BIOQUÍMICA GERAL. Prof. Dr. Franciscleudo B. Costa UATA/CCTA/UFCG. Aula 5 Proteínas. Introdução

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1 Universidade Federal de Campina Grande Centro de Ciências e Tecnologia Agroalimentar Unidade Acadêmica de Tecnologia de Alimentos BIOQUÍMICA GERAL FRANCISCLEUDO BEZERRA DA COSTA PROFESSOR Visão geral Funções biológicas Classificação das proteínas Proteínas Fibrosas Aula 5 Proteínas Proteínas Globulares Propriedades das proteínas Câmpus de Pombal Pombal - PB Antes de entender como os genes funcionam, como os músculos se contraem, como os nervos conduzem eletricidade, como os embriões se desenvolvem ou como nosso corpo funciona, devemos entender as PROTEÍNAS. Introdução As proteínas constituem boa parte da massa celular seca. Não sendo apenas blocos constituintes das células, também executam a maioria das funções celulares. a) Proteínas imersas na membrana plasmática formam canais e bombas que controlam a passagem de pequenas moléculas para dentro e para fora das células; Proteínas de Membrana Plasmática b) Algumas proteínas carregam mensagens de uma célula a outra e outras agem como integradoras de sinais, direcionando conjuntos de sinais da membrana para o núcleo celular. Proteínas de Membrana Plasmática c) Outras, ainda, funcionam como minúsculas máquinas moleculares com partes móveis: as cinesinas, por exemplo, impulsionam organelas pelo citoplasma. d) Como um classe, as proteínas tem grande diversidade funcional. A mais importante classe de proteínas, em termos de funções biológicas, são as enzimas, catalisadores biológicos com funções específicas e altamente especializadas nas células. 1

2 Definição: são polímeros de α-aminoácidos interagindo covalentemente por ligações peptídicas entre os seus grupos amino e carboxilo. cadeia polipeptídica Importância Para as proteínas sua importância está relacionada com suas funções no organismo, e não com sua quantidade. Todas as enzimas conhecidas, por exemplo, são proteínas: Muitas vezes, as enzimas existem em porções muito pequenas. Mesmo assim, estas substâncias catalisam todas as reações metabólicas e capacitam aos organismos a construção de outras moléculas - proteínas, ácidos nucléicos, carboidratos e lipídios - que são necessárias para a vida. Grupo carboxila Grupo amina Funções biológicas das proteínas Distribuição de água entre os compartimentos intersticiais e o sistema vascular do organismo; Formam tampões para a manutenção do p; Estruturais; Transporte; Defesa; Reguladoras; Enzimas; Contratura ou mobilidade; omeostase e coagulação sanguínea; Nutrição dos tecidos. Classe Enzimas Proteínas transportadoras Proteínas contráteis ou de movimento Proteínas estruturais Proteínas de defesa ormônios Proteínas nutritivas ou de reserva Exemplo ribonuclease, tripsina, lípase, amilase hemoglobina, albumina do soro, mioglobina, lipoproteínas actina, miosina queratina, colágeno, elastina, proteoglicanas anticorpos, fibrinogênio, toxina botulínica, toxina diftérica insulina, hormônio de crescimento, corticotrofina, hormônios peptídicos gliadina (trigo), ovoalbumina (ovo), caseína (leite) Tipos de proteína: Animal e Vegetal A importância das proteínas depende do seu conteúdo em aminoácidos essenciais. Classificação das Proteínas As proteínas podem ser classificadas fundamentalmente de acordo com a ESTRUTURA e FUNÇÃO BIOLÓGICA QUANTO À ESTRUTURA Proteínas: Simples Conjugadas Apenas os dois primeiros grupos são encontrados na natureza. Proteínas Simples: proteínas que por hidrólise total resultam apenas em aminoácidos como produtos. Proteínas Conjugadas: moléculas que por hidrólise liberam além de aminoácidos outros componentes orgânicos ou inorgânicos, denominadas de grupos prostéticos. 2

