Aula 6. Introdução a Bioquímica: Biomoléculas. Níveis estruturais das proteínas. Estruturas 3D, domínios motivos 1º 2º 3º 4º

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1 Introdução a Bioquímica: Biomoléculas Ignez Caracelli BioMat DF UNESP/Bauru Aula 6 Estruturas 3D, domínios motivos Julio Zukerman Schpector Bauru, 24 de setembro de 2007 LaCrEMM DQ UFSCar Níveis estruturais das proteínas 1º 2º 3º 4º A cadeia polipeptídica se enovela (fold) para gerar uma estrutura 3-D única. 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. As proteínas tem uma conformação específica fica, o arranjo espacial dos átomos. As proteínas na sua conformação funcional e enovelada estão em seu estado nativo. quimotripsina

2 Ângulo diédrico φ Ângulo diédrico ψ φ N C C α plano da amida carbono α cadeia lateral é o ângulo de torção em torno de N Cα : é a projeção de C (i-1) N sobre C α C [C (i-1) N C α C ] ψ é o ângulo de torção em torno de Cα C : é a projeção de N Cα sobre C N(i+1) [N Cα C N(i+1)] N C plano da amida N (i+1) C α carbono α cadeia lateral ψ C (i-1) plano da amida plano da amida Hélice α átomos C α C-terminal 3,6 aminoácidos por volta passo = 5.4 Å 1 Å = m N-terminal grupos-r para fora Rotações podem ocorrer em torno do C α ligações de H entre (1) C=O===H-N (4)

3 Hélice α COO - Hélice α NH 3 + α-hélices na proteínas são hélices de mão direita Hélice α - dipolo elétrico Hélice α - estabilidade Devido a 1. repulsão ou atração eletrostática dos aminoácidos adjacentes. dipolo total 2. interação entre os aminoácidos n3 ou n4. 3. ocorrência de resíduos de Pro ou Gly. dipolo em cada interação

4 Hélice α Hélice α - backbone (esqueleto) N nitrogênio C carbono α C carbono carboxila ligação de hidrogênio Hélice 3 10, α, π Hélice 3 10 Hélice α Hélice π Hélice 3 10, α, π 3,0 resíduos/ volta passo = 6,0 Å mais fina e alongada que α. 3,6 resíduos/volta passo = 5,4 Å. 4,4 resíduos/volta passos = 5,2 Å mais larga e menor que a α. 3,0 resíduos/ volta passo = 6,0 Å mais fina e alongada que α. 3,6 resíduos/volta passo = 5,4 Å. 4,4 resíduos/volta passos = 5,2 Å mais larga e menor que a α.

5 Hélice 3 10, α, π Hélice 3 10, α, π 3,0 resíduos/ volta passo = 6,0 Å mais fina e alongada que α. 3,6 resíduos/volta passo = 5,4 Å. 4,4 resíduos/volta passos = 5,2 Å mais larga e menor que a α. 3,0 resíduos/ volta passo = 6,0 Å mais fina e alongada que α. 3,6 resíduos/volta passo = 5,4 Å. 4,4 resíduos/volta passos = 5,2 Å mais larga e menor que a α. Estruturas Beta Anti-paralelas Estruturas Beta Paralelas vista de cima vista de cima vista lateral vista lateral

6 Estruturas turns Gráfico de Ramachandran Gráfico de Ramachandran 150l Pyruvate Kinase 1f0w 1bkv

7 Proteinas globulares e fibrosas Proteinas fibrosas 1f0w 1bkv 1bkv Colágeno Estrutura supersecundária ria - motivos Há padrões comuns no enovelamento das proteínas chamados de motivos. Os motivos são encontrados em várias proteínas de função diversa. tripla hélice de mão-esquerda Uma proteína pode conter vários motivos estruturais diferentes.

8 A estrutura de cada proteína é totalmente diferente ou há motivos comuns? Estrutura supersecundária ria - motivos Há padrões comuns de enovelamento da cadeia polipeptídica na maioria das proteínas. Exemplos: α-hélice folhas-β Estrutura supersecundária ria - motivos Pyruvate Kinase Piruvato Cinase Christi ne Orengo (S tructures, 1997, 5, )

9 Estrutura terciária das proteínas Domínio nios estruturais As proteínas se enovelam em estruturas globulares e excluem H 2 O de seu interior. Em geral: Aminoácidos não-polares no interior Val, Leu, Ile, Met, Phe Aminoácidos carregados na superfície Arg, Lys, His, Asp, Glu Aminoácidos polares não-carregados na superfície ou interior Ser, Thr, Asn, Gln, Tyr, Trp domínio pequeno NADPH domínio grande Estrutura Quaternária de Proteínas Algumas proteínas formam agregados de 2 ou mais subunidades. Estrutura Quaternária de Proteínas Razoes para múltiplas subunidades: 1. cooperatividade exemplo: Hb liga O 2 cooperativamente. 2. função catalítica exemplo: HMG-CoA reductase dímero 3. síntese exemplo: groel chaperonina tem 14 subunidades (a proteína é muito grande para ser sintetizada sozinha.

