PROTEÍNAS
PROTEÍNA Deriva do grego proteios (da primeira classe) Berzellius (1838). As proteínas desempenham um papel fundamental em todos os processos biológicos. São as macromoléculas mais comuns do corpo humano (50% da massa seca) num adulto com 70 Kg, 11 a 17 Kg são proteínas. Funções principais das proteínas: Catálise enzimática todas as reações químicas dos sistemas biológicos são catalisadas por macromoléculas específicas (enzimas). Transporte e armazenamento muitas moléculas pequenas são transportadas por proteínas específicas. Ex: hemoglobina transporta oxigénio nas hemácias; A mioglobina transporta oxigénio nos músculos: A transferina do plasma sanguíneo transporta ferro que é depois armazenado no fígado um complexo com ferritina (proteína).
Movimento coordenado as proteínas são o principal componente do músculo. A contração muscular faz-se pelo movimento deslizante de dois filamentos proteicos. Ao nível microscópio movimentos coordenados como dos cromossomas na mitose e dos espermatozóides. Sustentação mecânica a força de tensão da pele e do osso resulta da presença de colagénio (proteína fibrosa). Proteção imunitária os anticorpos são proteínas específicas, que reconhecem e se combinam com substâncias estranhas (vírus, bactérias, células de outros organismos, etc.). Geração e transmissão de impulsos nervosos a resposta das células nervosas a estímulos são feitas através de proteínas receptoras. Controle do crescimento e da diferenciação são controlados por fatores proteicos de crescimento.
ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS As proteínas são compostos por 20 aminoácidos, ditos fundamentais. Os aminoácidos mais comuns são os conhecidos por α-aminoácidos, pois possuem um grupo amina (-NH2) e um grupo carboxílico (-COOH). Os aminoácidos são constituídos por: Um grupo amina Um grupo carboxilo Um átomo de hidrogénio Um grupo R (cadeia lateral) NOTA: A excepção dos α-aminoácidos é a prolina, pois possui um segundo grupo amino (-NH - ). Todos os aminoácidos diferem entre si no grupo R.
PROPRIEDADES IÓNICAS Os grupos amino e carboxílicos tendem a ionizar-se. Assim, como o pk1 (pk para o grupo carboxílico) ronda o valor 2,2 e o pk2 (pk para o grupo amino) ronda o valor 9,4, isto vai implicar que no ph fisiológico o grupo amino esteja protonado e o grupo carboxílico esteja na sua forma ionizada COO -. Trituração de um aminoácido Ponto isoelétrico ou ph isoelétrico
Um aminoácido pode comportar-se tanto como ácido, tanto como base. Possuem grupos com cargas de sinal oposto sendo chamados de zwitteriões ou iões dipolares. Os aminoácidos, tal como outros compostos iónicos, são mais solúveis em solventes polares do que em solventes apolares.
ESTEREOQUÍMICA O arranjo tetraédrico dos 4 grupos diferentes em torno do átomo de carbono-α confere a atividade óptica aos aminoácidos. A assimetria do carbono-α provoca ocorrência de enantiomeria. Isómeros D e L Todos os aminoácidos que derivam de proteínas (resíduos) têm uma configuração estereoquímica L. Uma molécula com n centros quirais possui 2 n diferentes possíveis estereoisómeros.
A classificação dos aminoácidos baseia-se na polaridade do grupo R e na sua carga elétrica: Não polares ou hidrófobos; Polares mas não carregados; Carregados negativamente; Carregados positivamente. Nas proteínas encontram-se 20 tipos de cadeias laterais (R), que variam em: Tamanho; Forma; Carga; Capacidade de formação de pontes de hidrogénio; Reatividade química. Constituem uma espécie de alfabeto das proteínas. Os aminoácidos são designados de forma abreviada por 3 letras.
AMINOÁCIDOS MAIS COMUNS DAS PROTEÍNAS
LIGAÇÕES PEPTÍDICAS Os aminoácidos podem ser polimerizados para formar cadeias, este processo pode ser representado como uma reação de condensação (em que há a eliminação de uma molécula de água). A resultante ligação CO-NH é a chamada ligação peptídica. Polímeros compostos por dois, três, poucos ou vários aminoácidos são chamados dipeptídeos, tripeptídeos, oligopeptídeos e polipeptídeos. Depois de estarem incluídos num peptídeo, os aminoácidos individuais são designados por resíduos aminoácidos.
Polipeptídeos são polímeros lineares, em que cada resíduo aminoácido participa em duas ligações peptídicas; os resíduos das duas pontas do polipeptídeo apenas participam numa ligação peptídica. O resíduo que tem o grupo amino livre (por convenção, a ponta esquerda do aminoácido) é chamado N-terminal, assim como o resíduo com um grupo carboxílico livre (à direita) é designado por C-terminal. Proteínas vão ser moléculas que contêm uma ou mais cadeias polipeptídicas.
