Introdução a Bioquímica:
Biomoléculas
Níveis estruturais das proteínas
Aula 6
Estruturas 3D, domínios
motivos
Ignez Caracelli
Julio Zukerman Schpector
BioMat – DF – UNESP/Bauru
LaCrEMM – DQ – UFSCar
1º
2º
3º
4º
A cadeia polipeptídica se enovela (fold) para gerar uma
estrutura 3-D única.
Bauru, 24 de setembro de 2007
1. A estrutura 3-D de uma proteína é determinada por sua
seqüência de aminoácidos.
2. A função de uma proteína depende de sua estrutura.
3. Cada proteína tem uma estrutura única.
As proteínas tem uma conformação
específica,
fica o arranjo espacial dos átomos.
As proteínas na sua conformação
funcional e enovelada estão em seu estado
nativo.
nativo
quimotripsina
Ângulo diédrico φ
φ
plano da
amida
Ângulo diédrico ψ
• é o ângulo de torção em
torno de N−
− Cα :
C’
Cα
carbono α
cadeia
N
lateral
• é a projeção de
C’(i-1) –N sobre Cα–C’
[C’(i-1) –N–Cα–C’]
N(i+1)
ψ é o ângulo de torção em
torno de Cα–C’:
plano da
amida
C’
é a projeção de N−
− Cα
sobre C’– N(i+1)
[N−
− Cα−
−C’– N(i+1)]
ψ
Cα
carbono α
cadeia
N
lateral
C’(i-1)
plano da
amida
plano da
amida
Hélice α
átomos Cα
C-terminal
N-terminal
3,6 aminoácidos por volta
passo = 5.4 Å
1 Å = 10-10 m
grupos-R → para fora
Rotações podem ocorrer em torno do Cα
ligações de H entre
(1) C=O===H-N (4)
COO-
Hélice α
Hélice α
α-hélices
na proteínas são
hélices de mão
direita
NH3+
Hélice α - dipolo elétrico
Hélice α - estabilidade
Devido a
1. repulsão ou atração eletrostática dos aminoácidos adjacentes.
dipolo total
2. interação entre os aminoácidos n3 ou n4.
3. ocorrência de resíduos de Pro ou Gly.
dipolo em cada interação
Hélice α
Hélice α - backbone (esqueleto)
N nitrogênio
C carbono α
C carbono carboxila
___
Hélice 310, α, π
Hélice 310
3,0 resí
resíduos/ volta
passo = 6,0 Å
mais fina e alongada que α.
Hélice α
3,6 resíduos/volta
passo = 5,4 Å.
ligação de hidrogênio
Hélice 310, α, π
Hélice π
4,4 resíduos/volta
passos = 5,2 Å
mais larga e menor que a α.
3,0 resí
resíduos/ volta
passo = 6,0 Å
mais fina e alongada que α.
3,6 resíduos/volta
passo = 5,4 Å.
4,4 resíduos/volta
passos = 5,2 Å
mais larga e menor que a α.
Hélice 310, α, π
3,0 resí
resíduos/ volta
passo = 6,0 Å
mais fina e alongada que α.
3,6 resíduos/volta
passo = 5,4 Å.
4,4 resíduos/volta
passos = 5,2 Å
mais larga e menor que a α.
Estruturas Beta Anti-paralelas
vista de cima
vista lateral
Hélice 310, α, π
3,0 resí
resíduos/ volta
passo = 6,0 Å
mais fina e alongada que α.
3,6 resíduos/volta
passo = 5,4 Å.
4,4 resíduos/volta
passos = 5,2 Å
mais larga e menor que a α.
Estruturas Beta Paralelas
vista de cima
vista lateral
Estruturas “turns”
Gráfico de Ramachandran
Gráfico de Ramachandran
http://www.ebi.ac.uk/thornton-srv/databases/pdbsum/
150l
Pyruvate Kinase
1f0w
1bkv
Proteinas globulares e fibrosas
1bkv
1f0w
Colágeno
Proteinas fibrosas
1bkv
Estrutura supersecundária - motivos
Há padrões comuns no enovelamento das proteínas chamados
de motivos.
