16/04/2015
PROTEÍNAS
PROTEÍNAS
Plano de Aula
-Características gerais, classificação e nomenclatura dos aminoácidos
-Ligação peptídica
-Características e funções de proteínas
Profª Dra. Juliana Schmidt
Medicina 2015
PROTEÍNAS
Bibliografia
BERG, Jeremy M.; TYMOCZKO, John L.; STRYER, Lubert. Bioquímica. 5. ed. Rio
de Janeiro: Guanabara Koogan, 2004. 1059 p. : ISBN 8527708728
CHAMPE, Pamela C.; HARVEY, Richard A.; FERRIER, Denise R. Bioquímica
ilustrada. 3. ed. Porto Alegre: Artmed, 2007. 544 p. ISBN 8536305908
LEHNINGER, Albert Lester; NELSON, David L.; COX, Michael M. Princípios de
bioquímica. 4. ed. São Paulo: Sarvier, 2007. 1202 p. ISBN 8573781661
VOET, Donald; VOET, Judith G.; PRATT, Charlotte W.. Fundamentos de
bioquímica. Porto Alegre Artmed, 2003. 931p.+ CD-ROM ISBN 8773076771
Um breve histórico...
O QUE SÃO PROTEÍNAS?
Polímeros lineares formados pela ligação
covalente entre aminoácidos
Sec. XVIII
-descoberta de que componentes do mundo vivo coagulavam em altas
temperaturas e em meio ácido substancias albuminóides (clara de
ovo, sangue, leite...)
Termo proteínas (grego proteios primeiro, primitivo)
-Jons Jacob Berzelius (1779-1848) sugeriu o nome a Gerardus
Johannes Mulder (1802-1880), quem o usou pela 1ª vez
1902
• Substâncias orgânicas nitrogenadas, de elevado peso molecular
(macromoléculas)
• Compostas por C, H, O e N, podendo ainda conter S, P e Fe
• Constituem 70% do material seco dos tecidos animais
• Participam de todas as funções celulares conhecidas
-Químico Franz Hofmeister (1850-1922) sugeriu que as proteínas
seriam formadas por AAs encadeados
Década de 1930
- definicao da natureza química das enzimas uma ou mais moléculas
de proteínas
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ORIGEM
COMPOSIÇÃO DAS PROTEÍNAS
Polímeros lineares formados pela ligação covalente entre aminoácidos
Ligação peptídica
Cadeia polipeptídica
São sintetizadas nos ribossomos
CADEIAS PEPTÍDICAS
podem conter desde 2 até milhares de aás
LIGAÇÃO PEPTÍDICA
• Ligação de condensação de um grupo α-carboxila de um aá e do
grupo α-amino de outro aá, muito estável nas condições intracelulares
• dipeptídio 2 aás
• tripeptídio 3 aás
• tetrapeptídio 4 aás
• pentapeptídio 5 aás
• Oligopeptídio até 30 aás
• Polipeptídio mais que 30 aás (MM < 10.000 Daltons)
• Proteína muitos aás (MM > 10.000 Daltons)
LIGAÇÃO PEPTÍDICA
LIGAÇÃO PEPTÍDICA
• Ligação de condensação de um grupo α-carboxila de um aá e do
grupo α-amino de outro aá, muito estável nas condições
intracelulares.
• A hidrólise da ligação peptídica é uma reação exoergônica, mas ocorre
lentamente devido à sua alta energia de ativação.
•
Hidrólise não ocorre por condições que desnaturam as proteínas,
como o aquecimento.
• Pode ser rompida pela exposição prolongada a um ácido ou base
fortes em temperatura elevada ou ação enzimática (proteases)
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LIGAÇÃO PEPTÍDICA
1) Falta de rotação em torno da ligação: tem caráter
parcial de dupla ligação, ou seja, é mais curta que uma
ligação simples e, portanto, é rígida e planar.
AMINOÁCIDOS
Possuem esse nome porque em sua estrutura contêm um grupo
amina (NH3) e um grupo carboxila (COOH)
exceção: prolina (grupo imino –NH-)
1806: descoberta do 1º AA
asparagina
1938: último treonina
Nome referente aos
compostos dos quais foram
2) Configuração trans
inicialmente isolados como:
•Aspargos asparagina
3) Sem carga porém polar
•queijo (tyros) tirosina
•Glúten glutamato
Na natureza existem mais de 300 aminoácidos, e destes, apenas
20 são necessários para a constituição das proteínas dos
mamíferos
NOMENCLATURA DOS AMINOÁCIDOS
CLASSIFICAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS
Quanto a necessidade nutricional
•maioria das bactérias e vegetais pode sintetizar todos os 20 aás
•seres humanos podem sintetizar em velocidade adequada apenas
10 deles AAs NÃO ESSENCIAIS
•aás que NÃO são sintetizados AAs ESSENCIAIS
•
•
•
•
•
Histidina*
Lisina
Metionina
Arginina*
Fenilalanina
•
•
•
•
•
Triptofano
Treonina
Valina
Leucina
Isoleucina
(*) Essenciais somente no período
de crescimento rápido dos
tecidos.
CLASSIFICAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS
CLASSIFICAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS
Quanto aos destinos metabólicos
Quanto aos destinos metabólicos
Glicogênicos: participam da gliconeogênese
Cetogênicos: geram corpos cetônicos
Glicocetogênicos: formação de glicose e de corpos cetônicos
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CLASSIFICAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS
Quanto a carga e polaridade das cadeias laterais
Apolares: alifáticos e aromáticos
Polares: neutros, carga +, carga – Neutros: 1 COOH e 1 NH2
– Ácidos: 2 COOH e 1 NH2
– Básicos: 1 COOH e 2 NH2
CARACTERÍSTICAS DOS AMINOÁCIDOS
Ligações Dissulfeto
Ligação covalente que ocorre entre 2 resíduos de cisteína
CARACTERÍSTICAS DOS AMINOÁCIDOS
CARACTERÍSTICAS DOS AMINOÁCIDOS
Ligações Dissulfeto
Isomeria óptica
Desempenha papel importante na estabilidade protéica
C alfa C assimétrico
glicina é exceção, pois seu carbono
alfa possui 2 substituintes H opticamente inativa
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CARACTERÍSTICAS DOS AMINOÁCIDOS
CARACTERÍSTICAS DOS AMINOÁCIDOS
Propriedades ácido-básicas
Propriedades ácido-básicas
• Em
pH fisiológico (~7,4), o grupo carboxila é
dissociado, gerando o íon carboxilato (COO-) carregado
negativamente, e o grupo amino é protonado (NH3+).
• Os aás, em solução aquosa, contêm grupos α-carboxila
fracamente
básicos.
ácidos
e
grupos
α-amino
fracamente
Anfótero. [do gr.amphóteros, “um
e outro”.] Adj. 1. Que reúne em
si duas qualidades opostas. 2.
Quím. Que ora reage como
ácido, ora como base.
Ácido doador de prótons (H+)
Base receptor de prótons (H+)
Zwitterion: composto
eletricamente
neutro, mas que possui
cargas opostas em atomos
nao adjacentes
Palavra em alemão: zwitter
(híbrido)
CARACTERÍSTICAS DOS AMINOÁCIDOS
CARACTERÍSTICAS DOS AMINOÁCIDOS
Propriedades ácido-básicas
Ponto Isoelétrico
Carga elétrica do AA varia em função do pH do meio
• pH no qual a molécula do
COOH 2N - C - H
R
+ H+
COOH
+H N- C - H
3
R
aá apresenta igual número
de cargas positivas e
negativas (carga líquida
igual a zero)
• Encontra-se eletricamente
COOH
+H N- C - H
+ OH3
R
COOH 2N - C - H
R
QUAIS AS FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS?
neutro (íon
zwitterion)
dipolar
ou
CURVA DE TITULAÇÃO DA ALANINA
QUAIS AS FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS?
Estrutural (fibras de colágeno)
Estrutural
Interação e comunicação celular (proteínas e glicoproteínas)
“cabos ou lâminas” proteção e resistência
Mecanismos contráteis e movimentação (actina e miosina,
dineína,...)
Catálise de processos biológicos (enzimas do metabolismo)
Regulação da expressão gênica (proteínas ativadoras e
repressoras se ligam ao DNA)
Regulação de processos biológicos (hormônios)
Transporte de moléculas (proteínas de membrana, Hb)
Armazenamento (ferritina)
Fontes de energia (intermediários metabólicos glicogênicos e
cetogênicos)
Defesa (anticorpos)
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QUAIS AS FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS?
Estrutural
QUAIS AS FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS?
Catálise de processos biológicos (enzimas do metabolismo)
“cabos ou lâminas” proteção e resistência
QUAIS AS FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS?
Catálise de processos biológicos (enzimas do metabolismo)
Alfa-amilase
QUAIS AS FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS?
Transporte de moléculas (proteínas de membrana, Hb)
Lactato Desidrogenase
QUAIS AS FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS?
Transporte de moléculas (proteínas de membrana, Hb)
QUAIS AS FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS?
Armazenamento (ferritina)
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QUAIS AS FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS?
Mecanismos contráteis e movimentação (actina e miosina)
QUAIS AS FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS?
Regulação de processos biológicos (hormônios)
QUAIS AS FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS?
Defesa (Imunoglobulinas)
CLASSIFICAÇÃO DAS PROTEÍNAS
Conformação
Globulares
cadeias peptídicas enoveladas
em forma esférica ou globular.
São estruturas complexas.
Exemplos: hemoglobina,
enzimas,...
Fibrosas
cadeias peptídicas são
arranjadas em longos
filamentos.
São insolúveis em água e
soluções salinas diluídas.
Exemplos: queratina, colágeno,
elastina,...
