FFI0750 Biologia Molecular Estrutural

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1 Objetivos FFI0750 Biologia Molecular Estrutural Prof. Rafael V. C. Guido Estrutura de proteínas Estrutura primária Estrutura secundária Estrutura terciária Estrutura quaternária Aula 01 Bacharelado em Ciências Físicas e Biomoleculares Instituto de Física de São Carlos USP Proteínas Definição Estrutura de Proteínas Proteínas são polímeros de aminoácidos unidos entre si através de ligações peptídicas

2 Os 20 aminoácidos Organização estrutural As proteínas são organizadas e descritas em quatro níveis hierárquicos de complexidade, sendo cada nível representado de forma distinta Organização estrutural Estrutura Primária A estrutura primária consiste na descrição sequencial dos resíduos de aminoácidos presentes na cadeia polipeptídica N Sequência de aminoácidos C Ligação peptídica

3 Conformação da cadeia polipeptídica Cadeia principal A ligação peptídica é planar (características de dupla ligação parcial); Difícil de girar (Ω) estrutura planar A cadeia principal possui liberdade de rotação somente ao redor das ligações formadas pelo Cα, ou seja: N Cα = (Phi) Cα C = (Psi) O ângulo Ω possui apenas dois graus de liberdade conformacional 0 o e 180 o C N = Ω (Omega) Ligações do tipo cis (Ω 0 o ) e trans (Ω 180 o ); Isômero trans é mais estável; A diferença de energia entre a forma cis e trans é bastante grande (85 KJ/mol); Ângulos internos e Diagrama de Ramachandran A conformação da cadeia principal de cada resíduo é determinada pelos ângulos e ; Algumas combinações de e levam a conformações não permitidas (impedimento estérico); antiparalelas paralelas Hélice tripla de colágeno distorcidas α hélice (mão esquerda) As duas grandes regiões correspondem a hélice e folha α hélice (mão direita) A estrutura secundária ilustra a organização dos elementos estruturais estáveis observados em uma cadeia polipeptídica

4 Exemplo experimental Conformações Legenda: Regiões permitidas mais favoráveis Regiões adicionais permitidas Regiões generosamente permitidas Regiões não permitidas Baseado na análise de 118 estruturas de proteínas com resolução 2 Å e R factor < 20% Estrutura secundária As estruturas secundárias de proteínas são caracterizadas como conformações locais estáveis da cadeia polipeptídica; As limitações de rotações impostas pela ligação peptídica e os padrões de ligação de hidrogênio determinam as estruturas secundárias (conformações locais) possíveis em um proteína; Dois tipos de conformações locais são predominantes em estruturas de proteínas Um bom modelo deve apresentar > 90% dos resíduos em regiões permitidas mais favoráveis α hélices Estrutura secundária α hélices Estrutura regular e energeticamente estável, pois todas as ligações de H possíveis entre a cadeia principal são estabelecidas ao longo do eixo da hélice; O comprimento médio das α hélices é resíduos (12 22 Å) Estrutura secundária folhas β Folhas β são formadas por ligações de H (intermoleculares) entre cadeias polipeptídicas adjacentes; Seções das cadeia polipeptídica que pertencem as folhas β são denominadas fitas β; O comprimento médio das folhas β é 3 10 resíduos (7 30 Å). Fitas antiparalelas Fitas paralelas δ δ + δ δ + Ligação de H δ δ + = 139 o = 135 o = 119 o = 113 o

5 Estrutura secundária alças Aproximadamente 1/3 dos resíduos de uma proteína globular estão envolvidos em regiões de alça; Frequentemente as alças são observadas conectando folhas β antiparalelas. Nestes casos, são denominadas alça β ou grampo β (β hairpin); Aproximadamente 70% das alças β são compostas por até 7 resíduos. Porcentagem de hélices e folhas em proteínas Estrutura Secundária Estrutura Secundária Topologia Domínio de Ligação do Cofator (NAD + ) Domínio de Ligação do Substrato

6 Estruturas supersecundárias (motivos estruturais) Estrutura Terciária A estrutura terciária envolve a organização estrutural 3D referente ao enovelamento da proteína (topologia) Chave grega Barril Hidroximetil glutarilcoenzima A redutase (HMGR) Protease de HIV Proteína verde fluorescente (GFP) Interações Estrutura terciária Estrutura Quaternária Dímero Tetrâmero Trímero

7 Interações Estrutura quaternária Estrutura Quaternária Decâmero Dodecâmero Estrutura Quaternária Estrutura de proteínas e análise de texto Vírus da poliomelite TCGHY aminoácido abcde letras estrutura secundária palavras estrutura supersecundária frases estrutura terciária capítulo estrutura quaternária livro completo