Graduação em Biotecnologia

Disciplina de ProteômicaCaroline Rizzi

Doutoranda em Biotecnologia -UFPel

A ligação peptídica ocorre entre o grupo

-carboxila de um aminoácido e o grupo

-amino de outro aminoácido.

um dipeptídeo

Aminoácido 1 Aminoácido 2

Não são reações espontâneas

A ligação peptídica é uma amida.

O

-C

NH2

Ligação peptídica

Ligação peptídica

Ressonância eletrônica: nuvem de elétrons oscilando entre o C e o N.

O

CNH

O

CNH

Híbrido de duas estruturas contribuintes:Elétrons distribuídos nos átomos da ligação

Caráter de dupla ligação

A ligação peptídica é plana e rígida!!!

Ressonância: Distância de 1,32 A°

Os quatro átomos da ligação peptídica e os dois carbonos α ficam no plano com ângulos de 120 ° entre o C e N

Ligação estável Quebra a altas temperaturas pH ácido ou baseProteasesNão há rotaçãoNão tem carga elétricaPermite duas configurações espaciais:cis e trans

Ligação cis e trans

Trans: os grupamentos dos carbonos αestão em lados

opostos da ligação peptídica

Prolina: configurações cis e trans→ choques estéricos

em ambas as formas

• Espinha dorsal - formada pela união dos aminoácidos

- presença da ligação peptídica

- formação de pontes de hidrogênio

•Grupamento N-terminal (NH3+ livre)

C- terminal (COO- livre)

•Resíduos de aminoácidos

•Radicais dos aminoácidos - ligados a espinha dorsal

- radicais são responsáveis pelas

propriedades dos peptídios

O

A ponta amídica é considerada sendo o início da cadeia peptídica

Peso molecular de 1 aa:110 Da

Possui polaridade

A perda da carga dos NH e COOH, a interação com outros grupos R do peptídeo podem afetaros valores de pK.

Flexibilidade da Cadeia Peptídica

Embora a ligação peptídica seja plana, há rotação ao redor das

ligações ao carbono α de cada resíduo de aminoácido,

permitindo o enovelamento da proteína

α

Dois ângulos de rotação:(fi) – ângulo de rotação entre o C e N

- (psi ) – ângulo de rotação entre o C e o C

Determinam o trajeto da ligação peptídica

No caso da prolina, a rotação entre o C e N não é possível.

Conformação espacial da Cadeia peptídica

Ramachandran: teoria sobre os ângulos possíveis de torção da ligação peptídica. Valores permitidos e não permitidos são revelados no gráfico

Diagrama /

Área verde: enovelamento estável das proteínasRosa: combinações proibidasAmarela: energeticamente menosfavorável, mas possível

Folha paralela

C

Colágenotripla hélice

D E

-hélice(esquerda)

-hélice(direita)

Folha antiparalela

BA

AB

C

D

E

Oligopeptídeos, peptídeos, proteínas

Oligopeptídeos: di, tri, tetra: até 30 aas

Polipeptídeos: 30 a 50 aas

Proteínas: ↑50 a 2000 aas

Classificação das proteínas

• de acordo com a conformação

- globulares

- fibrosas

• de acordo com os produtos de hidrólise

- simples

- conjugadas

Conformação

Fibrosas

• Formadas aas hidrofóbicos;

• Fibras resistentes e elásticas;

• Função estrutural e contração;

• Repetição de estruturas secundárias;

• Proteínas longas no formato de

cordas;

• Elastina, queratina.

Globulares

• Regulação, catálise, proteção..

• Altamente hidrofílicas;

• Não formam agregados;

• Grande variedade de proteínas;

• Enzimas, hormônios, transportadores,

receptores...

Produtos de Hidrólise

Simples

• Formadas apenas por aas

Conjugadas

• Possuem em sua estrutura

aminoácidos e compostos de origem

não protéica

– Glicoproteínas

– Fosfoproteínas

– Lipoproteínas

– Metaloproteínas

– Cromoproteínas

– Nucleoproteínas

Proteínas Conjugadas

Proteínas Conjugadas

Glicoproteínas• Imunoglobulinas: 4% de glicídios

• Glicoproteínas de membrana: 20% de

glicídios

• Mucinas: podem conter 60% de glicídios

• Colágeno: glicose ou galactose

Fosfoproteínas• Serina, treonina ou tirosina

• Caseína, vitelina

• Histonas

• Telomerases

Nucleoproteínas

Proteínas Conjugadas

Lipoproteínas• Metal diretamente ligado à proteína

Metaloproteínas

Proteínas Conjugadas

Cromoproteína

Estrutura quaternária:

• Associação de mais de uma

cadeia polipeptídica

x 4

Estrutura terciária:

• Enovelamento de uma cadeia

como um todo.

