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A BIOQUÍMICA ESTRUTURAL para as
CIÊNCIAS da SAÚDE
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Que forças estão envolvidas?
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A nomenclatura de sequências de aminoácidos
1.  SerilGlicilTirosilAlanilLeucina
2.  SerGlyTyrAlaLeu
3.  SGYAL
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As ligações peptídicas são muito estáveis
As ligações peptídicas são híbridas
entre as ligações simples e duplas
Estruturas planares
http://www3.usal.es/~dbbm/modmol/modmol04/index04.html
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The hydrogen bonding pattern of several polypeptide helices.
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Voet Biochemistry 3e
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Propriedades das ligações peptídicas:
A ligação peptídica sendo rígida limita o nº de
conformações que pode ser assumida por uma cadeia
polipeptidica
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Isomerismo geométrico (cis/trans)
Para termos isómeros geométricos temos que ter:
1.  Uma ligação com restrições rotacionais
2.  Dois grupos diferentes nas extremidades da ligação
Trans
Cis
R
R
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Funções:
Proteínas:
  Catálise enzimática
  Transporte e armazenamento
  Movimento coordenado
  Sustentação mecânica
  Protecção imunitária
  Geração e transmissão de impulsos nervosos
  Controle do metabolismo, do crescimento e da diferenciação
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Proteínas:
Polímero de aminoácidos com ligações peptídicas que podem ser
constituídos por uma ou mais cadeias polipeptídicas
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Níveis de organização estrutural das proteínas:
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Wireframe:
ligações entre átomos
Sticks:
Representação com
ligações mais fortes
Spacefill:
Corresponde às forças
de van der Waal’s da
molécula
Ball and Sticks:
Adiciona esferas nos
locais ocupados pelos
átomos
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• Carbono: cinzento;
• Oxigénio: vermelho;
• Hidrogénio: branco;
• Azoto: azul claro;
• Enxofre: amarelo.
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... podemos limitar a representação à ligação dos carbonos α dos
diferentes aminoácidos
Observa-se facilmente a
linearidade das proteínas.
Podem identificar-se os
terminais N e C através
de um código de cores.
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A estrutura tridimensional de uma proteína é mantida, na maioria das
por tridimensional
interacções dede
carácter
frágil não é determinada pela sorte!!!
Avezes,
estrutura
uma proteína
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Ligações iónicas:
envolvem interacções entre grupos de
cargas opostas
Ligações de hidrogénio:
envolvem a partilha de um átomo de hidrogénio
entre dois átomos electronegativos
Ligações de Van der Waals :
envolvem a formação de dipolos temporários
Interacções hidrofóbicas:
envolvem interacções entre grupos com
hidrofobicidade diferente
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As interacções hidrofóbicas desempenham um papel muito importante no
estabelecimento da estrutura de uma proteína
Os resíduos hidrofóbicos
encontram-se no interior
das proteínas
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Os resíduos hidrofílicos
encontram-se no exterior
das proteínas
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Outras interacções que participam no estabelecimento da estrutura
de uma proteína são as ligações de hidrogénio...
... Grande número...
... Seja entre grupos (-CO-,
-NH-) do esqueleto peptídico
ou entre grupos dadores e
receptores das cadeias laterais
dos resíduos de aas.
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Existem também:
1. Proteínas conjugadas
grupos prostéticos.
2. Proteínas em associações com átomos metálicos
3. Proteínas oligoméricas
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Citocromo C (transportador de electrões)
É uma proteína monomérica,
com um grupo heme ligado
covalentemente à cadeia
polipeptídica através de
duas cisteínas
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Porfirina
N do anel pirrólico
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Hemoglobina (transportador de O2)
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A maioria das proteínas possui mais de uma cadeia polipeptídica, podendo
estas serem diferentes ou idênticas: Proteínas oligoméricas.
Concanavalina A
•  É uma lectina
•  Proteínas geralmente de origem vegetal
•  Capazes de fixar especificamente
oligossacáridos de receptores celulares
de superfície
•  Induz a proliferação dos linfocitos T:
desencadeia processos de defesa.
•  Proteína tetramérica
•  Cada sub-unidade é um
polipéptido de 237 a.a. (total
de 948 a.a.)
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Estrutura Primária: corresponde à sequência linear de resíduos de
aminoácidos de uma proteína.
Estrutura primária da
pro-insulina porco
Modificações
pós-tradução
A hormona activa…
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...Pode ser escrita
com o código de 3
letras...
Insulina Humana:
...Pode ser escrita
com o código de 1
letra...
Cadeia α: GIVEQCCTSICSLYQLENYCN
Cadeia β: FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTPKT
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Estrutura Secundária
Corresponde ao arranjo espacial, dos resíduos de aminoácidos
contíguos numa sequência linear
ligação
peptídic
a
φ
ψ
Rotação em C-Cα
torno de N-Cα
ω
A estrutur a das pr oteí n as é
determinada em grande escala pela
geometria da ligação peptídica e
dos átomos envolventes.
