PROTEÍNAS PROTEÍNAS PROTEÍNAS FUNÇÃO BIOLÓGICA DAS PROTEÍNAS FUNÇÃO BIOLÓGICA DAS PROTEÍNAS 06/04/15

Transcrição

1 Macromoléculas mais abundantes do organismo - 50% do peso seco celular Constituídas de L-aa, de número, composição e seqüência variada Citocromo C humano -104 resíduos de aa Apolipoproteína B resíduos de aa Imunoglobulina G- cerca de 800 resíduos de aa Hemoglobina (humana)- 574 resíduos de aa Resultam da expressão da informação genética Para cada proteína existe um segmento de DNA (gene) que codifica sua seqüência de aminoácidos A C U Thr G U C Val Executam uma série de funções biológicas FUNÇÃO BIOLÓGICA DAS Armazenamento: ferritina, mioglobina Nutricional: ovoalbumina, caseína Contráteis ou de mobilidade- a contração muscular resulta do deslizamento de 2 filamentos proteicos (actina e miosina) FUNÇÃO BIOLÓGICA DAS Contráteis ou de mobilidade- Dineína: proteína que realiza o movimento de flagelos e cílios em protozoários 1

2 FUNÇÃO BIOLÓGICA DAS Estruturais: fornecem proteção, resistência, sustentação e forma para as estruturas anatômicas COLÁGENO- proteína fibrosa resistente à tensão. Presente nos ossos, cartilagens, pele, tendões, dentes. FUNÇÃO BIOLÓGICA DAS ELASTINA: proteína fibrosa estrutural dos ligamentos, distende-se em duas dimensões. QUERATINA: proteína fibrosa resistente e insolúvel, presente nos cabelos, unhas. FUNÇÃO BIOLÓGICA DAS Defesa: anticorpos (imunoglobulinas), fibrinogênio e trombina. Toxinas: veneno de serpentes, toxinas bacterianas, substâncias vegetais tóxicas (ricina da mamona, toxina diftérica). FUNÇÃO BIOLÓGICA DAS Enzimáticas: cada enzima catalisa um tipo específico de reação química. Transportadoras: hemoglobina dos eritrócitos, mioglobina, lipoproteínas do sangue, transferrina (siderofilina), albumina. FUNÇÃO BIOLÓGICA DAS Proteínas reguladoras: regulam a atividade celular e fisiológica. Ex: muitos hormônios (insulina, hormônio do crescimento), proteínas G. FUNÇÃO BIOLÓGICA DAS Outras funções Monelina- proteína intensamente doce presente em plantas africanas. Resilina: proteína elástica que insere a asa no corpo dos insetos. Resilina sintética utilizada para fins clínicos na área de implantes. 2

3 1-Quanto ao número de cadeias polipeptídicas 2-Quanto à composição 3-Quanto à carga elétrica 4-Quanto à conformação (forma) 1-Quanto ao número de cadeias polipeptídicas Monomérica, dimérica e trimérica Insulina- 51 aa em 2 cadeias polipeptídicas Oligomérica Hemoglobina -574 aa em 4 cad. polipeptídicas (2α-141 aa e 2β-146 aa) HEMOGLOBINA Estrutura covalente da Insulina 4 cadeias polipeptídicas (2α-141aa e 2β-146aa) Proteínas conjugadas Grupo prostético (GP) 2-Quanto à composição Proteínas simples ou homoproteínasconstituídas apenas de aminoácidos Glicoproteínas Lipoproteínas Fosfoproteínas Glicídios Lipídios Fosfato Proteínas conjugadas: contêm moléculas não proteicas (grupo prostético) ligadas à cadeia polipeptídica Metaloproteínas Hemoproteínas Metais Grupo hemo GP desempenha papel importante na função biológica da proteína 3

4 3-Quanto à carga elétrica Carga elétrica total da proteína- é a somatória das cargas dos radicais dos aminoácidos que a compõem. Depende do pk dos aminoácidos e ph da solução 3-Quanto à carga elétrica Toda proteína apresenta pi-ph onde a molécula é eletricamente neutra ph<pi: proteína terá carga líquida ph>pi: proteína terá carga líquida - ph=pi: proteína terá carga líquida zero 3-Quanto à carga elétrica No pi a solubilidade das proteínas é menor que em outros ph. 4-Quanto à conformação (forma) FIBROSAS GLOBULARES 4-Quanto à conformação (forma) Proteínas fibrosas- apresentam um grupo de cadeias polipeptídicas enroladas em espiral (α-hélice) ou conformação β no sentido longitudinal Formam fibras ou lâminas 4