Os motivos são encontrados em várias proteínas de função
diversa.
tripla hélice de
mão-esquerda
Uma proteína pode conter vários motivos estruturais
diferentes.
A estrutura de cada proteína é
totalmente diferente ou há motivos
comuns?
Estrutura supersecundária - motivos
Há padrões comuns de
enovelamento da cadeia
polipeptídica na maioria das
proteínas.
Exemplos: α-hélice
folhas-β
Estrutura supersecundária - motivos
Pyruvate Kinase
Piruvato Cinase
Christine Orengo
(Structures, 1997, 5, 1093-1108)
Estrutura terciária das proteínas
Domínios estruturais
As proteínas se enovelam em estruturas globulares
e excluem H2O de seu interior.
Em geral:
Aminoácidos não-polares → no interior
Val, Leu, Ile, Met, Phe
Aminoácidos carregados → na superfície
Arg, Lys, His, Asp, Glu
Aminoácidos polares não-carregados → na
superfície ou interior
Ser, Thr, Asn, Gln, Tyr, Trp
Estrutura Quaternária de Proteínas
domínio
pequeno
NADPH
domínio
grande
Estrutura Quaternária de Proteínas
Razoes para múltiplas subunidades:
Algumas proteínas formam agregados
de 2 ou mais subunidades.
subunidades
1. cooperatividade
exemplo: Hb liga O2 cooperativamente.
2. função catalítica
exemplo: HMG-CoA reductase dímero
3. síntese
exemplo: groEL chaperonina tem 14 subunidades
(a proteína é muito grande para ser sintetizada sozinha.
Colágeno
35% Gly
21% Pro + Hidroxiprolina
HMG-CoA redutase
unidade de repetição:
Gly – X – Pro (HyPro)
monômero
hélice de mão esquerda
(não α-hélice)
com 3 aa/volta
dímero
Diagramas - Motivos
Diagramas - Motivos
helice
Motivos
Hairpin
Motivo
Helix-Loop-Helix (H-L-H)
Motivo EF-Hand H-L-H
B/T- Figure 2.13
Motivo Chave-grega
Ligantes
Sítio de Ligação
Hemoglobina: transporte de O2 no sangue
α2β2
Proteínas ligam-se a outras moléculas chamadas ligantes.
A interação de uma proteína com um ligante é especifica e
reversível.
α1
α2
O local de ligação do ligante na proteína é chamado de sítio de
ligação.
A ligação de um ligante resulta em mudança conformacional na
proteína
β1
β2
Grupo Heme
grupo prostético com:
•anel da porfirina
•átomo de Fe
no estado ferroso (Fe2+)
Mioglobina liga O2 nas células musculares.
O grupo heme se localiza em um bolso.
Heme
O Fe2+ é coordenado
por 4 nitrogênios pirrolícos
Fe2+
X
Fe3+
A 5a. posição de coordenação do Fe2+ é ocupada por uma
histidina chamada de proximal.
A 6a. posição de coordenação é o sítio de ligação do O2.
(proximal histidine)
Mioglobina
Hemoglobina
As subunidades da hemoglobina são
estruturalmente similares à mioglobina
grupo
heme
Especificidade do ligante no Heme
Monóxido de carbono (CO) liga-se 20.000 vezes melhor que O2
Mioglobina liga CO 200 vezes melhor que O2
Interferência estérica da Mioglobina com a ligação do CO ao heme
A histidina distal interage com o ligante (CO ou O2).
mioglobina
subunidade β da
hemoglobina
Distal His
Proximal His
Eritrócitos humanos (células vermelhas do sangue)
Pulmões pH = 7,6
Tecido pH = 7,2
Hemoglobina libera
CO2 nos pulmões e liga O2.