3 Proteína simples quanto à solubilidade: Albuminas solúvel em água, em soluções fracamente ácida ou alcalinas, coagulam pela ação do calor (ovoalbumina - clara de ovos, lactalbumina leite e legumitina ervilhas). Globulinas insolúveis em água, mas solúveis em soluções de sais neutros (miosina músculo e legumina ervilhas). Prolaminas encontradas somente nos vegetais, insolúveis em água e etanol absoluto, mas solúvel em a 50-80% (gliadina trigo e centeio, zeína milho e hordeína cevada) Proteína simples quanto à solubilidade: Escleroproteínas proteínas simples quase insolúveis, possuem estrutura fibrosa. (queratina pele, cabelo e outras estruturas epidérmicas) e colágeno constituinte da cartilagem e de outros tecidos conectivos (tendões e ligamentos). Protaminas são solúveis em água e em amônia (esperma de peixes salmão e sardinha). istonas são solúveis em água e soluções diluídas de ácidos e bases. Glutelinas encontradas somente nos vegetais, insolúveis em água e solventes neutros, mas solúveis em soluções diluídas de ácidos e bases (gluteina - trigo). Proteína conjugada quanto ao grupo prostético: Cromoproteínas o núcleo prostético é formado de um pigmento: clorofila, riboflavina, carotenóides, pigmentos biliares e heme. Lipoproteínas o grupo prostético é um lipídio: lecitina, colesterol. Proteínas associadas ao DNA Nucleoproteínas Auxiliam no empacotamento do DNA e exercem função de controle da expressão gênica Nucleoproteínas o grupo prostético são ácidos nucléicos: ribossomos RNA, vírus do mosaico do fumo RNA. Glicoproteínas ou mucoproteínas são ligadas a carboidratos (mucina no suco gástrico). Fosfoproteínas o grupo prostético é o ácido fosfórico: caseína do leite. Metaloproteínas o grupo prostético são metais pesados. QUANTO À FUNÇÃO BIOLÓGICA As proteínas estão divididas em 8 tipos diferentes: 1. Enzimas Ribonuclease: hidrolisa o RNA. Citocromo C: transfere elétrons na cadeia respiratória. Tripsina: hidrolisa peptídeos. exoquinase: fosforila a glicose. Lactato desidrogenase: desidrogena o lactato (fermentação alcoólica). DNA polimerase: replica e repara o DNA. Catalisadores biológicos. Enzimas Tripsina Amilase Lactase Pepsina 3

4 QUANTO À FUNÇÃO BIOLÓGICA 2. Proteínas de reserva Ovoalbumina: proteína da clara do ovo. Caseína: proteína do leite. Ferritina: armazenamento de ferro no baço. Gliadina: proteína da semente de trigo. Zeína: proteína da semente do milho. QUANTO À FUNÇÃO BIOLÓGICA 3. Proteínas transportadoras emoglobina: transporta oxigênio no sangue dos vertebrados. emocianina: transporta oxigênio no sangue dos invertebrados. Mioglobina: transporta oxigênio nas células dos músculos. Albumina sérica: transporta ácidos graxos no sangue. b-lipoproteína: transporta lipídeos no sangue. Blobulina carreadora de Fe: transporta ferro no sangue. Ceroluplasmina: transporta cobre no sangue. Proteínas de Transporte Transporte de moléculas específicas no sangue. Proteínas de membrana Função de transporte Albumina monomérica 585 aa 17 pontes dissulfeto emoglobina tetramérica 2 cadeias 2 cadeias Proteínas de membrana Função de transporte Ex: Transportadores de glicose Transportadores GLUT1 GLUT2 GLUT3 GLUT4 GLUT5 Distribuição emácias, rins, intestino... Fígado, células do pâncreas, intestino Neurônios, placenta e testículos Tecido adiposo músculo esquelético e coração Intestino delgado,espermatozóide, e em menores níveis nos rins, músculo, tecido adiposo e cérebro Glicose receptor Insulina QUANTO À FUNÇÃO BIOLÓGICA 4. Proteínas contráteis Miosina: filamentos espessos na miofibrila. Actina: filamentos delgados na miofibrila. Dineina: cílios e flagelos. 5. Proteínas protetoras do sangue dos vertebrados Anticorpos: formam complexos com proteínas estranhas. Fibrinogênio: precursor da fibrina na coagulação sanguínea. Trombina: componente do mecanismo de coagulação do sangue (forma alguns complexos antígeno anticorpo). 4