5 Proteínas fibrosas - fornecem resistência e/ou elasticidade às estruturas anatômicas Desempenham papel estrutural nos sistemas biológicos Elementos estruturais básicos do tecido conjuntivo Proteínas fibrosas São insolúveis em água devido a presença de aa hidrofóbicos São estabilizadas por ligações como pontes de H, pontes de dissulfetos e outras interações. Proteínas fibrosas colágeno e elastina α-queratina- cabelos, unhas β-queratina- fibroína da seda 4-Quanto à conformação (forma) Proteínas globulares Cadeias polipeptídicas são dobradas e enroladas de maneira compacta em um arranjo tridimensional assumindo a forma globular e esférica Proteínas globulares São solúveis em água Sua função é mais diversificada. Ex: insulina, albumina, globulinas e todas as enzimas NÍVEIS ESTRUTURAIS DAS A estrutura das proteínas pode ser descrita em 4 níveis: ESTRUTURA PRIMÁRIA ESTRUTURA TERCIÁRIA ESTRUTURA QUATERNÁRIA 5

6 1ária 2ária LIGAÇÃO PEPTÍDICA H N O C H N 3ária 4ária C N C O H O NÍVEIS ESTRUTURAIS DAS ESTRUTURA PRIMÁRIA- é definida pela sequência de aminoácidos, é estabilizada pelas ligações peptídicas. A sequência de aa é específica para cada proteína e determina sua estrutura espacial NÍVEIS ESTRUTURAIS DAS É o arranjo regular dos resíduos de aa no espaço É resultante de interações entre resíduos de aa adjacentes na cadeia polipeptídica CADEIA POLIPEPTÍDICA NÍVEIS ESTRUTURAIS DAS C H N O C N C H N Estruturas secundárias mais comuns: O H O Folha β pregueada (conformação β) Estruturas especiais Estrutura do colágeno Estrutura da elastina 6

7 Estruturas protéica secundárias mais comuns MODELO DE α- HÉLICE Cadeia polipeptídica é enrolada ao redor de um eixo da molécula Grupos R dos resíduos de aa são projetados para fora do esqueleto helicoidal Cada passo da hélice é constituída de cerca de 4 aminoácidos pode ser orientada para a direita ou para a esquerda Estrutura estabilizada por pontes de H entre: o H ligado ao N peptídico e o O do grupo carboxila do 4 o aa Todas a ligações peptídicas participam dessas pontes de H Ex: α-queratina (proteína fibrosa do cabelo, camada externa da pele, penas, lã, garras) α-queratina é rica em resíduos hidrofóbicos de Phe, Ile, Val, Met e Ala Nas proteínas globulares perto de ¼ dos aa encontram-se em α-hélice 7

8 α-queratina DO CABELO Nem todas as proteínas formam α-hélices estáveis: A sequência de aa pode afetar a estabilidade da α-hélice As cadeias laterais dos aa podem estabilizar ou desestabilizar esta estrutura Muitos aa ácidos em um longo segmento da cadeia não formará α-hélice em ph 7 Os grupos carboxilas das cadeias laterais carregados negativamente sofrerão repulsão aa polares carregados negativamente (aminoácidos ácidos) H 3 N COO - C H CH 2 C=O O - Aspartato (Asp) (D) H 3 N COO - C H CH 2 CH 2 C=O O - Glutamato (Glu) (E) Da mesma forma longas sequências de aa básicos carregados positivamente impedirão a formação de α-hélice Os grupos aminos das cadeias laterais carregados positivamente sofrerão repulsão aa polares carregados positivamente (aminoácidos básicos) H 3 N COO - C H (CH 2 ) 4 NH 3 Lisina (Lys) (K) H 3 N COO - C H (CH 2 ) 3 NH C=NH 2 NH 3 Arginina (Arg) (R) H3 N COO - C H CH 2 C CH HN NH CH Histidina (His) (H) 8

