Estrutura Geral dos α-aminoácidos.

Transcrição

1 Estrutura Geral dos α-aminoácidos.

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3 Os aminoácidos podem ser classificados pelos seus grupos R

4 POLARES APOLARES

5 Peptídios Os peptídios são polímeros de aminoácidos. Duas moléculas de aminoácidos podem ser unidas covalentemente através de uma ligação amida. Essa ligação é a ligação peptídica. Tal ligação é formada pela remoção de água de um grupo alfa-carboxila de um aminoácido e do grupo amino de outro É uma reação de condensação.

6 Condensação de 2 α-aminoácidos para formar um dipeptídeo Ligação Peptídica (Emil Fischer & Franz Hofmeister 1902)

7 Ligação Peptídica tem caráter de dupla ligação A ressonância de elétrons confere uma característica de dupla ligação para ligação C-N, prevenindo a rotação e criando um arranjo planar na região envolvendo os 6 átomos

8 A ligação C-N no peptídeo tem caráter de dupla ligação Não pode girar livremente

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11 A ligação peptídica é a ligação covalente mais importante que une os aminoácidos para formar os peptídios

12 A ligação peptídica Essa reação tem um ponto de equilíbrio que favorece os reagentes. Para facilitar essa reação o grupo carboxila precisa ser quimicamente modificado, ativado. A maneira biológica de resolver isso é fazer a síntese nos ribossomas utilizando uma sequência de enzimas.

13 Os 20 aminoácidos variam consideravelmente em suas propriedades físicoquímicas, tais como: Polaridade Acidez Basicidade Aromaticidade Tamanho Flexibilidade conformacional Capacidade de estabelecer ligações cruzadas Capacidade de formar ligações/pontes de hidrogênio Essas características influenciam a conformação tridimensional e as propriedades das proteínas...

14 N-terminal C-terminal

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17 Polipeptídio Três aminoácos reunidos = tripeptídio 4 aa = tetrapeptídio 5 aa = pentapeptídio Quando um pequeno número de aminoácidos está ligado por ligação peptídica a estrutura é chamada de oligopeptídio. Quando muitos aminoácidos estão reunidos é um polipeptídio. Embora os termos proteínas e polipeptídios possam ser intercambiáveis, as moléculas referidas como polipeptídios geralmente têm PM<

18 A ligação peptídica é a ligação covalente mais importante que une os aminoácidos para formar os peptídios Outro tipo de ligação covalente que ocorre é a ligação dissulfeto

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22 O comportamento ácido-base de um peptídeo vai depender de seu alfaamino e alfa-carboxilo livres e de amino ácidos com grupo R ionizável. Os outros grupos alfa-amino e alfacarboxilo estão comprometidos na ligação peptídica

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25 pi de peptídios Ala-Lys- Ser Ala ( N-terminal NH 3+ ) Ser (Carboxi-terminal) NH Lys------COO - (9,69) (10,53) (2,21)

26 Os peptídios participam de reações características As ligações peptídicas podem ser hidrolisadas por aquecimento com ácido forte (HCl 6 M) ou com base forte ou por proteases encontradas em todas células. A hidrólise de aminoácidos é um passo necessário para determinação da composição das proteínas.

27 Alguns polipeptídios pequenos possuem atividade biológica O tripeptídio sintetizados comercialmente, o L-aspartilfenilalanil-metil ester, por exemplo. Este composto é um adoçante artificial mais conhecido como aspartame ou como NutraSweet, seu nome comercial

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30 Ocitocina Um peptídio com 9 resíduos de aminoácidos. É secretada pela hipófise e estimula as contrações uterinas na hora do parto.

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32 Vasopressina Desempenha papel no controle da pressão sanguínea, pela regulação da contração da musculatura lisa. Também estimula a reabsorção de água pelo rim tendo ação antidiurética. Mais água é retida e a pressão do sangue aumenta.

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34 conformação das proteínas é estabilizada...