10 monômero HMG-CoA redutase Colágeno 35% Gly 21% Pro + Hidroxiprolina unidade de repetição: Gly X Pro (HyPro) hélice de mão esquerda (não α-hélice) com 3 aa/volta dímero Diagramas - Motivos Diagramas - Motivos helice

11 Motivos Hairpin Motivo Helix-Loop Loop-Helix (H-L-H) H) Motivo EF-Hand H-L-H B/T- Figure 2.13

12 Motivo Chave-grega Ligantes Sítio de Ligação Hemoglobina: transporte de O 2 no sangue α 2 β 2 Proteínas ligam-se a outras moléculas chamadas ligantes. A interação de uma proteína com um ligante é especifica e reversível. α 1 α 2 O local de ligação do ligante na proteína é chamado de sítio de ligação. A ligação de um ligante resulta em mudança conformacional na proteína β 1 β 2

13 Grupo Heme Mioglobina liga O 2 nas células musculares. O grupo heme se localiza em um bolso. grupo prostético com: anel da porfirina átomo de Fe no estado ferroso (Fe 2+ ) Heme O Fe 2+ é coordenado por 4 nitrogênios pirrolícos Fe 2+ X Fe 3+ A 5a. posição de coordenação do Fe 2+ é ocupada por uma histidina chamada de proximal. A 6a. posição de coordenação é o sítio de ligação do O 2. Mioglobina Hemoglobina (proximal histidine)

14 As subunidades da hemoglobina são estruturalmente similares à mioglobina grupo heme Especificidade do ligante no Heme Monóxido de carbono (CO) liga-se vezes melhor que O 2 Mioglobina liga CO 200 vezes melhor que O 2 Interferência estérica da Mioglobina com a ligação do CO ao heme A histidina distal interage com o ligante (CO ou O 2 ). mioglobina subunidade β da hemoglobina Distal His Proximal His

15 Eritrócitos humanos (células vermelhas do sangue) Pulmões ph = 7,6 Tecido ph = 7,2 Hemoglobina libera CO 2 nos pulmões e liga O 2. O 2 O 2 CO2 H + Hemoglobina libera O 2 e liga CO 2, H + nas extremidades ERITRÓCITOS normais Anemia Falciforme Glu 6 Val 6 anemia falciforme Glu 6 Val 6

16 anemia falciforme Hemoglobina: Cooperatividade A hemoglobina é uma proteína alostérica. A ligação de um ligantes afeta a ligação dos ligantes nos outros sítios da proteína. Hb e cooperatividade O sistema imunológico α 1 β 2 β 1 α 2 α 1 O 2 O 2 β 1 α 2 O 2 β 2 O 2 O 2 responde a bactérias, vírus e proteínas nos fluidos corporais. utiliza anticorpos (imunoglobulinas, Ig), proteinas que se ligam a moléculas estranhas e consideram alvo para destruição. as moléculas estranhas reconhecidas pelos anticorpos são antigenos. o anticorpo reconhece uma certa região do chamada de epítopo. P. ex: uma seqüência pequena de aa. os anticorpos são produzidos pelos linfócitos B.

17 Sistema Imunológico Celular destrói células infectadas. utiliza macrófagos, células que engolem partículas grandes e células infectadas. linfócitos T reconhecem células infectadas através dos receptores da célula T sobre a superficie. Proteínas MHC (Major Histocompatibility Complex) são centrais na produção da resposta imunológica). ligam-se a proteínas digeridas na célula. proteínas MHC I estão sobre a superfície das células. proteínas MHC II estão sobre a superfície dos macrófagos e células B Proteínas MHC Estrutura da proteína MHC I ligada a um antígeno. O antígeno é um peptídeo derivado do HIV.

18 proteína MHC I peptídeo HIV Anticorpos O sistema imunologico utiliza anticorpos, ou imunoglobulinas, (Ig). Anticorpos são proteínas que se ligam a moléculas estranhas para destruí-las. Há vários tipos de imunoglobulinas presentes no sangue: IgA, IgD, IgE, IgG, IgM. Estrutura do IgG D Classes de Ig IgA, IgD, IgE IgG, IgM ( na cadeia pesada) Estrutura do IgG

19 Movimento Molecular Miosina 6 subunidades,, PM = D Há movimento na natureza. O movimento é mediado por proteínas. A energia para o movimento normalmente está na forma de ATP Filamento fino. Miosina

20 Contração do músculo ocorre quando filamentos finos e grossos deslizam uns sobre os outros. relaxado contraído O sistema imunológico O sistema imune é nossa defesa contra invasores. O sistema deve ser capaz de reconhecer o que é próprio ou estranho. A resposta a uma invasão viral ou bacteriana esta baseada na interação proteína-ligante. Leucocitos células brancas do sangue células do sistema imune macrófagos e linfócitos hidrólise do ATP P i + ATP ADP

21 Enzimas Serino-protease protease: : tríade catalítica Enzimas são proteínas que alteram quimicamente os ligantes que a ela se ligam. Em uma enzima o ligante é chamado de substrato. Os sítios de ligação dos substratos são chamados sítio ativo. Serino-protease: ataque da serina Serino-protease protease: : intermediário

22 Serino-protease: hidrólise Serino-protease: ataque da H2O Enzima GR Ciclo da Reação Catalítica da GR a GSH ES-SE E-S-S-G f Glutationa redutase (GR) H+ humanos e mamíferos em geral GSH NADPH GSSG + NADPH + H+GR 2 GSH + NADP+ b EH2 + NADP+ enzimas homodiméricas 500 aa / monômero flavoproteínas: grupo prostético FAD coenzima: NADPH E-S-S-G GS- e NADP+ c EH2 EH2 G-S-S-G d GSSG Ignez Caracelli Departamento de Física Faculdade de Ciências de Bauru - UNESP

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