5 Proteínas Motoras Proteínas responsáveis pelo transporte intracelular e pela mobilidade do sistema contrátil muscular. Actina Miosina Tubulina Anticorpos ou Imunoglobulinas Tem função de defesa Classes: Ig G Ig A Ig D Ig M Ig E Anticorpos - Imunoglobulinas Isotipo IgA IgD IgE IgG IgM Função Importante no leite, na lágrima, na saliva e na secreção intestinal Não esclarecida Envolvida em resposta alérgica, pode combater parasitas intestinais Principal anticorpo circulante, pode atravessar a placenta Primeiro anticorpo expresso em cada célula B QUANTO À FUNÇÃO BIOLÓGICA 6. Toxinas Toxina do Clostridium butulinum: causa botulismo (toxina alimentar). Toxina diftérica: toxina bacteriana. Veneno de cobra: enzima que hidrolisa fosfolipídeos. Ricina: proteína tóxica da semente de mamona. Gossipina: proteína tóxica da semente de algodão. 7. ormônios Insulina: regula o metabolismo da glicose. ormônio adrenocorticotrófico: regula a síntese de corticosteróide. Somatotrofina (hormônio do crescimento): estimula o crescimento dos ossos. ormônio do Crescimento (G) Proteínas ormonais Contém 191 aminoácidos que formam 2 pontes dissulfeto. Tem ação no metabolismo. Promove o crescimento corporal. Insulina Contém 51 aminoácidos dispostos em 2 cadeias unidas por 2 pontes dissulfeto. Um dos principais hormônios que regula metabolismo corporal. Proteínas de membrana Receptores para medicamentos, hormônios, vitaminas, entre outros. 5

6 Proteínas de membrana Função sensorial Células da retina Proteínas de membrana Função sensorial Tipos Número Funções Cones 3 milhões Funcionam em luz brilhante e são responsáveis pela percepção das cores Bastonetes 100 milhões Funcionam em luz fraca e não percebem as cores Rodopsina - proteína foto-receptora QUANTO À FUNÇÃO BIOLÓGICA 8. Proteínas estruturais Proteínas de revestimento dos vírus: bainha que envolve o ácido nucléico. Glicoproteínas: paredes e revestimentos celulares. -Queratina: peles, unhas, penas entre outros. Esclerotina: exoesqueletos de insetos. Fibroína: seda de casulos, teia de aranhas. Colágeno: tecido conjuntivo fibroso (tendões e ossos). Elastina: tecido conjuntivo elástico (pigmentos). Mucoproteína: secreção mucosa, fluído sinovial (composto viscoso das articulações, secretado pela membrana sinovial para facilitar o deslocamento). Proteínas Estruturais Proteínas de sustentação dos tecidos conjuntivo e muscular, da pele, dos cabelos e das unhas. Colágeno, Elastina, Queratina Conformação das proteínas FORMA ESTRUTURAL DAS PROTEÍNAS Cada tipo de proteína tem no seu estado nativo, uma forma tridimensional, característica conhecida como conformação, que pode ser de dois tipos: * Proteínas fibrosas em forma de fitas ou fibras que compõem as estruturas básicas. ESTRUTURA TERCIÁRIA * Proteínas globulares em forma de novelos ou esferas. ESTRUTURA ESTRUTURA 12 de Abril de 2010 PRIMÁRIA SECUNDÁRIA ESTRUTURA QUATERNÁRIA 6