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As conformações possíveis são aquelas que não têm impedimentos
estéreos, baseados em cálculos dos raios de van der Walls e
ângulos formados pelas ligações.
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ligação
peptídica
φ
ψ
Rotação em torno
C-Cα
de N-Cα
Ramachandran plot para
resíduos L-Ala
ω
As conformações para outros resíduos de aas
com grupos R não ramificados são muito
semelhantes
As conformações para outros resíduos de aas
com grupos R ramificados Val, Ile, e Thr são
mais restritas
A Pro tem conformação muito restrita, pois o
ângulo está limitado pelo anel cíclico (-35 a –
85º)
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As estruturas secundárias que observamos nas
proteínas, correspondem a 3 tipos de organização:
1.  Hélices (a rotação dá-se no mesmo sentido)
2.  Folhas pregueadas (os ângulos de torção têm sinais
diferentes)
3.  Dobras em gancho de cabelo ou dobra β (hairpin
turn)
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 
De um modo geral, as estruturas secundárias que observamos nas proteínas,
correspondem a 3 tipos de organização:
1.  Hélices
-  a r o t a ç ã o d a c a d e i a
polipeptídica dá-se no mesmo
sentido
-  o plano da ligação peptídica é
paralelo ao eixo da hélice
...são estabilizadas por pontes de
hidrogénio
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1.  Hélices (parecem ocas pois não está representado o raio de van der Walls)
Na realidade são…
Os aminoácidos distribuem-se segundo uma hélice regular com as
cadeias laterais voltadas para fora (rosa)
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Níveis de organização estrutural das proteínas: Estrutura
secundária
1.  Hélices (direitas e esquerdas)
Apenas 1-2% dos
resíduos assumem esta
conformação, pois as
cadeias laterais ficam
muito próximo da
cadeia principal
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Hélice α:
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Hélice α
Apenas
1
conformação
apresenta em simultâneo:
- ângulos com conformação
permitidos
- padrão de ligações de H
favoráveis
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Hélice α
O dipolo eléctrico da ligação
peptídica é transmitido através
das ligações de H, conferindo
momento de dipolo a toda a hélice.
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Hélice α:
...não existem só nas proteínas fibrosas, sendo mesmo a estrutura secundária
mais frequente em todas as proteínas
Mioglobina
•  Apesar de ser uma proteína
globular, apresenta grande
quantidade de Hélices α (8).
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Hélice α:
...outras apresentam uma só hélice α...
Glucagon:
•  apresenta uma só hélice α
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Níveis de organização estrutural das proteínas: Estrutura secundária
  Hélice α:
Prolina:
• Interrompe a estrutura de hélice α,
formando um ponto de inflexão.
Porquê???
- Não forma pontes de hidrogénio
(não tem grupo dador NH);
- Forma ligações peptídicas em Cis
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Outras estruturas helicoidais:
Hélice levógira
Com o aminoácido prolina
Mais esticada que a hélice α
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Colagénio - Hélice levógira
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Colagénio - Hélice levógira
3 hélices entrelaçadas
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Estruturas secundárias laminares:
estrutura β
Folhas pregueadas paralelas
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Estruturas secundárias laminares:
estrutura β
Folhas pregueadas antiparalelas
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A two-stranded β antiparallel pleated sheet drawn to emphasize its
pleated appearance.
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Dobras em gancho de cabelo ou dobra β (hairpin turn)
Dobras em gancho de cabelo ou dobra β:
Correspondem a uma estrutura secundária
estabilizada por pontes de hidrogénio
Frequentemente (4 resíduos), a dobra β é
estabilizada através de pontes de hidrogénio entre
o resíduo n (primeiro da dobra) e o resíduo n + 3.
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Dobras em gancho de cabelo ou dobra β (hairpin turn)
As dobras β encontram-se geralmente intercaladas entre
secções de cadeias β
Folha pregueada β antiparalela com
as secções das cadeias β separadas
por dobras β (azul).
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Estruturas supersecundárias e motivos estruturais
Os tipos de estrutura secundária (hélices, folhas e
dobras) formam frequentemente associações
características denominadas estruturas
supersecundárias .
≠
estrutura terciária
(estrutura tridimensional
completa de uma cadeia
polipeptídica)
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Por vezes, algumas zonas das cadeias polipeptídicas adoptam
uma estrutura espacial característica, geralmente com um
significado funcional. Nesse caso falamos de
motivos
estruturais.
Todas as estruturas supersecundárias são motivos estruturais mas
nem todos os motivos estruturais são estruturas supersecundárias
(podem ser zonas sem estrutura secundária em sentido restrito)!!!
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Estruturas
supersecundárias :
motivos estruturais
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X-Ray structures of 4-helix bundle proteins.
(a) E. coli cytochrome b562.
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X-Ray structures of 4-helix bundle proteins.
(b) Human growth hormone.
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The immunoglobulin fold.
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Retinol binding protein.
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X-Ray structure of the C-terminal domain of bovine g-b crystallin. (a) A
topological diagram showing how its two Greek key motifs are arranged
in a b barrel.