Uma cadeia peptídica é constituída por: Uma parte que se repete regularmente a cadeia principal. Uma parte variável as cadeias laterais (R1; R2; R3) As cadeias polipeptídicas contêm entre 50 a 2000 aminoácidos.
O peso molecular de um resíduo de aminoácido é aproximadamente 110, assim os pesos moleculares da maioria das cadeias estão entre 5500 e 22000. Algumas proteínas contêm pontes de enxofre (dissulfeto ou dissulfuradas). Interligações entre cadeias ou entre partes de uma cadeia são formadas pela oxidação de radicais de cisteína.
As proteínas intracelulares geralmente não têm pontes dissulfeto e as extracelulares geralmente têm várias. A proteínas têm sequências particulares de aminoácidos que são especificadas por genes. A sequência de nucleotídeos no DNA especifica uma sequência complementar de nucleotídeos no RNA, que por sua vez determina a sequência de aminoácidos de uma proteína. Cada um dos aminoácidos é codificado por uma ou mais sequências específicas de 3 nucleotídeos.
As sequências de aminoácidos são importantes por diversos motivos: 1. o conhecimento da sequência de uma proteína é muito útil para elucidar o seu mecanismo de ação. Ex: mecanismo catalítico dum enzima. 2. A sequência de aminoácidos é o elo entre a mensagem genética no DNA e a estrutura tridimensional que executa a função biológica de uma proteína.
3. A determinação da sequência faz parte da patologia molecular, isto é, alterações de sequências de aminoácidos podem produzir funções anormais e doenças. Doenças fatais como a anemia falciforme, podem resultar da alteração de um só aminoácido numa proteína. 4. A sequência de uma proteína revela muito acerca da sua história evolutiva. As proteínas só se assemelham umas às outras em sequências de aminoácidos se tiverem um ancestral comum.
A grande diversidade das proteínas é determinada pela: Composição relativa de aminoácidos nº e conteúdo relativo da cadeia polipeptídica; Composição química a presença de substâncias ou grupos de natureza não proteica (grupos prostéticos); Sequência aminoácida da cadeia polipeptídica estrutura primária; Organização tridimensional dos planos amina e grupos laterais dos aminoácidos da cadeia polipeptídica estrutura secundária, supra-secundária e terciária. Organização tridimensional da proteína estrutura terciária e quaternária.
ESTRUTURA PRIMÁRIA Como os outros polímeros, as proteínas podem descrever-se em termos de níveis de organização, neste caso em estrutura primária, secundária, terciária e quaternária. A estrutura primária é a sequência de aminoácidos da sua cadeia ou cadeias polipeptídicas, onde cada resíduo está ligado ao outro por uma ligação peptídica. Com os 20 diferentes aminoácidos é possível obter um número astronómico de diferentes proteínas: para uma proteína de n resíduos, há 20 n possibilidades de os sequenciar. A determinação da sequência é indispensável para compreender a estrutura tridimensional e as funções da proteína e sobretudo para identificar alterações hereditárias.
ESTRUTURA TRIDIMENSIONAL A estrutura primária de uma proteína é a sua sequência linear de aminoácidos. No entanto, no estudo da estrutura de proteínas, mais três níveis de complexidade estrutural são invocados: -Estrutura secundária: é o arranjo espacial dos átomos de um polipeptídeo, sem ter em conta conformações ou cadeias laterais; -Estrutura terciária: refere-se à estrutura tridimensional de um polipeptídeo completo; -Estrutura quaternária: como a maior parte das proteínas são compostas por duas ou mais cadeias polipeptídicas, então a sua estrutura quaternária será o arranjo espacial das várias cadeias.
ESTRUTURA SECUNDÁRIA O grupo dos péptidos: Estudos indicam que o grupo dos péptidos tem uma estrutura rígida e planar como resultado de interacções de ressonância que dão à ligação peptídica um carácter duplo. Os grupos de péptidos assumem a conformação trans, na qual sucessivos átomos C α estão em lados opostos da ligação peptídica que os liga. No entanto, a conformação cis no caso da prolina tem uma ocorrência média de cerca de 10%.
ESTRUTURAS SECUNDÁRIAS REGULARES A hélice α: A hélice α é a única hélice polipeptídica que possui uma ligação de hidrogénio favorável. A hélice α roda na direcção na qual os dedos da mão direita dobram. As ligações de hidrogénio vão dar-se entre o oxigénio do grupo C=O e o hidrogénio do grupo N-H entre os resíduos n e (n+4).
FOLHA β A ligação de hidrogénio vai ocorrer entre polipeptídeos vizinhos, formando duas variantes: A folha β antiparalela: em que as duas cadeias polipeptídicas se encontram em direcções/posições opostas; A folha β paralela (menos estável, talvez devido à distorção das ligações por ponte de hidrogénio): em que as duas cadeias polipeptídicas estão em posição/direcção igual, paralelas. Também possui rotação segundo a regra da mão direita.