7 Forma Estrutural das Proteínas A estrutura primária é o nível de estrutura mais simples a partir da qual todas as outras derivam. 1. Estrutura Primária: Embora inúmeras, todas as proteínas são formadas por apenas 20 AAs, que se repetem numa seqüência característica para cada proteína. ESTRUTURA PRIMÁRIA o Esta seqüência, conhecida como estrutura primária, de fato, determina a forma e a função da proteína; o A estrutura primária é somente a sequência dos aminoácidos, sem se preocupar com a orientação espacial da molécula o As interações intermoleculares entre os aminoácidos das proteínas fazem com que a cadeia protéica assuma uma estrutura secundária e uma estrutura terciária. 2. Estrutura Secundária: refere-se a conformação helicoidal da cadeia. o As interações intermoleculares entre os aminoácidos das proteínas fazem com que a cadeia protéica assuma uma estrutura secundária e uma estrutura terciária. A -hélice é mantida pelas pontes de que se formam entre átomos de duas ligações peptídicas próximas. A folha pregueada é mantida por pontes de que se dispõem perpendicularmente a espinha dorsal. ESTRUTURA SECUNDÁRIA Formação de espiral em -hélice, característica das proteínas fibrosas -hélice -folhas (pregueadas) É a forma mais comum de estrutura secundária regular Caracteriza-se por uma hélice em espiral formada por 3,6 resíduos de aminoácidos por volta As cadeias laterais dos aminoácidos se distribuem para fora da hélice A principal força de estabilização da a - élice é a ponte de hidrogênio. Envolve 2 ou mais segmentos polipeptídicos da mesma molécula ou de moléculas diferentes, arranjados em paralelo ou no sentido anti-paralelo Os segmentos em folha da proteína adquirem um aspecto de uma folha de papel dobrada em pregas. As pontes de mais uma vez são a força de estabilização principal desta estrutura

8 A estrutura secundária é uma função dos ângulos formados pelas ligações peptídicas que ligam os aminoácidos. Ligações importantes para o dobramento de uma proteína - A conformação espacial é mantida graças as interações intermoleculares (pontes de ) entre os hidrogênios dos grupos amino e os átomos de oxigênio dos outros aminoácidos. - Estas ligações forçam a proteína a assumir uma forma helicoidal, como uma corda enrolada em torno de um tubo imaginário. ligação iônica ligação de hidrogênio interações de van der Waals entre átomos em contacto (em preto) I. Interações iônicas (exterior) Formadas entre duas cadeias laterais de aminoácidos carregados: negativos (Glu, Asp); positivos (Lys, Arg, is). São interações dependentes de p (pka). Lembrar que os pks no interior de uma proteína podem ser diferentes daqueles do aminoácido livre. II. Ligações de hidrogênio (interior e exterior) Aparecem entre as cadeias laterais, backbone, água; Aparecem com cadeias laterais dos aminoácidos carregados: Glu, Asp, is, Lys, Arg; Aparecem com cadeias laterais dos aminoácidos polares: Ser, Thr, Cys, Asn, Gln, [Tyr,Trp] Ligações de hidrogênio em estrutura terciária C 2 O C 2 Y N N O C S,T R III. Interações hidrofóbicas (interior) Formam-se entre cadeias laterais de resíduos não-polares: Alifáticos: Ala, Val, Leu, Ile, Pro, Met Aromáticos: Phe,Trp, Tyr C,M E,G,N,Q C 2 S R O C R N N N C 2 K N C N 2 + R O C N,Q Formam-se clusters de cadeias laterais, mas não há o requerimento para uma orientação especifica como ocorre com a ligação de hidrogênio; O interior da proteína fica distante da água; São não-dependentes do p. 8