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X-Ray structure of the C-terminal domain of bovine γ-β crystallin. (b)
The 83-residue peptide backbone displayed in ribbon form.
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X-Ray structure of the enzyme peptide-N4-(N-acetyl-β-Dglucosaminyl)asparagine amidase F from Flavobacterium
meningosepticum.
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X-Ray structure of the enzyme peptide-N 4-(N-acetyl-β-Dglucosaminyl)asparagine amidase F from Flavobacterium
meningosepticum.
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The X-ray structure of the 247-residue enzyme triose phosphate
isomerase (TIM) from chicken muscle.
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Topological diagrams of (a) carboxypeptidase A and (b) the N-terminal
domain of glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase.
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X-Ray structures of open β sheet-containing enzymes. (a) Dogfish
lactate dehydrogenase, N-terminal domain (residues 20-163 of this
330-residue protein).
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X-Ray structures of open β sheet-containing enzymes. (b) Porcine
adenylate kinase (195 residues).
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Doubly wound sheets.
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Estrutura terciária
Corresponde à conformação
tridimensional das cadeias
polipeptídicas e é
fundamental para a
actividade biológica.
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Resíduos muito distanciados uns dos outros, na
sequência, podem encontrar-se próximos devido
aos enrolamentos e formar, desse modo, regiões
indispensáveis ao funcionamento da proteína (ex.
centro activo das enzimas).
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Quando uma proteína é constituída por varias cadeias polipeptídicas
ou subunidades, diz-se que tem estrutura quaternária.
Proteína oligomérica
Monómeros iguais
Monómeros diferentes
• Homodímero: 2 subunidades
• Heterodímero: 2 subunidades
• Homotrímero: 3 subunidades
• Heterotrímero: 3 subunidades
• Homotetramero: 4 subunidades
• Heterotetramero: 4 subunidades
Um grande número de proteínas, sobretudo intracelulares,
têm estrutura quaternária.
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Caso clínico:
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• Um rapaz de 17 anos dá entrada nas urgências de um hospital com dores fortes
abdominais, lombares e nas pernas.
• Aos três anos foi-lhe diagnosticada anemia falciforme e, desde então, deu entrada várias vezes no
hospital com crises agudas vasooclosivas semelhantes.
• Exames:
• Nível de hemoglobina = 7.8 g% (12-16)
• Hematócrito (% de glóbulos vermelhos) = 23.4 % (41-53)
• Nível de bilirubina (pigmento derivado da degradação da hemoglobina) = 2.3 (0.2-1.0)
• Um raio-X ao abdómen mostrou a existência de pedras na vesícula biliar
• Na anemia falciforme ocorre uma mutação pontual, a qual provoca a
substituição do sexto aminoácido da cadeia β da hemoglobina (glutamato) por
valina.
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Anemia hemolítica
A doença de uma molécula
Scanning electron microscope of human erythrocytes. (a) Normal
human erythrocytes revealing their biconcave disk like shape.
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Anemia Falsiforme
Scanning electron microscope of human erythrocytes. (b) Sickled
erythrocytes from an individual with sickle-cell anemia.
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Caso clínico:
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Quais as implicações desta mutação nas propriedade da hemoglobina??
- Impede o fluxo dos eritrócitos
- Eritrócitos mais frágeis e portanto
menor tempo de vida
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The X-ray structure of oxyHb as
viewed down its exact 2-fold
axes.
R state
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The X-ray structure of
deoxyHb as viewed down its
exact 2-fold axes.
T state
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The major structural differences between the quaternary conformations
of (a) deoxyHb and (b) oxyHb.
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Stereo drawings of the heme complex in oxyMb.
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The α1C–β2FG interface of Hb in (a) the T state and (b) the R state.
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Caso clínico:
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•  Quais as implicações desta mutação nas propriedade da hemoglobina?
•  A substituição de um Glu por Val
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Caso clínico:
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•  Quais as implicações desta mutação nas propriedade da hemoglobina?
•  A substituição de um Glu por Val
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Caso clínico:
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•  Quais as implicações desta mutação nas propriedade da hemoglobina?
•  A substituição de um Glu por Val
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Page 343
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Structure of the deoxyHbS fiber. (c) The mutant Val 6β2 fits neatly into
a hydrophobic pocket formed mainly by Phe 85 and Leu 88 of an
adjacent β1 subunit.
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Double nucleation mechanism for deoxyHbS gelation.
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220-Å in diameter fibers of deoxyHbS.
(b) A model, viewed in cross section, of the HbS fiber.
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Hb Hammersmith
Phe por Ser – altera a hidrofobicidade do domínio do grupo
heme, permitindo a entrada de água.
Hb Bristol
Asp por Val – impede a ligação do O2; torna o domínio
mais polar e permite a entrada de água
Hb Bibba
Pro por Leu
Hb Savannha
Val por Gly
......
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Page 184
A anemia hemolítica confere protecção contra a malária.
Como?
São mais facilmente destruídos?
A map indicating the regions of the world where malaria
caused by P. falciparum was prevalent before 1930.
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