígenes e estimulam o organismo a produzir outras proteínas especializadas no combate às invasoras. Estas proteínas de defesa são denominadas anticorpos e combinam-se quimicamente com os antígenes com o objectivo de neutralizá-los. Deve-se salientar o facto de que existe uma determinada especificidade entre o antígene e o anticorpo. Ou seja, um anticorpo só neutralizará o antígene que estimulou a formação desse anticorpo. Os anticorpos são produzidos em células especializadas do sistema imunológico denominadas plasmócitos. Proteínas página 4 de 21

5 1.c. Função Nutritiva Carlos Capela Todos os alimentos ricos em proteínas, como as carnes em geral, são fontes naturais de aminoácidos indispensáveis aos seres vivos para a produção de outras proteínas. Nos ovos de muitos animais, existe um material nutritivo chamado vitelo, que se destina à sustentação do embrião em formação. 1.d. Função Reguladora Esta função é desempenhada por um grupo especial de proteínas denominadas vitaminas. As células dos vegetais clorofilados e certos microorganismos, como as bactérias, possuem a capacidade de produzirem vitaminas. Nos animais dá-se através do processo de nutrição. Cada vitamina tem um papel biológico próprio, por isso não pode ser substituída por outra. A carência de uma determinada vitamina faz surgir um quadro de distúrbios orgânicos denominado hipovitaminose. O excesso de vitaminas pode conduzir a uma hipervitaminose. As vitaminas são classificadas de acordo com a sua solubilidade em água ou em lípidos. Existem as vitaminas hidrossolúveis, como as do complexo B (B 1, B 2, B 6, B 12 e ácido fólico) e a vitamina C. As lipossolúveis são as vitaminas A, D, E, K. 1.e. Função Enzimática As enzimas são proteínas especiais com função catalítica, ou seja, aceleram ou retardam reacções bioquímicas que ocorrem nas células. Assim como os anticorpos, apresentam especificidade em relação à reacção ou substância em que actuam. Isto deve-se ao facto de que cada enzima possui na sua estrutura um ou mais pontos que se encaixam perfeitamente na substância ou reacção que sofrerá a sua acção. 1.f. Coagulação sanguínea Vários são os factores da coagulação que possuem natureza proteica, como por exemplo: fibrinogénio, globulina anti-hemofílica, etc. Proteínas página 5 de 21

6 1.g. Transporte Carlos Capela Pode-se citar como exemplo a hemoglobina, proteína responsável pelo transporte de oxigénio no sangue. 2.FUNÇÃO ESTRUTURAL As proteínas estruturais participam como matéria-prima na construção de estruturas celulares e histológicas. Como exemplos de proteínas estruturais, temos o colágenio, que é uma proteína com considerável resistência à tracção. Ela pode ser encontrada nos ossos, tendões, cartilagens e na pele. A queratina, que é uma escleroproteína encontrada na pele, unhas e cabelo, possui propriedades impermeabilizantes que dificultam a perda de água pelos animais. A albumina, presente em abundância no plasma sanguíneo, contribui para a manutenção da sua viscosidade e do equilíbrio hídrico. Proteínas página 6 de 21

7 C. CLASSIFICAÇÃO Podem-se classificar as proteínas tendo em atenção a sua estrutura e composição. 1.QUANTO À FORMA Aquando da tradução, ou síntese proteica, forma-se a cadeia polipeptídica, sequência das moléculas dos aminoácidos, que é a estrutura primária das proteínas. No entanto muitas proteínas, após a formação desta estrutura primária espiralizam-se e enovelam-se, num arranjo ou conformação tridimensional. De acordo com esta conformação podemos, então, identificar duas classes principais de proteínas, que são as fibrosas e as globulares. 1.a. Proteínas Fibrosas As proteínas fibrosas são insolúveis em água e são fisicamente resistentes; tais proteínas são formadas por cadeias polipeptídicas enroladas em espiral ou em hélice com ligações cruzadas por intermédio de pontes dissulfídicas bem como pontes de hidrogénio. São insolúveis em meio aquoso. Como exemplo de proteínas fibrosas temos o colágenio (tendões e osso), a queratina (cabelo, pele, chifre e unha), e a elastina (tecido conjuntivo elástico). 1.b. Proteínas globulares As proteínas globulares são formadas por cadeias polipeptídicas que se dobram adquirindo a forma esférica ou globular. Na maioria, são solúveis em água. As proteínas globulares têm uma função dinâmica e incluem a maioria das enzimas, os anticorpos, muitas hormonas e proteínas transportadoras, como a albumina sérica e a hemoglobina. Proteínas página 7 de 21

