Proteínas - I
(Estrutura)
Bioquímica – Prof. Dr. Marcelo Soares
Proteínas
São polímeros compostos por combinações entre os 20
aminoácidos-padrão
Apresentam tamanho que vai desde 50 até 4000
aminoácidos, variando também nas proporções entre os
aminoácidos
Uma única célula pode apresentar mais de 10.000
diferentes proteínas. Essa diversidade é essencial para o
funcionamento das células.
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Funções das Proteínas
Enzimas:
- Catalizam reações químicas (ação metabólica)
Proteínas Estruturais (Proteínas Fibrosas):
- Tecidos Conectivos em animais (Ex: Colágeno)
- Estruturas de Artrópodos (Ex: Casulos, Teias, etc)
- Cabelos, pelos, unhas, chifres, etc (Ex: Queratina)
- Coagulação Sanguínea (Ex: Fibrinas)
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Funções das Proteínas
Proteínas Especializadas em Armazenamento:
- Caseína do Leite, Ferritina, Calmodulina, Albumina, etc
Proteínas de Transporte:
- Proteínas da Membrana Plasmática (Ex: Importinas e Exportinas)
- Carreadoras de Oxigênio (Ex: Hemoglobinas)
- Carreadoras de Minerais como Ferro e Zinco
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Funções das Proteínas
Proteínas Especializadas Transferência de Energia:
- Citocromo (Cadeia Transp. de Elétrons – Mitocôndria)
Função Regulatória:
- Hormônios
- Reguladoras de Genes (TFs – Fatores de Transcrição)
- Regulação Osmótica
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Funções das Proteínas
Proteínas Contráteis e Motoras:
- Músculo (Ex: Actina e Miosina)
- Cílios e Flagelos
- Citoesqueleto (Microtúbulos, Microfilamentos, etc)
Receptores:
- Membrana Plasmática
- Transdução de Sinais (Ex: Hormônio – AMPc)
- Regulação Osmótica
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Funções das Proteínas
Proteínas de Reconhecimento:
- Glicoproteínas da Membrana Plasmática
Proteínas de Defesa:
- Anticorpos (IgE, IgM, IgA, etc)
- Toxinas Protéicas (Ex: Fungos)
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Estrutura das Proteínas
A estrutura de uma proteína é essencial e está diretamente
ligada a função desempenhada por ela
Cada proteína tem uma forma ou conformação única, a
qual depende do número, do tipo e da seqüência dos
aminoácidos que a compõem
A determinação da seqüência de aminoácidos de uma
proteína é de extrema importância para estudos genéticos,
de doenças genéticas, de mutações e da regulação gênica
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Estrutura das Proteínas
Uma proteína é formada a partir da união de aminoácidos
formando então um polipeptídeo
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Forma e Estrutura das Proteínas
• A cadeia polipeptídica forma a Estrutura Primária de uma
proteína
Uma proteína funcional necessita passar por um
processamento posterior à formação da cadeia polipeptídica
• Uma proteína adquire Estruturas Secundárias e Terciárias
através de Dobraduras e Enrolamentos. Somente após
adquirir estas conformações, as proteínas tornam-se
funcionais
• Algumas proteínas adquirem ainda uma Estrutura
Quaternária (compostas por mais de um polipeptídeo)
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Forma e Estrutura das Proteínas
O número, o tipo, a proporção e a seqüência de aminoácidos
na cadeia polipeptídica vão determinar a forma e a estrutura
das proteínas e, conseqüentemente, sua função
Uma única substituição de aminoácidos na cadeia
polipeptídica pode alterar drasticamente a forma final da
proteína. Ex.:
- Hemoglobina: o grupo R deve ser necessariamente polar para
segurar o Grupo Heme, o qual tem a função de se ligar às
moléculas de Oxigênio
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Forma e Estrutura das Proteínas
Virtualmente todas as proteínas apresentam seus aminoácidos
não-polares orientados para o interior de sua estrutura
Os aminoácidos polares e/ou carregados estão voltados para
a face da proteína que entra em contato com o meio aquoso
A função de muitas proteínas depende de regiões específicas
as quais reagem e se ligam à outras moléculas
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Forma e Estrutura das Proteínas
Exemplos:
- Anticorpos: fundamentais para o Sistema Imune, essas moléculas se
ligam através de regiões específicas aos antígenos para desativá-los
- Enzimas: se ligam aos substratos através de regiões específicas da
molécula polipeptídica (Sítios Ativos)
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Estrutura Secundária