35 A conformação das proteínas é estabilizada principalmente por interações fracas. Conformação: arranjo espacial dos átomos na proteína. Conformação nativa: conformação funcional

36 Estrutura de Proteínas Quatro níveis estruturais em proteínas Estrutura Primária: todas as ligações covalentes entre os aminoácidos Por convenção a estrutura primária é escrita na direção amino terminal carboxila terminal Estrutura Secundária: arranjo regular entre resíduos de aminoácidos (alfa-hélice e conformação beta) Estrutura Terciária: estrutura tridimensional completa do polipeptídeo Estrutura Quaternária: relação espacial entre subunidades

37 A alfa-hélice São componente principal da epiderme e de estruturas relacionadas: cabelo, unhas, chifres, lã.. Nessa estrutura o esqueleto do polipeptídeo está organizado ao redor de um eixo maior da molécula com os grupos R dos aminoácidos projetando-se para fora. Um passo da hélice tem cerca de 0.56 nm (3,6 resíduos). A direção da hélice é de mão direita. A alfa-hélice é um dos dois tipos de estrutura secundária mais comum em proteínas. É a estrutura predominante das alfa-queratinas

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42 A estabilidade da alfa-hélice A estrutura é estabilizada por diversas pontes de hidrogênio internas formadas pelo átomo de hidrogênio ligado ao atómo de nitrogênio eletronegativo de cada ligação peptítica e o oxigênio da carbonila do quarto amino ácido no lado amino-terminal da hélice. Nem todos peptídeos podem formar alfa-hélices, por exemplo, se tiver muitos aminoácidos carregados em uma sequência, ou aminoácidos muito volumosos adjacentes, etc Prolina desestabiliza a hélice. O átomo de nitrogênio faz parte de um anel rígido.

43 A conformação beta nas β-queratinas Essa é uma conformação mais estendida de cadeias polipeptídicas, como a encontrada na proteína fibroína da seda e teias de aranha, uma beta-queratina, uma classe das proteínas fibrosas. A conformação beta, como a alfa-hélice é comum em proteínas. O esqueleto da cadeia polipeptídica é extendido em zig-zag. Na fibroína, as cadeias polipeptídicas encontramse dispostas lado a lado formando uma estrutura em folha, chamada folha pregueada beta.

44 Na conformação beta, as pontes de hidrogênio podem ser tanto intra-cadeia como inter-cadeias. Todas as ligações peptídicas na beta-queratina participam de pontes de hidrogênio inter-cadeias. Os grupos R de aminoácidos adjacentes projetamse em direções opostas na estrutura em zig-zag. As cadeias em uma folha pregueada beta podem ser tanto paralelas como anti-paralelas.

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47 Outras estruturas secundárias Além da alfa-hélice e da folha pregueada beta, existem outras estruturas secundárias que ocorrem apenas em algumas proteínas especializadas. Um exemplo é a volta beta, que ocorre com frequência quando uma cadeia polipeptídica faz uma volta abrupta. Envolve 4 amino. A ligação peptídica do primeiro aminoácido forma ponte de H com o quarto. Gly e Pro ocorrem com frequência em voltas beta.

48 As proteínas fibrosas são adaptadas para a sua função estrutural

49 Super-hélices Tanto a alfa-queratina como o colágeno ficam com a estrutura mais forte através do enrolamento de várias cadeias. Em ambas as hélices, o enrolamento das cadeias ocorre em oposição ao enrolamento de uma cadeia única. Isso permite o melhor empacotamento das cadeias. A super-hélice é provavelmente de mão esquerda na alfa-queratina e de mão direita no colágeno.

50 As proteínas fibrosas são adaptadas para função estrutural A alfa-queratina, o colágeno e a elastina são exemplos da relação entre estrutura e função. Essas proteínas têm propriedades que dão força e/ ou elasticidade em suas estruturas. Suas estruturas são relativamente simples e são todas insolúveis em água. Essa característica é conferida pela alta concentração de aminoácidos hidrofóbicos

51 Estrutura secundária e propriedades de proteínas fibrosas Estrutura: Alfa-hélices, ligadas por pontes de dissulfeto Características: dureza, estruturas protetoras de força e flexibilidade variáveis. Exemplo: alfa-queratina do cabelo, penas, unhas.

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55 Colágeno e Elastina: principais proteínas do tecido conjutivo O colágeno é encontrado no tecido conjutivo, como tendões, cartilagens, matriz orgânica dos ossos, córnea dos olhos. O tecido conjutivo também envolve os vasos sanguineos. Os tendões que transmitem a força muscular ao esqueleto são compostos proncipalmente de colágeno. É uma hélice como as alfa-queratinas mas é peculiar por ser uma hélice de mão esquerda e tem 3 aminoácidos por volta (3,6 na alfa-queratina) A sequência de aminoácidos no colágeno é geralmente uma unidade tripeptídica repetitiva Gly-X-Pro ou Gly-X-Hyp (Hyp= 4-hidroxiprolina). A comida gelatina é derivada do colágeno. Tem pouco valor nutricional porque não contém todos amino necessários para a dieta.

