Proteínas
Proteínas
• Grande variedade de tamanhos e funções
• Instrumentos moleculares: informação
biológica, especialmente expressão gênica
Diversidade de funções
ANTICORPOS - DEFESA
ESTRUTURAL
MOVIMENTO
ACTINA
RESERVA
ENZIMAS
MIOSINA
Proteína (polímero)
(monômero)
aminoácido
AAs (letras do alfabeto) → proteínas (palavras)
Células: produção de proteínas com ≠s combinações e sequências!
AAs: unidades monoméricas
• Polímeros menores: peptídeos
– Dipeptídeos, tripeptídeos... Polipeptídeos
• Proteínas: centenas ou milhares de AAs
COO
+
H3N — C — H
α
R
Estrutura geral (exceção: prolina)
Grupo carboxila
Grupo amina
H
Grupo lateral R (identidade)
Cα (assimétrico,
exceção da glicina)
Nomenclatura dos AAs
• Sistema D, L (baseado na configuração
absoluta do gliceraldeído)
L-gliceraldeído
D-gliceraldeído
L-alanina
Resíduos de AAs em proteínas são estereoisômeros L
D-alanina
Tipos de AAs
• 300 tipos de AAs
– 20 AAs são utilizados no organismo humano (AAs
primários ou padrão)
– 1806: descoberta do 1º AA → asparagina
– 1938: último → treonina
• Nome referente aos compostos nos quais foram
inicialmente isolados como: aspargos, queijo (tyros),
glúten... ou associação glykos
Classificação dos AAs
• Quanto à ocorrência
– Protéicos, primários,
padrão
– Derivados dos protéicos
(raros)
– Não-protéicos
• Quanto à carga elétrica
– Neutros: 1 COOH e 1 NH2
– Ácidos: 2 COOH e 1 NH2
– Básicos: 1 COOH e 2 NH2
• Quanto às propriedades
de R
– Apolares: alifáticos e
aromáticos
– Polares: neutros, carga +
(ácidos) e carga – (básicos)
• Quanto à síntese
– Essenciais: devem ser
adquiridos através da dieta
– Não-essenciais: produzidos
pelo organismo
Proteína vegetal x Proteína animal
• 20 AAs padrão
– AAs essenciais: não
sintetizados por céls.
animais
– AAs não-essenciais:
sintetizados
Nome
Símbolo
Abreviação
Nomenclatura
Glicina ou Glicocola
Gly, Gli
G
Ácido 2-aminoacético ou Ácido 2-amino-etanóico
Alanina
Ala
A
Ácido 2-aminopropiônico ou Ácido 2-amino-propanóico
Leucina
Leu
L
Ácido 2-aminoisocapróico ou Ácido 2-amino-4-metil-pentanóico
Valina
Val
Va
Ácido 2-aminovalérico ou Ácido 2-amino-3-metil-butanóico
Isoleucina
Ile
I
Ácido 2-amino-3-metil-n-valérico ou ácido 2-amino-3-metil-pentanóico
Prolina
Pro
P
Ácido pirrolidino-2-carboxílíco
Fenilalanina
Phe ou
Fen
F
Ácido 2-amino-3-fenil-propiônico ou Ácido 2-amino-3-fenil-propanóico
Serina
Ser
S
Ácido 2-amino-3-hidroxi-propiônico ou Ácido 2-amino-3-hidroxi-propanóico
Treonina
Thr, The
T
Ácido 2-amino-3-hidroxi-n-butírico
Cisteina
Cys, Cis
C
Ácido 2-bis-(2-amino-propiônico)-3-dissulfeto ou Ácido 3-tiol-2-aminopropanóico
Tirosina
Tyr, Tir
Y
Ácido 2-amino-3-(p-hidroxifenil)propiônico ou paraidroxifenilalanina
Asparagina
Asn
N
Ácido 2-aminossuccionâmico
Glutamina
Gln
Q
Ácido 2-aminoglutarâmico
Aspartato ou Ácido aspártico
Asp
D
Ácido 2-aminossuccínico ou Ácido 2-amino-butanodióico
Glutamato ou Ácido
glutâmico
Glu
E
Ácido 2-aminoglutárico
Arginina
Arg
R
Ácido 2-amino-4-guanidina-n-valérico
Lisina
Lys, Lis
K
Ácido 2,6-diaminocapróico ou Ácido 2, 6-diaminoexanóico
Histidina
His
H
Ácido 2-amino-3-imidazolpropiônico
Triptofano
Trp, Tri
W
Ácido 2-amino-3-indolpropiônico
Metionina
Met
M
Ácido 2-amino-3-metiltio-n-butírico
AAs não-protéicos (exemplos)
Classificação em função da
polaridade do grupo R
• Apolar, alifático (hidrofóbico): Ala, Val, Leu, Ile, Gly,
Met
• Aromático, relativamente apolar (hidrofóbico): Tyr,
Phe, Trp
• Polar, não-carregado: Ser, Thr, Cys, Pro, Asn, Gln
• Carregados + (básicos): Lys, Arg, His
• Carregados – (ácidos): Asp, Glu
AAs em meio aquoso
• AA dissolvido em
H2O: comportamento
como ácido ou base
• Zwitterion: composto
eletricamente
neutro, mas que
possui cargas opostas
em átomos nãoadjacentes
Não-ionizado
Forma zwitteriônica
(íon dipolar)
Carga elétrica do AA varia em
função do pH do meio
AA: composto anfotérico
(meio aquoso)
Íon dipolar
Palavra em alemão: zwitter (híbrido)
Peptídeos e proteínas
• Polímeros de AAs
• Variedades de
tamanhos, PMs
• Reação de
condensação:
ligação peptídica
• Resíduo de AA:
unidade de AA em
um peptídeo
Resíduo amino-terminal
Resíduo carboxila-terminal
Nomenclatura: sequência de AAs do resíduo amino-terminal ao carboxila-terminal
Comportamento ácido-base do peptídeo: previsão baseada nos grupos livre α–
amina e α–carboxila, e na natureza e no de grupos R ionizáveis
Grande variedade de tamanhos
• Peptídeos pequenos:
aspartame (2 res.AAs),
oxitocina (9),
bradicinina (9),
antibióticos, venenos...