• A Estrutura Primária de uma proteína é resultado da
seqüência de aminoácidos que formam o polipeptídeo
Antes de uma proteína adquirir funcionalidade, ela precisa
sofrer algumas modificações estruturais
• A Estrutura Secundária de uma proteína é resultado da
interação entre os aminoácidos da seqüência
• Os átomos de Hidrogênio dos grupos amino são atraídos
pelo Oxigênio das Ligações Peptídicas, formando Ligações de
Hidrogênio
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Estrutura Secundária
As ligações de Hidrogênio entre os aminoácidos vão promover
um enrolamento na molécula polipeptídica
• Este enrolamento estabiliza-se e origina a Estrutura
Secundária ou a α-hélice
O “enrolamento” da molécula ocorre a cada 4 aminoácidos,
entretanto aminoácidos muito grandes podem impedir a
formação de ligações de Hidrogênio
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Estrutura Secundária
α-Hélice
Ligações de Hidrogênio
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Estrutura Secundária
Algumas regiões de moléculas polipeptídicas permanecem
extendidas
Esta conformação também é devida à formação de Ligações
de Hidrogênio, mas entre cadeias adjacentes, formando uma
estrutura denominada de Folha-β
Proteínas Fibrosas têm a maior parte de sua estrutura
baseada na configuração em Folhas-β
• Folhas-β podem se formar tanto entre regiões de um
polipeptídeo quanto entre 2 ou + polipeptídeos
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Estrutura Secundária
Folha-β
Ligações de Hidrogênio
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Estrutura Secundária
α-Hélice
Folha-β
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Estrutura Secundária
A estrutura secundária das proteínas pode ainda apresentar
alguns padrões de repetição, envolvendo tanto a estrutura
de α-hélice quanto de Folhas-β
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Estrutura Secundária
A estrutura secundária das proteínas pode ainda apresentar
alguns padrões de repetição, envolvendo tanto a estrutura
de α-hélice quanto de Folhas-β
Esses padrões estão geralmente relacionados com a ligação
à outras moléculas para a regulação da atividade destas
moléculas. Ex. Regulação da Transcrição do DNA
DNA
Proteína
Reguladora
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Estrutura Terciária
A Estrutura Secundária é decorrente da interação entre os
grupos amino e carboxílico de diferentes aminoácidos dentro
das cadeias polipeptídicas
A Estrutura Terciária é decorrente da interação entre as
cadeias laterais (grupos R) dos aminoácidos das cadeias
polipeptídicas
Esta interação da origem a modificações estruturais
adicionais, como novos enrolamentos e dobraduras
A conformação final de muitas proteínas é uma forma
Globular, resultante destas modificações adicionais
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Estrutura Terciária – Regiões Hidrofóbicas
Regiões Hidrofóbicas são tipicamente formadas a partir da
interação entre aminoácidos com cadeias laterais apolares
Esta conformação “força” estes aminoácidos a se
posicionarem em regiões situadas no interior das proteínas
Este posicionamento é extremamente preciso pois é
necessário para evitar o contato destas cadeias laterais com
o meio aquoso
• Estes aminoácidos são estabilizados nesta conformação por
Forças de Dispersão ou Interações de Wan Der Walls
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Estrutura Terciária – Regiões Hidrofóbicas
Qualquer alteração nestes aminoácidos não-polares vai
afetar o posicionamento preciso e pode causar a ruptura da
conformação final da proteína
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Estrutura Terciária – Ligações Disulfídricas
São ligações covalentes fortes
São originadas entre Resíduos de Cisteína localizadas
próximas na cadeia polipeptídica
Também são importantes para manter a estrutura terciária
das proteínas
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Estrutura Terciária – Ligações Iônicas
Podem ocorrer entre cadeias laterais carregadas no interior
da molécula de proteína, formando “Pontes Salinas”
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Interações Terciárias
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Domínios nas Proteínas (Regiões Específicas)
As instruções para formar as estruturas das proteínas estão
codificadas na molécula de DNA
• Dentro de um gene, a região que contém as instruções para
a síntese de uma determinada proteína é denominada de
Éxon
Será que
precisamos de
“Revisãozinha
”?