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58 conformação beta Estrutura: conformação beta Características: macio, filamentos flexíveis Exemplo:fibroína da seda

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62 Estrutura das Proteínas pode ser descrita em 4 níveis de organização

63 Estrutura Terciária

64 Sequência de Aminoácidos Conformação Local Regular do Esqueleto Conformação Tridimensional Interação entre subunidades

65 Estrutura Terciária Descreve o dobramento final da proteína por interação entre regiões com estrutruras regulares (alfa-helices e follhas beta) ou não regulares (regiões conectoras: alças, voltas). Neste nível de organização segmentos distantes podem se aproximar e interagir. A estrutura é mantida por ligações fracas (não-covalentes) entre as cadeias laterais dos resíduos de aminoácidos. Ligações covalentes (ligações de S-S-) também estão envolvidos.

66 Os quatro tipos de interações fracas 1. Approx. energy ~ 20 kj/mole kj/mole 3. ~ 8 kj/mole 4. ~ 4 kj/mole

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68 Estrutura Terciária Proteínas Fibrosas Proteínas Globulares

69 Proteínas Fibrosas Características: - Moléculas alongadas; - Estão envolvidos em papel estrutural na célula; Exemplos: alfa-queratina do cabelo, penas, unhas e colágeno.

70 Cabelo é composto de vários filamentos de alfa-queratina

71 Fibrilas de Colágeno O colágeno é constituído de uma hélice tripla chamada tropocolágeno. Monômero possui ~ 1000 aa As cadeias podem ter sequência de aa diferentes Tripla hélice possui ligações cruzadas que conferem maior resistência a fibra A sequência de aminoácidos no colágeno é geralmente uma unidade tripeptídica repetitiva Gly- X-Pro ou Gly-X-Hyp (Hyp= 4- hidroxiprolina).

72 Estrutura do Colágeno Alfa-hélice Hélice Tripla Glicina É uma hélice como as alfa-queratinas mas é peculiar por ser uma hélice de mão esquerda e tem 3 aminoácidos por volta (3,6 na alfa-queratina).

73 Ligações covalentes entre cadeias aumenta a força dessas estruturas Na alfa-queratina, as ligações cruzadas têm a contribuição de pontes de dissulfeto. No colágeno ocorre uma ligação não usual entre resíduos de lisina. O enrijecimento do tecido conectivo em pessoas idosas é o resultado de acúmulo de ligações cruzadas no colágeno.

74 A associação entre as cadeias é frequentemente reforçada pela presença de pontes de dissulfeto - Aumento da resistência da fibra - Padrão de distribuição dessas pontes estão relacionadas ao grau de ondulação do cabelo

75 Outro tipo de ligação covalente que ocorre é a ligação (ponte) dissulfeto

76 Insulina - Frederick Sanger Sequenciamento envolveu o trabalho de muitos cientistas - App.100 g de insulina foram utilizados

77 Estrutura da Fibroína - Fibras formadas por folhas β antiparalelas estabilizada por pontes de H - Alto conteúdo de Ala e Gly que permite maior empacotamento das cadeias

78 Estrutura Terciária Proteínas Fibrosas Proteínas Globulares

79 Proteínas Globulares Características: - Forma esférica ; - Composto basicamente da associação de estruturas secundarias; - As proteínas globulares incluem: enzimas, proteínas de transporte, alguns hormônios peptídicos e imunoglobulinas.

80 Mioglobina (John Kendrew, 1950) É uma proteína armazenadora de oxigênio Relativamente pequena (PM= ). Contém uma única cadeia polipeptídica com 153 resíduos de aa e um grupo ferroporfirínico

81 The Heme Group Heme is present in myoglobin, hemoglobin, cytochrome and other heme proteins Heme is consists of protoporphyrin and iron atom. Protoporphyrin

82 The iron atom in the center of the heme group has two bonding position perpendicular to the plane. Coordination compound Histidine(93) Fe +2 (ferrous) O 2 binding Fe +3 (ferric) No O 2 binding Molecular oxygen

