Proteínas - I. (Estrutura) Bioquímica Prof. Dr. Marcelo Soares

Transcrição

1 Proteínas - I (Estrutura)

2 Proteínas São polímeros compostos por combinações entre os 20 aminoácidos-padrão Apresentam tamanho que vai desde 50 até 4000 aminoácidos, variando também nas proporções entre os aminoácidos Uma única célula pode apresentar mais de diferentes proteínas. Essa diversidade é essencial para o funcionamento das células.

3 Funções das Proteínas Enzimas: - Catalizam reações químicas (ação metabólica) Proteínas Estruturais (Proteínas Fibrosas): - Tecidos Conectivos em animais (Ex: Colágeno) - Estruturas de Artrópodos (Ex: Casulos, Teias, etc) - Cabelos, pelos, unhas, chifres, etc (Ex: Queratina) - Coagulação Sanguínea (Ex: Fibrinas)

4 Funções das Proteínas Proteínas Especializadas em Armazenamento: - Caseína do Leite, Ferritina, Calmodulina, Albumina, etc Proteínas de Transporte: - Proteínas da Membrana Plasmática (Ex: Importinas e Exportinas) - Carreadoras de Oxigênio (Ex: Hemoglobinas) - Carreadoras de Minerais como Ferro e Zinco

5 Funções das Proteínas Proteínas Especializadas Transferência de Energia: - Citocromo (Cadeia Transp. de Elétrons Mitocôndria) Função Regulatória: - Hormônios - Reguladoras de Genes (TFs Fatores de Transcrição) - Regulação Osmótica

6 Funções das Proteínas Proteínas Contráteis e Motoras: - Músculo (Ex: Actina e Miosina) - Cílios e Flagelos - Citoesqueleto (Microtúbulos, Microfilamentos, etc) Receptores: - Membrana Plasmática - Transdução de Sinais (Ex: Hormônio AMPc) - Regulação Osmótica

7 Funções das Proteínas Proteínas de Reconhecimento: - Glicoproteínas da Membrana Plasmática Proteínas de Defesa: - Anticorpos (IgE, IgM, IgA, etc) - Toxinas Protéicas (Ex: Fungos)

8 Estrutura das Proteínas A estrutura de uma proteína é essencial e está diretamente ligada a função desempenhada por ela Cada proteína tem uma forma ou conformação única, a qual depende do número, do tipo e da seqüência dos aminoácidos que a compõem A determinação da seqüência de aminoácidos de uma proteína é de extrema importância para estudos genéticos, de doenças genéticas, de mutações e da regulação gênica

9 Estrutura das Proteínas Uma proteína é formada a partir da união de aminoácidos formando então um polipeptídeo

10 Forma e Estrutura das Proteínas A cadeia polipeptídica forma a Estrutura Primária de uma proteína Uma proteína funcional necessita passar por um processamento posterior à formação da cadeia polipeptídica Uma proteína adquire Estruturas Secundárias e Terciárias através de Dobraduras e Enrolamentos. Somente após adquirir estas conformações, as proteínas tornam-se funcionais Algumas proteínas adquirem ainda uma Estrutura Quaternária (compostas por mais de um polipeptídeo)

11 Forma e Estrutura das Proteínas O número, o tipo, a proporção e a seqüência de aminoácidos na cadeia polipeptídica vão determinar a forma e a estrutura das proteínas e, conseqüentemente, sua função Uma única substituição de aminoácidos na cadeia polipeptídica pode alterar drasticamente a forma final da proteína. Ex.: - Hemoglobina: o grupo R deve ser necessariamente polar para segurar o Grupo Heme, o qual tem a função de se ligar às moléculas de Oxigênio

12 Forma e Estrutura das Proteínas Virtualmente todas as proteínas apresentam seus aminoácidos não-polares orientados para o interior de sua estrutura Os aminoácidos polares e/ou carregados estão voltados para a face da proteína que entra em contato com o meio aquoso A função de muitas proteínas depende de regiões específicas as quais reagem e se ligam à outras moléculas

13 Forma e Estrutura das Proteínas Exemplos: - Anticorpos: fundamentais para o Sistema Imune, essas moléculas se ligam através de regiões específicas aos antígenos para desativá-los - Enzimas: se ligam aos substratos através de regiões específicas da molécula polipeptídica (Sítios Ativos)

14 Estrutura Secundária A Estrutura Primária de uma proteína é resultado da seqüência de aminoácidos que formam o polipeptídeo Antes de uma proteína adquirir funcionalidade, ela precisa sofrer algumas modificações estruturais A Estrutura Secundária de uma proteína é resultado da interação entre os aminoácidos da seqüência Os átomos de Hidrogênio dos grupos amino são atraídos pelo Oxigênio das Ligações Peptídicas, formando Ligações de Hidrogênio

15 Estrutura Secundária As ligações de Hidrogênio entre os aminoácidos vão promover um enrolamento na molécula polipeptídica Este enrolamento estabiliza-se e origina a Estrutura Secundária ou a α-hélice O enrolamento da molécula ocorre a cada 4 aminoácidos, entretanto aminoácidos muito grandes podem impedir a formação de ligações de Hidrogênio