Amiga”?
SIM
NÃO
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“Revisãozinha Amiga” : Éxons e Íntrons
Cromatina e Expressão da Informação Gênica
Em termos moleculares um gene pode ser definido como
uma seqüência de nucleotídeos (do DNA) que é expressa
em um produto funcional;
O “Produto Funcional” da informação contida no gene tanto
pode ser um RNA como uma cadeia polipeptídica (proteína);
Entretanto o genoma eucarionte apresenta uma grande
quantidade de seqüências de DNA que não são convertidas
em Produtos Funcionais – Seqüências Não-Codificadoras;
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“Revisãozinha Amiga” : Éxons e Íntrons
Seqüências não-codificadoras podem estar localizadas entre
um gene e outro, separando-os ou dentro dos próprios genes;
- Os genes então apresentam regiões codificadoras (originam
produto funcional) denominadas de Éxons, e regiões nãocodificadoras (sem produtos funcionais) denominadas
Íntrons;
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“Revisãozinha Amiga” : Éxons e Íntrons
Seqüência do Gene
ATTCGCGGATCTTGAATGGCGCGCGTATAACCGCCTGAATCGCCGATTAGCCGGGAAT
Seqüência do Gene com íntrons e éxons
ATTCGCGGATCTTGAATGGCGCGCGTATAACCGCCTGAATCGCCGATTAGCCGGGAAT
Gene Possui 4 íntrons (I a IV) e 3 éxons (1 a 3)
I
1
II
III
2
IV
3
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“Revisãozinha Amiga” : Éxons e Íntrons
- Todo gene é Transcrito em uma longa molécula de RNA, a
qual após sua síntese, é reduzida em tamanho, tornando-se
funcional somente após esse processamento;
• O processamento das moléculas de RNA ocorre no núcleo
pelo processo denominado de Splicing;
• O Splicing consiste na remoção e digestão das regiões nãocodificadoras (íntrons) e posterior união das regiões
codificadoras (éxons);
Apenas os éxons são mantidos no RNA maduro;
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“Revisãozinha Amiga” : Éxons e Íntrons
- O Splicing é um processo muito complexo e preciso. Os
processos de retirada e de junção de seqüências precisam ser
extremamente exatos;
Nos organismos eucariontes a grande maioria dos genes
apresentam íntrons, com apenas poucas exceções.