9 Outras restrições menores para a formação da α-hélice são: Massa e volume dos grupos R adjacentes (Grupos volumosos desestabilizam a α-hélice) Ocorrência de resíduos de Pro H 2 N H 2 C CH 2 COO - CH CH 2 Folha β- pregueada Cadeias polipeptídicas dispostas lado a lado com aspecto de folha pregueada (ziguezague) Resultante da interação lateral: - de segmentos distantes de uma cadeia polipeptídica - cadeias diferentes da mesma proteína MODELO DE CONFORMAÇÃO β-pregueada Folha β- pregueada Conformação mais distendida que a α-hélice Formam interações por pontes de H Cadeias adjacentes em uma folha β-pregueada podem ser paralelas ou antiparalelas Folha β- pregueada Ex: β- queratina: proteína fibrosa que ocorre na fibroína da seda β- queratina todas as ligações peptídicas participam de pontes de H intercadeias 9

10 ESPECIAIS COLÁGENO As cadeias polipeptídicas apresentam estrutura em α-hélice típica com n=3 Apresenta regularidade na seqüência de aa Formado por unidades tripeptídicas repetitivas Gly-X-Pro ou Gly-X-Hyp (Hyl) Estrutura típica da molécula de Colágeno ESTRUTURA DO COLÁGENO α α α Gly X Hyp Hyl ESPECIAIS COLÁGENO Rico em Gly, Ala, Pro, Hyp e Hyl Subunidades formadoras são as moléculas de tropocolágeno Tropocolágeno: associação de três cadeias polipeptídicas, que formam uma hélice tripla (super-hélice) SÍNTESE DO TROPOCOLÁGENO 1- Síntese da cadeia polipeptídica nos ribossomos (processo de tradução) 2-No RER resíduos selecionados de Pro e Lys são hidroxilados formando Hyp e Hyl 3- No RER resíduos selecionados de Hyl são glicosilados com glicose e/ou galactose 10

11 SÍNTESE DO TROPOCOLÁGENO 4- Três cadeias polipeptídicas associam-se lateralmente formando uma super-hélice chamado de PROCOLÁGENO CÉLULA OH OH OH OH RER 5- A molécula de procolágeno é secretada na matriz extracelular procolágeno 6- Na matriz extracelular parte das extremidades C-terminal e N-terminal são removidas formando o TROPOCOLÁGENO procolágeno procolágeno Essas associações ocorrem através de ligações entrecruzadas de LISINONORLEUCINA tropocolágeno LISINONORLEUCINA Resultante da associação de 2 moléculas de Lys Fibrilas de colágeno 7- As unidades de tropocolágeno associam-se em um arranjo escalonado formando as fibrilas colágenas O=C C=O HC-CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -N-CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH HN H NH Lys Lys ARRANJO DAS MOLÉCULAS DE TROPOCOLÁGENO NAS FIBRILAS DE COLÁGENO ESPECIAIS COLÁGENO Colágeno pode suportar até vezes o seu peso elevada resistência à tensão Resistência é aumentada pelas ligações covalentes entre cadeias polipeptídicas multihelicoidais 11

12 TIPO COLÁGENO COMPOSIÇÃO DAS CADEIAS OCORRÊNCIA CARACTERÍSTICA ESPECIAIS Colágeno e α-queratina I [α1(i)] 2 α2 Pele, dentina, Osso, tendões II [ α1(ii)] 3 Cartilagem e cristalino III [α1(iii)] 3 Útero e vasos sanguíneos Baixo conteúdo de Hyl, alguns sítios de glicosilação da Hyl Alto conteúdo de Hyl e alto grau de glicosilação Alto conteúdo de Hyp, baixo conteúdo de Hyl e alguns sítios de glicosilação da Hyl A resistência mecânica é aumentada pelo enrolamento helicoidal de múltiplos segmentos (super-hélices). ESPECIAIS Colágeno e α-queratina Colágeno as ligações entrecruzadas ocorrem entre 2 resíduos de lisinas formando a lisinonorleucina α-queratina- as ligações entrecruzadas são pontes de dissulfeto ESPECIAIS ELASTINA Proteína fibrosa do tecido conjuntivo elástico Confere elasticidade ao tecido conectivo ESPECIAIS ELASTINA Semelhante ao colágeno em algumas propriedades e diferente em outras Subunidades polipeptídicas das fibrilas de elastina é a TROPOELASTINA ESPECIAIS ELASTINA Tropoelastina difere do tropocolágeno por: possuir muitas Lys e Pro poucas Hyp e Hyl Rica em aminoácidos pequenos e apolares: Gly, Ala e Val Tropoelastina-possui apenas uma cadeia polipetídica Apresenta estrutura monomérica 12