16 Estrutura Secundária α-hélice Ligações de Hidrogênio

17 Estrutura Secundária Algumas regiões de moléculas polipeptídicas permanecem extendidas Esta conformação também é devida à formação de Ligações de Hidrogênio, mas entre cadeias adjacentes, formando uma estrutura denominada de Folha-β Proteínas Fibrosas têm a maior parte de sua estrutura baseada na configuração em Folhas-β Folhas-β podem se formar tanto entre regiões de um polipeptídeo quanto entre 2 ou + polipeptídeos

18 Estrutura Secundária Folha-β Ligações de Hidrogênio

19 Estrutura Secundária α-hélice Folha-β

20 Estrutura Secundária A estrutura secundária das proteínas pode ainda apresentar alguns padrões de repetição, envolvendo tanto a estrutura de α-hélice quanto de Folhas-β

21 Estrutura Secundária A estrutura secundária das proteínas pode ainda apresentar alguns padrões de repetição, envolvendo tanto a estrutura de α-hélice quanto de Folhas-β Esses padrões estão geralmente relacionados com a ligação à outras moléculas para a regulação da atividade destas moléculas. Ex. Regulação da Transcrição do DNA DNA Proteína Reguladora

22 Estrutura Terciária A Estrutura Secundária é decorrente da interação entre os grupos amino e carboxílico de diferentes aminoácidos dentro das cadeias polipeptídicas A Estrutura Terciária é decorrente da interação entre as cadeias laterais (grupos R) dos aminoácidos das cadeias polipeptídicas Esta interação da origem a modificações estruturais adicionais, como novos enrolamentos e dobraduras A conformação final de muitas proteínas é uma forma Globular, resultante destas modificações adicionais

23 Estrutura Terciária Regiões Hidrofóbicas Regiões Hidrofóbicas são tipicamente formadas a partir da interação entre aminoácidos com cadeias laterais apolares Esta conformação força estes aminoácidos a se posicionarem em regiões situadas no interior das proteínas Este posicionamento é extremamente preciso pois é necessário para evitar o contato destas cadeias laterais com o meio aquoso Estes aminoácidos são estabilizados nesta conformação por Forças de Dispersão ou Interações de Wan Der Walls

24 Estrutura Terciária Regiões Hidrofóbicas Qualquer alteração nestes aminoácidos não-polares vai afetar o posicionamento preciso e pode causar a ruptura da conformação final da proteína

25 Estrutura Terciária Ligações Disulfídricas São ligações covalentes fortes São originadas entre Resíduos de Cisteína localizadas próximas na cadeia polipeptídica Também são importantes para manter a estrutura terciária das proteínas

26 Estrutura Terciária Ligações Iônicas Podem ocorrer entre cadeias laterais carregadas no interior da molécula de proteína, formando Pontes Salinas

27 Interações Terciárias

28 Domínios nas Proteínas (Regiões Específicas) As instruções para formar as estruturas das proteínas estão codificadas na molécula de DNA Dentro de um gene, a região que contém as instruções para a síntese de uma determinada proteína é denominada de Éxon Será que precisamos de Revisãozinha Amiga? SIM NÃO

29 Revisãozinha Amiga : Éxons e Íntrons Cromatina e Expressão da Informação Gênica Em termos moleculares um gene pode ser definido como uma seqüência de nucleotídeos (do DNA) que é expressa em um produto funcional; O Produto Funcional da informação contida no gene tanto pode ser um RNA como uma cadeia polipeptídica (proteína); Entretanto o genoma eucarionte apresenta uma grande quantidade de seqüências de DNA que não são convertidas em Produtos Funcionais Seqüências Não-Codificadoras;

30 Revisãozinha Amiga : Éxons e Íntrons Seqüências não-codificadoras podem estar localizadas entre um gene e outro, separando-os ou dentro dos próprios genes; - Os genes então apresentam regiões codificadoras (originam produto funcional) denominadas de Éxons, e regiões nãocodificadoras (sem produtos funcionais) denominadas Íntrons;

31 Revisãozinha Amiga : Éxons e Íntrons Seqüência do Gene ATTCGCGGATCTTGAATGGCGCGCGTATAACCGCCTGAATCGCCGATTAGCCGGGAAT Seqüência do Gene com íntrons e éxons ATTCGCGGATCTTGAATGG GGATCTTGAATGGCGCGCGT CGCGCGTATAACC ATAACCGCCTGAATCGCC GCCTGAATCGCCGATTAGCCG GATTAGCCGGGAAT GGAAT Gene Possui 4 íntrons (I a IV) e 3 éxons (1 a 3) I 1 II III 2 IV 3

32 Revisãozinha Amiga : Éxons e Íntrons - Todo gene é Transcrito em uma longa molécula de RNA, a qual após sua síntese, é reduzida em tamanho, tornando-se funcional somente após esse processamento; O processamento das moléculas de RNA ocorre no núcleo pelo processo denominado de Splicing; O Splicing consiste na remoção e digestão das regiões nãocodificadoras (íntrons) e posterior união das regiões codificadoras (éxons); Apenas os éxons são mantidos no RNA maduro;