8 Proteínas como a miosina e o fibrinogénio apresentam tanto características de proteínas fibrosas, pois são formadas por cadeias paralelas, como de proteínas globulares, pois são solúveis em água. 2.QUANTO À COMPOSIÇÃO 2.a. Proteínas simples São também denominadas de homoproteínas e são constituídas, exclusivamente por aminoácidos. Por outras palavras, fornecem exclusivamente uma mistura de aminoácidos por hidrólise. Pode-se mencionar como exemplo: as Albuminas, as Globulinas, as Escleroproteínas ou proteínas fibrosas, as Protaminas e as Histonas. 2.b. Proteínas Conjugadas São também denominadas heteroproteínas. As proteínas conjugadas são constituídas por aminoácidos mais outro componente não-protéico. Dependendo do componente não-protéico temos: as Cromoproteínas, as Fosfoproteínas, as Glicoproteínas, as Lipoproteínas e as Nucleoproteínas. 2.c. Proteínas Derivadas As proteínas derivadas formam-se a partir de outras por desnaturação ou hidrólise. Pode-se citar como exemplos desse tipo de proteínas as proteoses e as peptonas, formadas durante a digestão. Proteínas página 8 de 21

9 3.QUANTO AO NÚMERO DE CADEIAS POLIPEPTÍDICAS 3.a. Proteínas Monoméricas São proteínas formadas por apenas uma cadeia polipeptídica. 3.b. Proteínas Oligoméricas São proteínas formadas por mais de uma cadeia polipeptídica. São as proteínas de estrutura e função mais complexas. Proteínas página 9 de 21

10 D. A LIGAÇÃO PEPTÍDICA A polimerização dos 20 aminoácidos comuns em cadeias polipeptídicas ocorre nas células e é catalisada nos ribossomas. Quimicamente, essa polimerização é uma reacção de desidratação. Ocorre entre os grupos amina e carboxilo ligados ao carbono α dos aminoácidos, com a saída de uma molécula de água. As ligações peptídicas possuem propriedades especiais, tais como um carácter de dupla ligação parcial, rígida e planar, e configuração quase sempre Trans. Devido à deslocalização de electrões entre O, C e N, essa ligação apresenta um certo carácter de ligação dupla, suficiente para impedir a livre rotação. Apesar disso, o peptído tem grande mobilidade rotacional, pois as ligações entre o carbono α dos resíduos do aminoácido e os seus radicais, quer carboxilo (C α -C), quer amina (C α -N) possuem rotação livre sobre os seus eixos. Daí decorrerem as diferentes e numerosas conformações que uma cadeia pode assumir espacialmente. Ligação ψ (psi) Entre o carbono α e o carbono do carboxilo; Ligação ϕ (phi) Entre o carbono α e o nitrogénio do grupo amina. Proteínas página 10 de 21

11 A ligação peptídica é fundamental para o estabelecimento da estrutura primária de um polipéptido ou proteína. Proteínas página 11 de 21

12 E. ORGANIZAÇÃO ESTRUTURAL DAS PROTEÍNAS A forma das proteínas é um factor muito importante na sua actividade, pois se ela é alterada, a proteína torna-se inactiva. Este processo de alteração da forma da proteína é denominado desnaturação, podendo ser provocado por altas temperaturas, alterações do ph e outros factores. A desnaturação é um processo, geralmente irreversível, que consiste na quebra das estruturas secundária e terciária de uma proteína. As proteínas possuem complexas estruturas espaciais, que podem ser organizadas em 4 níveis, crescentes em complexidade: 1.ESTRUTURA PRIMÁRIA Dada pela sequência de aminoácidos, ligações peptídicas da molécula, e localização das pontes de dissulfeto (se existentes). Por outras palavras, é o Esqueleto Covalente da molécula. É o nível estrutural mais simples e mais importante, pois dele deriva todo o arranjo espacial da molécula. Pode variar em 3 aspectos, definidos pela informação genética da célula: Número de AA; Sequência de AA; Natureza dos AA. A estrutura primária da proteína resulta numa longa cadeia de AA semelhante a um colar de contas, com uma extremidade Amino Terminal e uma extremidade Carboxilo Terminal. A estrutura primária de uma proteína é destruída por hidrólise química ou enzimática das ligações peptídicas, com libertação de péptidos menores e aminoácidos livres. Proteínas página 12 de 21