13 ESPECIAIS ELASTINA Tropoelastina- forma um tipo especial de hélice diferente da α-hélice normal e da hélice do colágeno Apresenta α-hélice irregular Tropoelestina-porções de hélices ricas em resíduos de Gly separadas por regiões curtas contendo Lys e Ala. ESPECIAIS ELASTINA Elastina - apresenta ligações cruzadas formadas por muitas desmosinas e poucas lisinonorleucinas Reune as cadeias de tropoelastina em arranjos que podem ser esticados em todas as direções Lys Desmosina Lys O C-CH-NH (CH 2 ) 3 O=C C C C=O C-CH 2 -CH 2 - C -CH 2 -CH 2 -C C C NH NH N (CH 2 ) 3 C-CH-NH O Lys Lys DIFERENÇAS ENTRE COLÁGENO E ELASTINA α-hélice regular COLÁGENO Muitos tipos genéticos diferentes Elevada resistência à tensão Estrutura repetitiva Gly-X-Pro e Longas seqüências de Gly e Gly-X-Hyp (Hyl) regiões curtas de Lys e Ala Rica em Pro, Hyl e Hyp Rica em Gly, Lys e pouca Hyl e Hyp Estrutura em tripla hélice Tropocolágeno (trimérica) Rico em lisinonorleucina Glicoproteína ELASTINA Um tipo genético Propriedades elásticas α-hélice irregular Estrutura monomérica Tropoelestina Rica em desmosina Não é Glicoproteína NÍVEIS ESTRUTURAIS DAS ESTRUTURA TERCIÁRIA Cadeia polipeptídica pode dobrar sobre si mesma: - por interações das cadeias laterais dos aa a longa distância Adquire uma conformação espacial própria Arranjo tridimensional de uma proteína é chamada de estrutura terciária. Responsável pela função biológica da proteína 13

14 ESTRUTURA TERCIÁRIA As proteínas diferem em suas estruturas 3 árias Mioglobina 153 aa 8 segmentos α-hélice interrompidos por curvaturas (70% em α-hélice) ESTRUTURA TERCIÁRIA Lisozima - 40% dos aa em α-hélice e alguns em folha β- pregueada-possui 4 pontes de dissulfeto. Ribonuclease - proteína globular 124 aa sendo poucos em α-hélice e muitos segmentos em folha β- pregueada. Estrutura 3D da insulina ESTRUTURA TERCIÁRIA São estabilizadas por: Pontes de H Interações hidrofóbicas Interações iônicas Pontes de dissulfeto ESTRUTURA TERCIÁRIA ESTRUTURA TERCIÁRIA A estrutura terciária não é rígida Muitas enzimas mudam de conformação quando se ligam a seus substratos 14

15 NÍVEIS ESTRUTURAIS DAS ESTRUTURA QUATERNÁRIA Ocorre em proteínas contendo 2 ou mais cadeias polipeptídicas (proteínas oligoméricas) O arranjo tridimensional das subunidades protéicas constitui a estrutura quaternária As interações entre as subunidades são estabilizadas por interações não covalentes COMPLEXOS SUPRAMOLECULARES COMPLEXOS SUPRAMOLECULARES É a associação de um grande número de proteínas idênticas ou diferentes Ex: Capa proteica de vírus, complexo das histonas com o DNA, sistema contrátil do músculo, etc Contém 2130 cópias de uma proteína que formam um envoltório cilíndrico ao redor do RNA DESNATURAÇÃO Perda total da estrutura tridimensional e da função das proteínas. Aquecimento Ocorre pelo: Variação de ph Solventes orgânicos DESNATURAÇÃO Ligações peptídicas são mantidas Aquecimento: Rompe interações fracas Variação de ph: Alteram carga líquida da proteína Repulsão e quebra de pontes de H Solventes orgânicos Rompe interações hidrofóbicas 15

16 RENATURAÇÃO Algumas proteínas globulares podem recuperar a estrutura e função por RENATURAÇÃO. RIBONUCLEASE RENATURAÇÃO DESNATURAÇÃO:uréia e mercaptoetanol Quebra de 4 ligações dissulfeto RENATURAÇÃO: remoção dos agentes Recuperação de sua atividade Proteína renaturada Porque, onde estiver o vosso tesouro, ali estará também o vosso coração (Lc 12.34). 16