9 IV. Ligações dissulfeto (intracadeias e intercadeias) São formadas entre os resíduos de cisteínas: Dobramento de uma proteína Cys S + S Cys Cys S S Cys São catalisadas por enzimas especificas, e agente oxidantes; Restringem a flexibilidade da proteína. A maioria das proteínas e muitas moléculas de RNA dobram-se em uma conformação estável. Se as ligações não covalentes que mantêm esta conformação forem desfeitas, a molécula perde a sua função biológica. Exemplos de proteínas contendo diferentes proporções e arranjos de elementos estruturais secundários emoglobina Lisozima Triose Fosfato Isomerase Proteínas 9

10 3. Estrutura Terciária: refere-se ao enrolamento da cadeia polipeptídica para formar estruturas complexas das proteínas globulares. A estabilidade da estrutura é mantida por: o Interações hidrofóbicas; o Pontes de hidrogênio; o Ligações iônicas; o Pontes dissulfetos; o Forças de van der Waals. Estrutura Terciária das Proteínas ligação de hidrogênio esqueleto polipeptídico interações de van der Waals e hidrofóbicas ligação dissulfeto ligação iônica Estrutura Terceária Contém átomos de S que formam as pontes dissulfeto 4. Estrutura Quaternária: Refere-se ao modo pelo qual duas ou mais cadeias polipeptídicas interagem. Cada uma das cadeias apresenta os três níveis estruturais citados (1ª, 2ª e 3ª). É mantida principalmente por ligações iônicas, pontes de hidrogênio e por interações do tipo hidrofóbico. subunidades Proteína dimérica Estrutura quaternária da emoglobina Organização Estrutural das Proteínas Estrutura primária Estrutura secundária Estrutura terceária Estrutura quaternária resíduos aminoácidos -hélice cadeia polipeptídica subunidades 10

11 QUIMOTRIPSINA (serino-protease) 1. A estrutura 3-D de uma proteína é determinada por sua seqüência de aminoácidos. 2. A função de uma proteína depende de sua estrutura. 3. Cada proteína tem uma estrutura única. Propriedades das proteínas 1. Desnaturação Desorganização das estruturas 2ª, 3ª e 4ª das proteínas, sem alterar as 1ª, ou seja, sem ruptura das ligações peptídicas. Proteína nativa Proteína desnaturada Agentes Desnaturantes Físicos Alterações de temperatura Raio X Ultra-som Químicos Ácidos e bases fortes Detergentes Uréia Mercaptoetanol Desnaturação de proteínas por alteração do p do meio Alterações das propriedades de uma proteína desnaturada Redução da solubilidade; Aumento da digestibilidade (facilidade de degradação); Perda da atividade biológica (enzimas, hormônios, anticorpos, membranas, entre outros). 11

12 2. idrólise: rompimento das ligações peptídicas, que mantém a estrutura primária, e pode ser por ácidos, bases ou enzimas (proteases ou enzimas proteolíticas). 3. Isomerismo: existe um grande número e proteínas. Para que isto aconteça, a partir de apenas 20 Aas diferentes, é necessário que ocorra o fenômeno da isomeria. Exemplo: aminoácidos: A, B e C 1) A e B = AB e BA 2) A B C = AB, AC, BA, BC, CA e CB Assim, o número de isômeros é dado por n! Sendo assim, 20! = 20 x 19 x... x 1 = 2 x Reação de Biureto: solução de CuSO 4 em meio alcalino produz uma cor púrpura violeta, devido a interação do cobre (Cu +2 ) com as ligações peptídicas formar um complexo colorido e cuja intensidade de cor é função da quantidade de ligações peptídicas. Essa propriedade é importante em bioquímica para se fazer a determinação quantitativa de proteínas em uma amostra. Odor forte de alho e cebola compostos de enxofre voláteis disulfureto de alilo, C 6 10 S 2 Cebolas, a ação enzimática sobre os AAs induz formação do óxido de tiopropionaldeído (C 3 6 OS), um agente lacrimejante. Interação peptídio/biureto disulfureto de alilo propilo, C 6 12 S 2 12