13 Estrutura Primária da Insulina Humana 2.ESTRUTURA SECUNDÁRIA É dada pelo arranjo espacial dos aminoácidos, próximos entre si na sequência primária da proteína. É o último nível de organização das proteínas fibrosas, estruturalmente mais simples. Ocorre graças à possibilidade de rotação das ligações entre os carbonos α dos aminoácidos e seus grupos amina e carboxilo. O arranjo secundário de um polipéptido pode ocorrer de forma regular; isso acontece quando os ângulos das ligações entre os carbonos α e os seus ligantes são iguais e se repetem ao longo de um segmento da molécula. São 2 os tipos principais de arranjo secundário regular: Proteínas página 13 de 21

14 2.a. Hélices É a forma mais comum de estrutura secundária regular. A mais abundante das estruturas helicoidais é a α-hélice que se caracteriza por uma hélice em espiral formada por 3,6 resíduos de aminoácidos por volta. As cadeias laterais dos aminoácidos distribuem-se para fora da hélice, evitando assim o impedimento estérico. A principal força de estabilização da α Hélice é a ponte de hidrogénio. Os aminoácidos mais comuns nesta estrutura são: ácido glutâmico, alanina e a leucina. Encontram-se nas proteínas outras conformações helicoidais: Hélice π (4,4 resíduos por espiral) Hélice 3 10 (3 resíduos por espiral) Hélice esquerda (no colagénio) α-hélice Hélice 310 Hélice π (pi) 2.b. Folha β Também denominada por folha pregueada, ou ainda estrutura β. Ao contrário da α-hélice, a folha β envolve 2 ou mais segmentos polipeptídicos da mesma molécula ou de moléculas diferentes, arranjados em paralelo ou em sentido anti-paralelo. Os segmentos em folha β da proteína adquirem um aspecto de uma folha de papel dobrada em pregas. As pontes de hidrogénio mais uma vez são a força de estabilização principal desta estrutura. Os aminoácidos mais comuns nesta estrutura são: Valina e Isoleucina. Proteínas página 14 de 21

15 2.b.i. OS COTOVELOS β Para a inversão das cadeias polipeptídicas existem estruturas importantes denominados por cotovelos ou dobras β, sendo constituídas fundamentalmente por 4 resíduos de aminoácidos nos quais os mais prováveis para a formação dessas estruturas são: prolina, glicina, asparagina. Estabelece-se uma ponte de hidrogénio entre o 1º e o 4º resíduo e em geral a prolina encontra-se numa posição Trans. Proteínas página 15 de 21

16 2.c. Estrutura Secundária Não Repetitiva ou Random Coil Em média cerca de 50% da estrutura de uma proteína globular está em α-hélice ou em folha β. O restante da molécula assume uma estrutura secundária não repetitiva, menos regular que as acima citadas. 2.d. Estruturas Supersecundárias Estruturas que resultam da combinação de segmentos com arranjo secundário em Motivos, longos padrões que se repetem ao longo de uma proteína. São exemplos mais comuns de motivos supersecundários: Associação de hélices; Associação de folhas; O loop βαβ; Cotovelos αα; Barris β; Caracóis β. Proteínas página 16 de 21