Ex.:
genes que codificam as histonas
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Representação Gráfica do processo de Splicing sofrido pelo
mRNA do Gene da β - Globina
Remoção dos
Íntrons
RNA “Maduro”
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Representação Gráfica evidenciando a participação das snRNPs
durante o processo de Splicing (simplificado)
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Representação Gráfica evidenciando a participação das
snRNPs durante o processo de Splicing (detalhado)
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Representação Gráfica resumindo o processo de Splicing a
partir de uma molécula de DNA
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Representação gráfica evidenciando o processo de Splicing
Alternativo a partir de um mesmo Gene
Produtos ≠s a partir de um
único gene
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Domínios nas Proteínas (Regiões Específicas)
As instruções para formar as estruturas das proteínas estão
codificadas na molécula de DNA
• Dentro de um gene, a região que contém as instruções para
a síntese de uma determinada proteína é denominada de
Éxon
• Cada seção da proteína codificada em um Éxon se estrutura
independentemente em uma região da proteína denominada
de Domínio
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Domínios nas Proteínas (Regiões Específicas)
Uma mesma proteína pode então ser constituída ou
apresentar diversos Domínios
Cada Domínio pode executar diferentes funções específicas,
aumentando assim a funcionalidade da proteína como um
todo. Ex:
- Uma enzima pode se ligar a seu co-fator através de um
determinado Domínio enquanto uma outra região desta
enzima (um segundo Domínio) atua como local de ligação
enzima-substrato
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Domínios nas Proteínas
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Estrutura Quaternária
Duas ou mais cadeias polipeptídicas diferentes podem se
agregar resultando na formação de uma molécula complexa
• A estrutura formada pela interação de duas ou mais cadeias
polipeptídicas é denominada de Estrutura Quaternária
• Proteínas com estruturas quaternárias freqüentemente se
apresentam complexadas também com outros tipos de
moléculas, geralmente um mineral. Ex Hemoglobina
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Estrutura Quaternária
Estrutura da Hemoglobina
Grupo Heme
(Contém Ferro)
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Estrutura Quaternária
O Colágeno, proteína encontrada em Tecidos Conjuntivos,
apresenta um tripla hélice
Esta estrutura é formada pela interação de 3 cadeias
polipeptídicas que se “enrolam” entre si
Esta estrutura proporciona uma grande resistência,
característica das proteínas da família dos colágenos e das
fibras formadas por estas proteínas
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Estrutura Quaternária
Estrutura do Colágeno
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Exemplos de Proteínas Quaternárias
Hemoglobina
Colágeno
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Níveis Estruturais das Proteínas
Estrutura
Primária
Estrutura
Terciária
Estrutura
Secundária
Estrutura
Quaternária
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Alteração na Forma das Proteínas
A estrutura física ou conformação de uma proteína é
inicialmente determinado por ligações entre os aminoácidos
da seqüência dos polipeptídeos
Qualquer mudança nesta seqüência pode alterar a forma e,
em conseqüência, a função de uma proteína
Um exemplo deste tipo de alteração é a perda de
funcionalidade da molécula de Hemoglobina em decorrência
de uma mutação em sua seqüência de aminoácidos
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Alteração na Forma das Proteínas
Esta mutação altera apenas 1 aminoácido, mas esta mudança
altera totalmente a forma das hemácias que contém esta
hemoglobina
Ocorre a troca da Glutamina por Valina na posição seis das
cadeias β que compõem esta proteína
Devido a esta troca, as hemácias apresentam forma de foice,
o que dificulta a passagem destas células pelos vasos
podendo ocorrer o interrompimento do fluxo sanguíneo
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Alteração na Forma das Proteínas
Hemácias Normais
Hemácias em Forma
de Foice
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Estabilidade das Proteínas
• A maioria das ligações que mantém as estruturas terciárias
das proteínas são fracas Ligações de Hidrogênio
• Estas Ligações de Hidrogênio são formada a partir da
polaridade dos aminoácidos e de seus Grupos R
Estas ligações dependem de condições físicas e químicas do
ambiente onde se encontra a proteína
Se este ambiente sofrer qualquer modificação em suas
condições, estas ligações podem ser desfeitas
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Estabilidade das Proteínas
Quando as ligações de Hidrogênio são desfeitas, a
estrutura da proteína é alterada e esta perde sua função
• Este processo é denominado de Desnaturação ou
Denaturação
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Estabilidade das Proteínas
Condições que podem causar Denaturação Protéica:
- Temperatura: ≤ a 0 oC ou ≥ 100 oC **
- Metais Pesados como Mercúrio e Prata
- Valores extremos de pH
- Altas concentrações de substâncias polares. Ex:
Uréia, Sais, Álcool, etc
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Estabilidade das Proteínas
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Estabilidade das Proteínas
Principalmente as Enzimas podem sofrer Denaturação, mas
todos as outras proteínas celulares também podem ser
afetadas
Na maioria dos casos a denaturação e a perda de função é
permanente
• Entretanto, em alguns casos, pode ocorrer a Renaturação
se o agente denaturante for removido
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Estabilidade das Proteínas
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