• Ligações entre os átomos dos

radicais R de todos os

aminoácidos da molécula

Estrutura secundária:

• Enovelamento de partes da cadeia

• Formada somente pelos átomos da

ligação peptídica

Estrutura primária: é a sequência dos

aminoácidos na cadeia polipeptídica; mantida

por ligações peptídicas

aminoácido

É o esqueleto covalente (fio do colar),

formado pela seqüência dos átomos (-N-

C-Cα-)n na proteína.

Níveis organizacionais das estruturas das proteínas

Conformação protéica

• Arranjo espacial dos átomos: conformação

• Mudanças na conformação: sem quebra de ligações

covalentes

• Conformação mais estável

• Proteínas que estão em uma conformação as quais

apresentam-se funcionais: Proteínas Nativas

Características da conformação de

uma proteína

• Função protéica: depende da sua estrutura;

• Proteínas isoladas: existem em uma ou pequeno número de formas deestruturas estáveis;

• Forças mais fortes de estabilização proteíca: interações não covalentes;• Estrutura tridimensional:

– Determinada pela seqüência de aas;– Deve exibir condições de flexibilidade e rigidez adequados a sua função;– Superfície externa apropriada para o ambiente;– Conformação estável que pode se redobrar sem perder função ou precipitar

no interior celular;– Facilmente degradada quando for danificada ou não é mais necessária.

• Padrões estruturais comuns: facilitam a compreensão da arquitetura dasproteínas.

Estrutura Secundária

Características

• Conformação local de uma porção daproteína;

• Padrão regular de enovelamento→ estáveis eamplamente distribuídas;

• Mais comuns: alfa hélices e conformaçõesbeta

Alfa hélices

Estudos da estrutura 3D deproteínas: 1930: William Astbury, raios-X para

analisar cristais de queratina(proteína da lã de carneiro)→estrutura regular repetida a cada5.2 Å.

1951: Pauling e Corey→ prováveisconformações das proteínas

Representadas como fitasretorcidas ou bastões

Presente em proteínas globulares,domínios de proteínastransmembrana e proteínasligantes de DNA.

Alfa hélices Alfa-hélice: padrão de pontes de hidrogênio;

Espiral da hélice: horário (D ou destro) ou anti-

horário (E ou sinistro);

3,6 aas por volta; 13 átomos;

4 pontes de hidrogênio por volta→ estabilidade

C=O é ligada ao hidrogênio do N-H do quarto

aminoácido adiante;

Pontes de hidrogênio: paralelos ao eixo;

Radicais: fora da hélice;

Comprimento médio: 12 resíduos (~18 Aº menos de

45 A );

5,4Å

Alfa hélices

Seqüências de resíduos com valores repetidos de

e ;

Interações entre as cadeias laterais: estabilizar ou

desestabilizar;

Cadeias carregadas com glutamato, aspartato ou

arginina: não formam alfa hélice→ repulsão das

cargas;

Tamanho e formato de Asn, Ser, Thr e Cys:

desestabilizam a hélice se estiverem próximos;

Espaçamento de grupos carregados e volumosos

de 3 a 4 resíduos;

Entrelaçamento de alfa hélices: super-hélices.

Regiões hidrofóbicas e função mecânica

Ferritina

queratina

Alfa hélices

Colágeno: glicina, prolina, hidroxiprolina

Alfa hélices

Folhas beta

grupos R alternados,

Primeiro abaixo e depois

acima do plano

Grupos NH e CO

perpendiculares ao eixo da folha

União de dois ou mais filamentos beta

unidos por pontes de hidrogênio

Presentes em proteínas ligadoras de ácidos

graxos

Folhas beta

Paralela, torção à esquerda

antiparalelaN

C

C

C

Elementos de conexão: Beta

turns

4 aminoácidos (glicina e prolina);

Estabiliza mudanças de sentido da cadeia

peptídica

Maioria das voltas: curtas e localizadas em

regiões próximas à superfície

Podem estar presentes no sítio catalítico de

enzimas

Motivos ou estruturas

supersecundárias

Arranjos estáveis de vários elementos de estrutura secundária e suas

conexões;

Padrão comum de interação;

Interação das cadeias laterais de duas ou mais estruturas

secundárias;

Um único e grande motivo: proteína inteira;

Proteínas globulares não relacionadas;

Significância tanto estrutural quanto funcional;

Motivos

Beta-alfa-beta Só beta Só alfa

Barril betaBarril alfa-beta

Motivos

dedos de zinco ziper de leucina

dobramento estrutural estável

de pequenas porções da proteínaSuper hélice de alfa hélice

Estrutura terciária: Dobramento das estruturas secundárias

Especifica as posições de cada átomo na proteína, inclusive osde cadeia lateral

A complexidade da estrutura terciária é diminuída considerandosubestruturas: Domínios

