BIOQUÍMICA PARA ODONTO

Transcrição

1 BIOQUÍMICA PARA ODONTO Aula 3: Autoria: Ligação peptídica Proteínas globulares: estrutura primária, secundária e terciária Luiza Higa Programa de Biologia Estrutural Instituto de Bioquímica Médica Universidade Federal do Rio de Janeiro Reprodução Proibida LIGAÇÃO PEPTÍDICA

2 LIGAÇÃO PEPTÍDICA Duas moléculas de aminoácidos podem ser unidas por meio da ligação peptídica e formar um dipeptídio. A formação da ligação peptídica é uma reação de condensação, com a remoção dos elementos da água resíduo de aminoácido LIGAÇÃO PEPTÍDICA N-TERMINAL C-TERMINAL

3 LIGAÇÃO PEPTÍDICA A ligação peptídica tem característica de ligação dupla como conseqüência da ressonância ou compartilhamento parcial de dois pares de elétrons entre o oxigênio da carbonila e o nitrogênio da amida. LIGAÇÃO PEPTÍDICA Por causa do caráter parcial de ligação dupla, a ligação peptídica é incapaz de possuir livre rotação e é rígida e planar A rotação é permitida em torno das ligações N-Cα e (φ) e C-Cα (ψ)

4 CONFORMAÇÃO DOS PEPTÍDEOS Existem várias restrições estéricas na torção dos ângulos φ e ψ, limitando a conformação do peptídio Exemplo : φ = 0 ψ = 0 sobreposição do oxigênio da carbonila com hidrogênio do grupo amino conformação não permitida! DIAGRAMA DE RAMACHANDRAN Descreve as conformações possíveis para diferentes combinações de φ e ψ distância entre os átomos menores que a soma dos raios de van der Waals A maioria das combinações de φ e ψ geram conformações não permitidas

5 CONFORMAÇÃO DOS PEPTÍDEOS resíduos L-alanina resíduos glicina Para aminoácidos com cadeia lateral ramificada, as regiões permitidas no diagrama de Ramachandran são menores que as da alanina. CONFORMAÇÃO DOS PEPTÍDEOS peptídio trans peptídio cis Em geral, os peptídeos assumem a conformação trans, uma vez que, a conformação cis é menos estável devido a interferências estéricas

6 CONFORMAÇÃO DOS PEPTÍDIOS A cadeia lateral cíclica da prolina limita a rotação de φ, conseqüentemente a prolina é o aminoácido com maior restrição conformacional Exceção: peptídios X-prolina As energias dessas formas são relativamente balanceadas devido aos choques estéricos que ocorrem nas duas formas PROTEÍNAS GLOBULARES: ESTRUTURAS PRIMÁRIA, SECUNDÁRIA E TERCIÁRIA

7 PROTEÍNAS GLOBULARES Compreendem um grupo diverso de proteínas, que no seu estado nativo, existem como moléculas compactas de formato esférico Ex: enzimas, proteínas transportadoras e receptores. mioglobina ESTRUTURA PROTÉICA ESTRUTURA PRIMÁRIA: seqüência dos resíduos de aminoácidos ESTRUTURA SECUNDÁRIA: arranjo espacial local do polipeptídio, sem considerar a conformação das cadeias laterais ESTRUTURA TERCIÁRIA: conformação da proteína (considerando os diferentes elementos de estruturas secundárias) ESTRUTURA QUATERNÁRIA: conformação de proteínas formadas por mais de uma subunidade de cadeias polipeptídicas

8 ESTRUTURA PRIMÁRIA Descreve a composição e seqüência de resíduos de aminoácidos N C Ala Cys Ser Ser Ala Cys Cys Ser Ala A estrutura primária de uma proteína determina seu arranjo espacial, que por sua vez, determina a função da proteína ESTRUTURA SECUNDÁRIA Nos segmentos do esqueleto da cadeia polipeptídica, algumas combinações de dos ângulos φ e ψ são mais comuns e determinam conformações locais com padrões de elementos estruturais ESTRUTURAS SECUNDÁRIAS: HÉLICES estabilizadas por FITAS E FOLHAS β pontes de DOBRAS β hidrogênio ALÇAS ESTRUTURAS AO ACASO aceptor de hidrogênio doador de hidrogênio