• Polipeptídeos
pequenos: insulina (2
cadeias: 30 e 21),
glucagon (29)
• Centenas de resíduos:
citocromo C humano,
quimotripsinogênio
bovino
• Milhares: titina (27.000)
• Maioria dos
polipeptídeos de
ocorrência natural:
~2.000
Proteínas
• Única cadeia polimérica
• 2 ou mais cadeias → proteínas com multisubunidades
– Oligoméricas: quando pelo menos 2 cadeias são
idênticas
– Unidades idênticas: protômeros
Classificação
• Proteínas simples: contém apenas resíduos de AAs
(ex: ribonuclease e quimotripsinogênio)
• Proteínas conjugadas: associação permanente de
outros grupos químicos aos resíduos de AAs
– Porção não-AA: grupo prostético (natureza
química → classificação, geralmente relevante
para a atividade biológica)
– Lipoproteínas, glicoproteínas, metaloproteínas...
Hemoglobina
•Metaloproteína: possui Fe (grupo heme)
•Presente nos eritrócitos
•Possibilita o transporte de O2 no sistema
circulatório
Tetrâmero: 2 subunidades α
2 subunidades β
(dímero de α β protômeros)
Cálculo aproximado do
o
n
resíduos
• PM médio dos AAs: 138
• Maior ocorrência dos AAs de menor PM (PM ~
128)
• Reação de condensação: perda de 1 H2O
PMproteína/110
(válido somente para proteínas sem nenhum outro grupo
químico constituinte)
Níveis da estrutura protéica
primária
secundária
terciária
quartenária
Estrutura primária
Sequência de AAs: ligações covalentes
(peptídica e de dissulfeto) entre os resíduos
de uma cadeia polipeptídica
Função da proteína: dependência da sequência.
Regiões cruciais para atividade biológica
Sequência de AAs
• Proteínas homólogas: proteínas relacionadas de forma
evolutiva (mesma função em diferentes espécies)
• Resíduos invariantes vs. Resíduos variáveis
• Substituição conservativa
• Estimativa das características (atividade, localização celular...)
de uma proteína “desconhecida” em função das similaridades
com outras de sequência conhecida
• Proteínas de mesma família: idênticas em pelo menos 25% e
compartilham algumas ou várias características estruturais e
funcionais
Estrutura secundária
• Estrutura primária define o grau de
enovelamento
• Conformação local de uma parte do
polipeptídeo
– Padrão de enovelamento regular do esqueleto
Estrutura secundária
α-hélice
•
•
“escada em espiral”
Esqueleto polipeptídico
estreitamente enrolado ao longo do
maior eixo com os grupos R
projetados para fora
Folha β
•
•
Regiões vizinhas da cadeia associamse por interações de H
Folha pregueada ou configuração β:
entre cadeias distintas paralelas ou
entre regiões distantes da mesma
cadeia
Estrutura terciária
• Arranjo tridimensional
• Resíduos de AAs distantes e pertencentes a
regiões de estruturas secundárias distintas
podem interagir
• Tipos diferentes de interações fracas ou até
ligações covalentes tipo dissulfeto
Estrutura quartenária
• Proteínas com 2 ou mais cadeias
polipeptídicas separadas (subunidades)
• Arranjo das subunidades
Classificação em função da
organização 3D
• Proteínas fibrosas:
cadeias em arranjos de
folha ou cordões
– função estrutural
– + comum: único tipo de
estrutura secundária
• Proteínas globulares:
forma esférica ou
globular
– Função enzimática,
regulatória
– Vários tipos de
estruturas secundárias
Fontes de proteína
• Animal: carnes, ovos
e laticínios
• Vegetal: feijões,
lentilhas, soja e
amendoim