O2
O2
CO2
H+
Hemoglobina libera O2 e liga CO2, H+ nas extremidades
ERITRÓCITOS
Anemia Falciforme
normais
Glu 6
anemia falciforme
Glu 6
Val 6
Val 6
anemia
falciforme
Hemoglobina: Cooperatividade
A hemoglobina é uma proteína alostérica.
A ligação de um ligantes
afeta a ligação dos ligantes nos outros
sítios da proteína.
Hb e cooperatividade
α1
β1
O sistema imunológico
α1
O2
β2
α2
β2
O2
O2
β1
α2
O2
O2
• responde a bactérias, vírus e proteínas nos fluidos corporais.
• utiliza anticorpos (imunoglobulinas, Ig), proteinas que se
ligam a moléculas estranhas e consideram alvo para
destruição.
• as moléculas estranhas reconhecidas pelos anticorpos são
antigenos.
•o anticorpo reconhece uma certa região do chamada de
epítopo. P. ex: uma seqüência pequena de aa.
•os anticorpos são produzidos pelos linfócitos B.
Sistema Imunológico Celular
Proteínas MHC
(Major Histocompatibility Complex)
•destrói células infectadas.
são centrais na produção da resposta imunológica).
•utiliza macrófagos, células que engolem partículas grandes
•e células infectadas.
ligam-se a proteínas digeridas na célula.
•linfócitos T reconhecem células infectadas através dos
receptores da célula T sobre a superficie.
proteínas MHC I estão sobre a superfície
das células .
proteínas MHC II estão sobre a superfície dos
macrófagos e células B
Proteínas MHC
Estrutura da proteína MHC I
ligada a um antígeno.
O antígeno é um peptídeo
derivado do HIV.
Anticorpos
proteína
MHC I
O sistema imunologico utiliza anticorpos, ou
imunoglobulinas, (Ig).
Anticorpos são proteínas que se ligam a moléculas estranhas
para destruí-las.
Há vários tipos de imunoglobulinas presentes no sangue:
peptídeo
HIV
IgA, IgD, IgE, IgG, IgM.
Estrutura do IgG
150.000 D
Classes de Ig
IgA, IgD, IgE
IgG, IgM
(≠ na cadeia pesada)
Estrutura do
IgG
Movimento Molecular
Há movimento na natureza.
O movimento é mediado por proteínas.
A energia para o movimento normalmente está na
forma de ATP
Miosina
Filamento fino.
Miosina
6 subunidades, PM = 540.000 D
Contração do músculo ocorre quando filamentos finos
e grossos deslizam uns sobre os outros.
relaxado
contraído
O sistema imunológico
hidrólise do ATP
ATP
O sistema imune é nossa defesa contra invasores.
O sistema deve ser capaz de reconhecer o que é
próprio ou estranho.
A resposta a uma invasão viral ou bacteriana esta baseada
na interação proteína-ligante.
Leucocitos – células brancas do sangue
– células do sistema imune
– macrófagos e linfócitos
ADP
Pi
+
Enzimas
Serino-protease: tríade catalítica
Enzimas são proteínas que alteram quimicamente os
ligantes que a ela se ligam.
Em uma enzima o ligante é chamado de substrato.
Os sítios de ligação dos substratos são
chamados sítio ativo.
Serino-protease: ataque da serina
Serino-protease: intermediário
Serino-protease: hidrólise
Serino-protease: ataque da H2O
Enzima GR
Ciclo da Reação Catalítica da GR
a
GSH
ES-SE
E-S-S-G
f
Glutationa redutase (GR)
H+
humanos e mamíferos em geral
GSH
NADPH
GSSG + NADPH + H+GR
→ 2 GSH + NADP+
b
EH2 + NADP+
enzimas homodiméricas 500 aa / monômero
flavoproteínas: grupo prostético → FAD
coenzima: NADPH
E-S-S-G • GS-
e
NADP+
c
EH2
EH2 • G-S-S-G
d
GSSG
Ignez Caracelli – Departamento de Física – Faculdade de Ciências de Bauru - UNESP