17 3.ESTRUTURA TERCIÁRIA Dada pelo arranjo espacial de aminoácidos distantes entre si na sequência polipeptídica. É a forma tridimensional como a proteína se enrola. Ocorre nas proteínas globulares, mais complexas estrutural e funcionalmente. A estrutura terciária de uma proteína é determinada e estabilizada por factores primários como: Resíduos de Prolina interrompem estruturas secundárias regulares, causando dobras na molécula; Impedimento estérico cadeias laterais muito grandes que precisam de se acomodar no espaço; Pontes dissulfeto ligações covalentes entre radicais sulfidrilo de resíduos de cisteína, formando um resíduo de Cistina; Pontes de hidrogénio; Interacções hidrofóbicas tendência dos AA com radical R apolar de se acomodar no interior de uma estrutura dobrada, fugindo do contacto com a água; Interacções Iónicas forças de atracção entre AA com radicais R carregados com cargas opostas. Proteínas página 17 de 21

18 Cadeias polipeptídicas muito longas podem organizar-se em Domínios, regiões com estruturas terciárias semi-independentes ligadas entre si por segmentos lineares da cadeia polipeptídica. Os domínios são considerados as unidades funcionais de estrutura tridimensional de uma proteína. Os 4 grandes tipos de estrutura terciária são: 3.a. Estruturas α/α Constituídas essencialmente por hélices α e por poucas ou nenhumas folhas β. Esta classe inclui proteínas como a mioglobina e a hemoglobina, esta composta por quatro subunidades, todas semelhantes à parte proteica da mioglobina. Estas proteínas ou subunidades são todas compostas por oito hélices α. 3.b. Estruturas β/β Constituídas principalmente (ou exclusivamente) por folhas β. Esta classe inclui proteínas como as imunoglobinas 3.c. Estruturas α/β Com alternância de hélices α e folhas β. Frequentemente as folhas β formam um leque rodeado por hélices α. Incluem-se neste tipo muitas enzimas, de que são exemplos a piruvato-cinase, aldolase, triose-isomerase e xilulose isomerase. 3.d. Estruturas α+β Hélices α e folhas β tendem a ocupar regiões diferentes da cadeia polipeptídica. Esta classe inclui proteínas como a ribonuclease, a insulina e a lisozima. Proteínas página 18 de 21

19 A vermelho representam-se o heme da subunidade β da hemoglobina, no exemplo da estrutura α/α, e pontes de enxofre nas estruturas β/β e α+β Proteínas página 19 de 21

20 4.ESTRUTURA QUATERNÁRIA Surge apenas nas proteínas oligoméricas. É dada pela distribuição espacial das cadeias polipeptídicas no espaço, as subunidades da molécula. Estas subunidades mantém-se unidas por forças covalentes, como pontes dissulfeto, e ligações não covalentes, como pontes de hidrogénio, interacções hidrofóbicas, etc. As subunidades podem actuar de forma independente ou cooperativamente no desempenho da função bioquímica da proteína. Proteínas página 20 de 21

21 5.A CONFIGURAÇÃO NATIVA As proteínas assumem frequentemente uma única configuração secundária, terciária e quaternária, determinada pela sequência de aminoácidos particulares, denominada Configuração Nativa. O enovelamento das proteínas é um processo que depende da participação de outras proteínas muito especializadas, a saber: Cis-Trans-Prolil Isomerases Enzimas que catalisam a interconversão entre ligações cis e trans dos resíduos de prolina, procurando uma configuração adequada para estas ligações; Proteína-Dissulfeto Isomerases Facilitam o arranjo ideal das ligações dissulfeto, estabilizando-as, de modo que as ligações incorrectas não são estabilizadas e o arranjo correcto das ligações de cistina para a conformação enovelada é rapidamente atingida. Chaperones descobertas como proteínas de choque térmico, uma família de proteínas cuja síntese está aumentada em temperaturas elevadas. Participam no processo de enovelamento das cadeias polipeptídicas logo após a sua biossíntese no ribossoma. As chaperones não alteram o resultado final de enovelamento, mas actuam impedindo a agregação, antes de completarem o enovelamento e impedem a formação de intermediários instáveis ou não produtivos durante o enovelamento. Estas aumentam a velocidade de enovelamento por limitarem o número de vias de enovelamento não produtivas disponíveis para o polipéptido. As proteínas chaperones também são necessárias para o redobramento das proteínas após atravessarem as membranas celulares. O resultado da actuação destas proteínas e das forças de estabilização da estrutura terciária já citadas, garantem a formação de estruturas espaciais estáveis mas dinâmicas, essenciais para o desempenho funcional das proteínas. Proteínas página 21 de 21