9 ESTRUTURA SECUNDÁRIA hélices A cadeia polipeptídica assume confomação helicoidal, a partir da curvatura do seu esqueleto. As hélices são caracterizadas por: número de resíduos de aminoácidos por volta (n) distância que a hélice se estende, por volta, ao longo do eixo (p) As hélices têm quiralidade e podem ser orientadas para a esquerda ou para direita. Nas proteínas, as hélices são orientada para direita ESTRUTURA SECUNDÁRIA hélices HÉLICE 3 10 α-hélice π - HÉLICE ESTRUTURA n p HÉLICE ,0 6,0 Å α-hélice 3,6 5,4 Å HÉLICE π 4.4 5,2 Å

10 ESTRUTURA SECUNDÁRIA hélices As hélices são estabilizadas por pontes de hidrogênio e caracterizadas pelo padrão destas ligações. ESTRUTURA PONTE DE HIDROGÊNIO HÉLICE RIBBON n e n 2 HÉLICE 3 10 n e n 3 α-hélice n e n 4 π - HÉLICE n e n 5 ESTRUTURA SECUNDÁRIA α-hélice Única conformação que tem simultaneamente ângulos conformacionais permitidos e padrão de ligação de hidrogênio favoráveis φ = -60 ψ = -45 Nas proteínas globulares, as α-hélices têm, em média, 12 resíduos de aminoácidos que correspondem a 3 voltas com comprimento de 18 Å

11 ESTRUTURA SECUNDÁRIA α-hélice No centro da α-hélice, os átomos estão em contato de van der Waals maximizando assim as energias de associação. As cadeias laterais são projetadas para fora da hélice evitando interferências estéricas com o esqueleto polipeptídico e com as outras cadeias laterais. ESTRUTURA SECUNDÁRIA hélices 3 10 e π HÉLICE 3 10 mais fina e alongada mais rígida ocorre em transições entre o final de uma α-hélice e a porção adjacente da cadeia polipeptídica HÉLICE π mais larga e compacta mais solta não permite associação de van der Waals ocorre como segmentos ao longo de hélices longas HÉLICE nunca foi observada! As hélices 3 10 e π são menos estáveis e são estruturas raras nas proteínas!

12 ESTRUTURA SECUNDÁRIA estabilidade das hélices Fatores que afetam a estabilidade das hélices: interações eletrostáticas (repulsão ou atração) entre os resíduos de aminoácidos sucessivos com cadeias laterais carregadas ex: poli-arg não forma hélice volume das cadeias laterais adjacentes Ex: cadeias de aminoácidos com anel aromático (poli-phe) interações entre as cadeias laterais de resíduos com intervalos de 3 ou 4 resíduos de diferença ocorrência de resíduos de prolina e glicina interação entre os resíduos de aminoácidos nas regiões terminais do segmento helicoidal e o dipolo elétrico inerente a hélice ESTRUTURAS SECUNDÁRIAS hélices restrições conformacionais Nos resíduos de prolina, o nitrogênio não está ligado a nenhum átomo de hidrogênio Resíduos de prolina não fazem ponte de hidrogênio!

13 ESTRUTURA SECUNDÁRIA hélices no diagrama de Ramachandran HÉLICE RIBBON α-hélice α-hélice HÉLICE 3 10 HÉLICE π ESTRUTURA SECUNDÁRIA fitas e folhas β estabilizadas por ligações de hidrogênio entre cadeias polipeptídicas adjacentes (fitas β) FOLHAS β PARALELAS: fitas na mesma direção ANTIPARALELAS: fitas em direções opostas

14 ESTRUTURA SECUNDÁRIAS folhas β Ligações de hidrogênio das folhas β paralelas são distorcidas em relação às ligações das folhas antiparalelas. As folhas β paralelas são menos estáveis que as antiparalelas ESTRUTURA SECUNDÁRIA folhas β Estruturas comuns nas proteínas. φ = ψ = ±180 Nas proteínas globulares, cerca de 30% da estrutura secundária corresponde a folhas β. As folhas β possuem até 15 resíduos de aminoácidos com suas fitas β contendo em média, 6 resíduos de aminoácidos e ~21 Å de comprimento.