33 Revisãozinha Amiga : Éxons e Íntrons - O Splicing é um processo muito complexo e preciso. Os processos de retirada e de junção de seqüências precisam ser extremamente exatos; Nos organismos eucariontes a grande maioria dos genes apresentam íntrons, com apenas poucas exceções. genes que codificam as histonas Ex.:

34 Representação Gráfica do processo de Splicing sofrido pelo mrna do Gene da β - Globina Remoção dos Íntrons RNA Maduro

35 Representação Gráfica evidenciando a participação das snrnps durante o processo de Splicing (simplificado)

36 Representação Gráfica evidenciando a participação das snrnps durante o processo de Splicing (detalhado)

37 Representação Gráfica resumindo o processo de Splicing a partir de uma molécula de DNA

38 Representação gráfica evidenciando o processo de Splicing Alternativo a partir de um mesmo Gene Produtos s a partir de um único gene

39 Domínios nas Proteínas (Regiões Específicas) As instruções para formar as estruturas das proteínas estão codificadas na molécula de DNA Dentro de um gene, a região que contém as instruções para a síntese de uma determinada proteína é denominada de Éxon Cada seção da proteína codificada em um Éxon se estrutura independentemente em uma região da proteína denominada de Domínio

40 Domínios nas Proteínas (Regiões Específicas) Uma mesma proteína pode então ser constituída ou apresentar diversos Domínios Cada Domínio pode executar diferentes funções específicas, aumentando assim a funcionalidade da proteína como um todo. Ex: - Uma enzima pode se ligar a seu co-fator através de um determinado Domínio enquanto uma outra região desta enzima (um segundo Domínio) atua como local de ligação enzima-substrato

41 Domínios nas Proteínas

42 Estrutura Quaternária Duas ou mais cadeias polipeptídicas diferentes podem se agregar resultando na formação de uma molécula complexa A estrutura formada pela interação de duas ou mais cadeias polipeptídicas é denominada de Estrutura Quaternária Proteínas com estruturas quaternárias freqüentemente se apresentam complexadas também com outros tipos de moléculas, geralmente um mineral. Ex Hemoglobina

43 Estrutura Quaternária Estrutura da Hemoglobina Grupo Heme (Contém Ferro)

44 Estrutura Quaternária O Colágeno, proteína encontrada em Tecidos Conjuntivos, apresenta um tripla hélice Esta estrutura é formada pela interação de 3 cadeias polipeptídicas que se enrolam entre si Esta estrutura proporciona uma grande resistência, característica das proteínas da família dos colágenos e das fibras formadas por estas proteínas

45 Estrutura Quaternária Estrutura do Colágeno

46 Exemplos de Proteínas Quaternárias Hemoglobina Colágeno

47 Níveis Estruturais das Proteínas Estrutura Primária Estrutura Secundária Estrutura Terciária Estrutura Quaternária

48 Alteração na Forma das Proteínas A estrutura física ou conformação de uma proteína é inicialmente determinado por ligações entre os aminoácidos da seqüência dos polipeptídeos Qualquer mudança nesta seqüência pode alterar a forma e, em conseqüência, a função de uma proteína Um exemplo deste tipo de alteração é a perda de funcionalidade da molécula de Hemoglobina em decorrência de uma mutação em sua seqüência de aminoácidos

49 Alteração na Forma das Proteínas Esta mutação altera apenas 1 aminoácido, mas esta mudança altera totalmente a forma das hemácias que contém esta hemoglobina Ocorre a troca da Glutamina por Valina na posição seis das cadeias β que compõem esta proteína Devido a esta troca, as hemácias apresentam forma de foice, o que dificulta a passagem destas células pelos vasos podendo ocorrer o interrompimento do fluxo sanguíneo

50 Alteração na Forma das Proteínas Hemácias Normais Hemácias em Forma de Foice

51 Estabilidade das Proteínas A maioria das ligações que mantém as estruturas terciárias das proteínas são fracas Ligações de Hidrogênio Estas Ligações de Hidrogênio são formada a partir da polaridade dos aminoácidos e de seus Grupos R Estas ligações dependem de condições físicas e químicas do ambiente onde se encontra a proteína Se este ambiente sofrer qualquer modificação em suas condições, estas ligações podem ser desfeitas

52 Estabilidade das Proteínas Quando as ligações de Hidrogênio são desfeitas, a estrutura da proteína é alterada e esta perde sua função Este processo é denominado de Desnaturação ou Denaturação

53 Estabilidade das Proteínas Condições que podem causar Denaturação Protéica: - Temperatura: a 0 o C ou 100 o C ** - Metais Pesados como Mercúrio e Prata - Valores extremos de ph - Altas concentrações de substâncias polares. Ex: Uréia, Sais, Álcool, etc

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55 Estabilidade das Proteínas Principalmente as Enzimas podem sofrer Denaturação, mas todos as outras proteínas celulares também podem ser afetadas Na maioria dos casos a denaturação e a perda de função é permanente Entretanto, em alguns casos, pode ocorrer a Renaturação se o agente denaturante for removido

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