83 Cadeias laterais hidrofóbicas: Leu, Ile, Val, Phe (em azul) Grupo Heme (em vermelho) Sperm whale myoglobin

84 Proteínas globulares tem uma variedade de estruturas terciárias

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86 DOMÍNIOS Troponin C : muscle protein Ca ++ binding domain Regiões compactas de estrutura terciária ligadas por um segmento peptídico

87 Combinações de estruturas secundárias

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89 Estrutura Quaternária

90 Estrutura Quaternária A primeira proteína oligomérica submetida à analise por raios-x foi a hemoglobina (PM=64500). A hemoglobina contém 4 cadeias polipeptídicas, e 4 grupos prostéticos heme. A parte protéica, chamada globina, consiste de duas cadeias alfa (141 resíduos) e duas cadeias beta (146 resíduos). Alfa e beta não querem dizer conformação.

91 Interações fracas mantêm a estrutura quaternária Apesar de existirem poucos contatos entre as 2 cadeias alfa e as duas beta, existem vários pontos de contato entre alfa e beta. Esses contatos,consistem em grande parte, por interações entre resíduos hidrofóbicos, mas também incluem interações iônicas envolvendo grupos carboxila terminal nas 4 subunidades.

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94 Estrutura Quaternária Descreve a estrutura 3 D de proteínas multiméricas (com mais de uma cadeia polipeptídica)

95 Max Perutz ( ) and John Kendrew ( )

96 Estrutura Quaternária Cadeias Alfa A hemoglobina contém 4 cadeias polipeptídicas, e 4 grupos prostéticos heme. A parte protéica, chamada globina, consiste de duas cadeias alfa (141 resíduos) e duas cadeias beta (146 resíduos). Alfa e beta não querem dizer conformação. Cadeias Beta Hemoglobina

97 Interações fracas mantêm a estrutura quaternária Cadeias Alfa Contato entre cadeias alfa e beta,consistem em grande parte, por interações entre resíduos hidrofóbicos, mas também incluem interações iônicas envolvendo grupos carboxila terminal nas 4 subunidades. Cadeias Beta

98 Estrutura das Proteínas pode ser descrita em 4 níveis de organização

99 A sequência de aminoácidos determina a estrutura terciária

100 Desnaturação As proteínas perdem a sua estrutura e função quando são denaturadas. Isso ocorre quando um ovo é cozido. A clara do ovo que contém albumina, coagula formando um sólido branco. Não adianta tentar redissolver abaixando a temperatura.

101 Anfisem 1950: Ribonuclease A 1ª evidência de que sequência determina a estrutura 3D - Uréia: desestabiliza as interações hidrofóbicas - Mercaptoetanol: Agente redutor (quebra a ponte de dissulfeto)

102 Ribonuclease A Desnaturação Renaturação

103 A estrutura é dependente do ambiente em que ela está. As proteínas perdem a sua estrutura e função quando sofrem alterações na conformação (denaturadas).

104 Agentes Desnaturantes Calor, ph, alguns solventes orgânicos miscíveis com água, como álcool e acetona. Solutos como uréia e cloreto de guanidina. Mercaptoetanol (HS-CH 2 -CH 2 -OH) rompe pontes de dissulfeto. Detergentes. Em geral esses são tratamentos brandos, onde as ligações peptídicas não são rompidas.

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106 O enovelamento dos polipeptídios é um processo passo-a -passo O processo de enovelamento é complicado. Existem vários modelos para explicar. Nem todas as proteínas se enovelam espontâneamente quando são sintetizadas nas células. Existem proteínas que facilitam o enovelamento- são chamadas molecular chaperones ou proteínas de ligação de cadeias polipeptídicas.

107 O enovelamento dos polipeptídios é um processo passo-a -passo

108 A sequência de aminoácidos determina a estrutura terciária. A ribonuclease pode ser denaturada com uréia e agente denaturante. Quando são removidos, a enzima volta a ter atividade. Por meio da técnica de mutagenese-sítio dirigida pode-se deletar, inserir ou rearranjar aa e verificar efeito na estrutura.

109 A estrutura terciária não é rígida Algumas proteínas como a hemoglobina, têm uma conformação quando o oxigênio liga e outra quando desliga. Muitas enzimas também sofrem mudanças conformacionais quando ligam-se os substratos.

110 Anemia Falciforme?

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112 Anemia Falciforme Uma única substituição de um aa Val no lugar de Glu

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