PROTEÍNAS FIBROSAS α-queratina (um rolo enrolado ): A queratina é uma proteína mecanicamente duradora e que não reage quimicamente. Encontra-se presente em todos os vertebrados superiores. É a principal constituinte do cabelo, do corno, das unhas e das penas. Ao N e C terminais pode ligar-se outras queratinas (dímeros), de maneira a formar um protofilamento. Dois protofilamentos constituem uma protofibra e quatro protofibras dão origem a uma microfibra. As microfibras associam-se a outras microfibras de forma a formarem macrofibras. Colagénio (a hélice tripla): O colagénio, que aparece em todos os animais multicelulares, é composto por fibras fortes e insolúveis. É constituinte dos ossos, tendões, pele e vasos sanguíneos. Uma molécula de colagénio é constituída por três cadeias polipeptídicas.
ESTRUTURA TERCIÁRIA A estrutura terciária das proteínas descreve o envolvimento das suas estruturas secundárias e específica a posição de cada átomo na proteína e é fundamental para a actividade biológica. Arranjo espacial de resíduos de aminoácidos que estão longe uns dos outros na sequência linear, podem ficar próximos devido aos enrolamentos formam regiões indispensáveis ao funcionamento da proteína.
Hélices e folhas podem ter várias combinações: As principais estruturas secundárias das proteínas (folhas β e hélices α), ocorrem nas proteínas globulares em variadíssimas proporções e combinações. Certos grupos de estruturas secundárias, chamados estruturas supersecundárias, ocorrem na maioria nas proteínas globulares: A estrutura βαβ é a mais comum, na qual uma hélice α se liga a duas cadeias paralelas de folhas β. A estrutura β-hairpin, consiste em cadeias antiparalelas ligadas por voltas. A estrutura αα é consiste em duas hélices α antiparalelas sucessivas encostadas uma à outra, segundo um eixo inclinado. A estrutura barril β consiste em folhas β extendidas e enroladas de maneira a formar um cilindro.
ESTRUTURA QUATERNÁRIA A maior parte das proteínas consiste em mais do que uma cadeia polipeptídica. Estas cadeias estão associadas a uma geometria específica. O arranjo espacial destas subunidades é conhecido como a estrutura quaternária de uma proteína. Implica a interacção, por ligações fracas, de subunidades peptídicas proteína oligomérica. Desoxi-hemoglobina
Este nível de estrutura encontra-se habitualmente nos enzimas que regulam reacções-chave de sequências metabólicas fundamentais. A estrutura quaternária confere às células um nível suplementar na regulação de determinadas proteínas funcionais, pois a dissociação destas estruturas permite à célula retardar ou parar, isto é controlar a actividade dessas proteínas. As proteínas que não são constituídas por subunidades potencialmente separáveis, não apresentam estrutura quaternária. Ex: ribonuclease (1 cadeia), e a quimotripsina (3).
CLASSIFICAÇÃO DAS PROTEÍNAS EM FUNÇÃO DA SOLUBILIDADE Albuminas Solúveis em água possuem carácter ácido. Precipitam por adição de sulfato de amónio. Globuninas Protaminas e Histonas Globinas Insolúveis em água destilada, mas solúveis em soluções salinas muito diluídas (NaCl a 5%). Precipitam por adição de sulfato de amónio a 50%. Solúveis em água destilada possuem carácter básico, devido à % elevada de lisina e arginina que contêm, o que lhes permite ligarem-se ao DNA no núcleo das células. Contêm até 10% de histidina constituem a parte proteica das hemoglobinas e das mioblobinas. Prolaminas e glutelinas Proteínas vegetais insolúveis em água, mas solúveis em ácidos e bases fracos. As prolaminas separam-se das glutelinas por serem solúveis em etanol a 70%. Escleroproteínas Insolúveis em água ou em soluções salinas, ácidas ou alcalinas diluídas. São proteínas fibrosas.
CLASSIFICAÇÃO DAS PROTEÍNAS EM FUNÇÃO DA COMPOSIÇÃO Holoproteínas (proteínas simples) Constituídas apenas por cadeias peptídicas, a sua hidrólise dá origem a aminoácidos. Heteroproteínas (proteínas complexas) Fosfoproteínas Nucleoproteínas Cromoproteínas Constituídas por uma parte proteica apoproteína e por uma parte não proteica grupo prostético. Contêm ácido fosfórico como grupo proteico. Ex: caseínas do leite e a vitelina. Associações de ácidos nucleicos e de proteínas (ribossomas) papel importante na biossíntese proteica. Desoxirribonucleoproteínas e riboucleoproteínas. Proteínas coradas, cujo grupo prostético contém um elemento metálico (Fe, Cu, Mg). Glicoproteínas Proteínas que contêm resíduos glucídicos ligados à cadeia polipeptídica por covalência. Lipoproteínas Proteínas com uma parte lipídica. São moléculas muito grandes, desempenham funções de transporte (colesterol, fosfolípidos, etc, são transportados na corrente sanguínea por lipoproteínas) e de permeabilidade selectiva das membranas.