15 ESTRUTURA SECUNDÁRIA folhas β estabilizadas por ligações de hidrogênio entre as fitas β em ambiente aquoso: + x + As folhas β são estruturas hidrofóbicas e são encontradas no interior das proteínas! ESTRUTURA SECUNDÁRIA folhas β no diagrama de Ramachandran FOLHAS β PARALELAS FOLHAS β ANTIPARALELAS

16 ESTRUTURA SECUNDÁRIA α-hélice e folhas β α-hélices têm, em média, 12 resíduos de aminoácidos que correspondem a 3 voltas com comprimento de 18 Å As fitas β contêm em média, 6 resíduos de aminoácidos com comprimento de ~21 Å de comprimento. A α-hélice é uma estrutura mais rígida do que a folha β ESTRUTURA SECUNDÁRIA folhas β

17 ESTRUTURA SECUNDÁRIA dobras β conectam fitas sucessivas de folhas β antiparalelas As dobras β assumem duas conformações que diferem na rotação dos resíduos de aminoácidos 2 e 3 : Tipo I Tipo II As dobras β são estabilizadas por ligações de hidrogênio entre os resíduos 1 e 4 ESTRUTURA SECUNDÁRIA dobras β mudam a direção da cadeia polipeptídica ocorrem na superfície das proteínas e, parcialmente, definem a superfície protéica resíduos de glicina e prolina freqüentemente aparecem nas dobras β. A glicina é o aminoácido mais fleixível e a prolina porque suas ligações peptídicas facilmente assume a conformação cis, que é uma forma particularmente susceptível a se dobrar.

18 ESTRUTURA SECUNDÁRIA alças e estruturas ao acaso estruturas não repetitivas não são estabilizadas por pontes de hidrogênio regiões desordenadas conferem flexibilidade à proteína essas estruturas podem ter papel funcional ex: Algumas proteínas possuem segmentos desordenados que se ligam a uma molécula. Na forma ligada a molécula, o segmento passa a ser ordenado e tem função biológica ESTRUTURA TERCIÁRIA Conformação que os elementos das estruturas secundárias e as cadeias laterais assumem na proteína As estruturas secundárias mais comuns, α-hélice e folhas β, ocorrem nas proteínas globulares em combinações e proporções variadas. mioglobina Concanavalina A

19 ESTRUTURA TERCIÁRIA A maioria das proteínas tem quantidades significativas de α-hélice (~31%) e folhas β (~28%) anidrase carbônica ESTRUTURA TERCIÁRIA localização das cadeias laterais As cadeias laterais dos resíduos de aminoácidos são espacialmente distribuídos de acordo com suas polaridades resíduos apolares (Val, Leu, Ile, Met e Phe) são normalmente encontrados no interior das proteínas, sem contato com solvente aquoso. As interações hidrofóbicas promovem essa distribuição e são amplamente responsáveis pela conformação das proteínas resíduos polares carregados (Arg, His, Lys, Asp e Glu) são normalmente encontrados na superfície das proteínas em contato com o solvente aquoso. resíduos polares não-carregados (Ser, Thr, Asn, Gln, Tyr e Trp) estão normalmente na superfície da proteínas mas são frequüentemente ocorrem no interior da molécula. Quando presentes no interior da proteína, esses resíduos estão quase sempre associados por ligações de hidrogênio.

20 ESTRUTURA TERCIÁRIA localização das cadeias laterais cadeias laterais hidrofóbicas cadeias laterais hidrofílicas citocromo c ESTRUTURA TERCIÁRIA localização das cadeias laterais alfa-hélice da mioglobina cadeias laterais hidrofílicas cadeias laterais hidrofóbicas

21 ESTRUTURA TERCIÁRIA domínios Cadeias polipeptídicas com mais de 200 resíduos normalmente formam 2 ou mais regiões globulares designadas domínios. Os domínios são unidades estruturalmente independentes com cada domínio possuindo características de uma proteína globular. Os domínios são normalmente conectados por um segmento polipeptídico. Freqüentemente, os domínios têm função específica troponina C ESTRUTURA TERCIÁRIA domínios domínio C-terminal ligação de gliceraldeído 3-fosfato domínio N-terminal ligação de NAD +

22 ESTRUTURA TERCIÁRIA estruturas supersecundárias ou motivos Arranjos particularmente estáveis de diversos elementos de estrutura secundária, que ocorrem em proteínas globulares βαβ hairpin αα Barril β chave grega ESTRUTURA TERCIÁRIA albumina sérica ferritina inibidor da α- amilase UDP N-acetilglicosamina acetiltransferase

23 ESTRUTURA TERCIÁRIA álcool desidrogenase enoil-coa hidratase fosfofrutocinase pilina timilidato sintase proteína verde fluorescente