CLASSIFICAÇÃO DAS PROTEÍNAS
CLASSIFICAÇÃO DAS PROTEÍNAS
Número de cadeias peptídicas
Produtos de hidrólise
Monoméricas
apresentam atividade funcional
através de cadeias individuais.
Ex: mioglobina
Oligoméricas
apresentam atividade funcional
com duas ou mais cadeias
peptídicas unidas entre si. Ex:
insulina (2 cadeias), colágeno
(3 cadeias), Hb (4 cadeias)
Proteínas simples
-contêm apenas aás e nenhum
outro grupo químico em sua
composição
-Exemplos: colágeno, queratina,
globulinas, quimotripsina,...
Proteínas conjugadas
-contêm grupos químicos em
adição aos aás
-parte não-aá de uma proteína
conjugada grupo prostético
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CARACTERÍSTICAS DAS PROTEÍNAS
CARACTERÍSTICAS DAS PROTEÍNAS
Desnaturação
Desnaturação
• Calor
• Solventes orgânicos
• Agitação mecânica
• Desdobramento e desorganização da estrutura da proteína,
que não é acompanhada da hidrólise das ligações peptídicas
• Raramente é reversível quando o agente desnaturante é
removido a proteína pode se dobrar novamente em sua forma
original ou não
• Proteínas desnaturadas frequentemente
assim, precipitam em solução
são
insolúveis
• Ácidos e bases fortes (efeito do pH do meio)
• Detergentes
• Metais pesados (chumbo, mercúrio)
e,
CARACTERÍSTICAS DAS PROTEÍNAS
NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO ESTRUTURAL
Organização estrutural
Cada proteína tem uma função e uma estrutura química
específica, sugerindo que cada proteína tem uma estrutura
tridimensional única
proteína
Estrutura primária: sequência de aás
Estrutura secundária: como os aás dobram para formar
1.
A estrutura tridimensional de uma
determinada por sua sequência de aás.
é
2.
A função de uma proteína depende de sua estrutura
tridimensional.
3.
A estrutura tridimensional de uma proteína é única ou
está muito próximo disto.
4.
As forças mais importantes que estabilizam a estrutura
tridimensional específica de uma dada proteína são as
interações não covalentes.
estruturas do tipo α-hélice e β-folha
Estrutura terciária: interação ou dobramento entre as
estruturas para formar uma proteína
Estrutura quaternária: montagem de subunidades de
diferentes polipeptídios para formar uma estrutura funcional
NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO ESTRUTURAL
NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO ESTRUTURAL
Estrutura Primária
Estrutura Secundária
Sequência de aminoácidos
Disposição da sequência de aminoácidos e suas cadeias laterais no espaço
Quais são?
Alfa-Hélice
Qual a ordem?
Folha-Beta
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NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO ESTRUTURAL
NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO ESTRUTURAL
Estrutura Secundária Alfa-hélice
Estrutura Secundária Folha-beta
• Também chamadas de beta-lâminas e beta-dobraduras
• Estrutura em espiral
• Esqueleto
peptídico
agrupado e espiralado
central
• Cadeias
laterais
dos
aás
componentes estendem-se para
fora do eixo central (para evitar
interferência estérica entre si)
• É estabilizada
hidrogênio
por
pontes
• Todos os componentes da ligação peptídica estão envolvidos nas
pontes de hidrogênio
• Nas ilustrações, as configurações beta são visualizadas como
flechas largas
de
NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO ESTRUTURAL
Estrutura Terciária
Arranjo das estruturas secundárias no espaço 3D
NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO ESTRUTURAL
Estrutura Quaternária
Estrutura quaternária da Hemoglobina
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E quando a estrutura das proteínas é o problema?
PRÍONS
E quando a estrutura das proteínas é o problema?
PRÍONS
Proteínas com estrutura
tridimensional anormal que
formam agregados
capacidade de transformar
proteínas normais em príons
Existem
13
tipos
de
príons, dos quais 3 atacam
fungos
e
10
afetam
mamíferos; dentre estes, 7
podem contaminar o ser
humano
•Responsáveis
pelas
encefalopatias
espongiformes transmissíveis em uma
variedade de mamíferos, incluindo os humanos
•As doenças priônicas conhecidas afetam as
estruturas cerebrais ou outros tecidos neurais,
não possuem cura e são sempre fatais
Doença de Creutzfeldt-Jakob (DCJ)
•A maioria dos casos é esporádica, mas de 5 a 15% têm origem hereditária. Uma
pequena parcela pode ser atribuída ao contato com tecidos contaminados, em
transplantes e instrumentos cirúrgicos.
•Os primeiros sintomas são lentidão do pensamento, dificuldade de concentração,
déficit de raciocínio e perda de memória. Os doentes podem ter também alterações
emocionais e visuais, com alucinações. Há também contrações musculares bruscas e
breves, chamadas de mioclonias.
•É uma doença incurável, mas medicamentos como a amantadina retardam sua
evolução.
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