Estrutura Terciária

Forças não covalentes

Pontes de H

-Aminoácidos polares

Ligações iônicas

- Aminoácidos carregados

Interações hidrofóbicas

-Aminoácidos apolares

Forças de Van der Waals

-Qualquer aminoácido

ProteínaProteína

NH

— CH2 — OH ... O — C — CH2 — CH2 —

2

ProteínaProteína

O—CH

Ponte de Hidrogênio

Interações hidrofóbicase Forças de van der Waals

2

CH —CH3

CH3 CH3

CH3 — CH — CH2 —

— CH — CH3 H3C — CH —

CH3CH3

++—CH2—CH2—NH3 O

C —CH2—CH2—Ligação Iônica

Forças que mantém a 3D

Insulina

A

B

Pontes dissulfeto: covalentes e só

podem ser rompidas por agentes

redutores

RE: Proteínas secretadas

Forças que mantém a 3D

* O valor indicado para cada ligação refere- se à quantidade

de energia necessária para rompê-la.

Tipo deligação

Energia *(Kcal/mol)

Tipo deligação

Energia *(Kcal/mol)

LIGAÇÃO SIMPLES LIGAÇÃO DUPLA

O — H 110 C O 170

H — O 104 C N 147

P — O 100 C C 146

C — H 99 P O 120

N — H 93 LIGAÇÃO TRIPLA

C — O 84

C — C 83

S — H 81 PONTE DE HIDROGÊNIO

C — N 70 NH ...O

C — S 62 OH ... N

N — O 53 NH ... N

S — S 51 OH ... O

4 - 5

C C 195

A ligação peptídica é muito forte e só

se rompe em condições químicas

drásticas, como 6N HCl a 100ºC.

A ponte dissulfeto (-S-S-) é relativa-

mente rara entre as proteínas. Por

ser um laço covalente, não se rompe

quando uma proteína desnatura em

meio ácido ou por calor.

Proteínas são moléculas frágeis e

podem ser desnaturadas, com perda

de suas propriedades biológicas, por

pequenas variações do pH ou da

temperatura do meio. A ponte de H é

uma das principais forças envolvidas

na estabilidade da conformação nativa.

Forças que mantém a 3D

Domínios

Unidades compactas dentro do padrão de enovelamento de umaúnica cadeia que parece ter estabilidade independente

Enovelamento estáveis com funções específicas e essenciais

Regiões compactas semi-independentes com núcleo hidrofóbico e

porção externa polar

Contêm tipicamente de 100 a 150 aa

Domínios estruturais da troponina C

O perfil hidropático da

bacteriorhodopsina prevê

7 regiões hidrofóbicas

e 3 regiões hidrofílicas.

A bacteriorhodopsina é formada por

7 segmentos de -hélices apolares,

que delimitam um canal interno de

natureza polar.

Soma dos índices hidropáticos a cada 9

resíduos de aminoácidos

Permite prever regiões da proteína que

interagem com a membrana plasmática ou com

os meios interno/externo.

citoplasma

meio externo

canal de H+

Perfil hidropático

Estrutura quaternária

Subunidade

(uma cadeia

polipeptídica)

Proteína

(biológicamente ativa; dímero

não covalente )

Subunidades ou protômeros

Mais de uma cadeia polipeptídica:

Multímeros→Homo ou hetero

Monômero, dímero, trímero, oligômero

Regulação

Funções diferentes

Mioglobina de Cavalo

Folding de proteínas

Tendência da manutenção da conformação nativa;

Proteínas Nativas: marginalmente estáveis;

O que induz ao folding? Empacotamento de regiões hidrofóbicas:

Aumento da entropia da água;

Estabilização da estrutura protéica;

Área de solvatação em porções polares: quando estas moléculas deixam de interagir com

água e interagem entre si→ entropia que direciona o folding;

Cadeia primária;

Importância do estudo do folding: Misfolding protéico: agregação e fibrinogênese → patologias;

Superexpressão de proteínas de interesse industrial ou de pesquisa;

Estudo da atividade enzimática para a síntese química;

Chaperonas

Interagem com proteínas não dobradas ou mal dobradas

• HSP70: ligam-se em regiões ricas em aas

hidrofóbicos não dobradas, impedindo a agregação:

– Proteção da desnaturação pelo calor

– Naturação de peptídeos que estão sendo

sintetizados

– Impede o folding de proteínas secretadas

• Chaperoninas: GroEL/GroES

Folding e expressão de

proteínas recombinantes

Proteínas Nativas: maior solubilidade

que as maldobradas

Atividade Biológica: estrutura nativa

Folding e expressão de

proteínas recombinantes

Formação de corpos de inclusão

•Alta densidade;

•Podem conter partículas da membrana externa;

•Altos níveis de expressão, mesmo de proteínas endógenas;

•Não relacionada com hidrofobicidade, peso molecular;

•Só relacionada com ausência de formação de pontes S-S.

Limitar a velocidade da formação de

proteínas recombinantes