Prof. Rafael V. C. Guidorvcguido@ifsc.usp.br

Bacharelado em Ciências Físicas e BiomolecularesInstituto de Física de São Carlos ‐ USP

FFI0750 – Biologia Molecular Estrutural

Aula 01

• Estrutura de proteínas– Estrutura primária– Estrutura secundária– Estrutura terciária– Estrutura quaternária

Objetivos

Estrutura de ProteínasProteínas ‐ Definição

Proteínas são polímeros deaminoácidos unidos entre siatravés de ligações peptídicas

Os 20 aminoácidos Organização estrutural

As proteínas são organizadas edescritas em quatro níveis hierárquicosde complexidade, sendo cada nívelrepresentado de forma distinta

Organização estrutural

Sequência de aminoácidos

N C

Ligação peptídica

Estrutura Primária

A estrutura primária consiste na descrição sequencial dos resíduos de aminoácidos presentes na cadeia polipeptídica

Conformação da cadeia polipeptídica

• A ligação peptídica é planar (características de dupla ligação parcial);

Difícil de girar (Ω)estrutura

planar

• Ligações do tipo cis (Ω ≈ 0o) e trans (Ω ≈ 180o);• Isômero trans é mais estável;• A diferença de energia entre a forma cis e trans é bastante grande (85 KJ/mol);

Cadeia principal

A cadeia principal possui liberdade de rotação somente ao redor das ligações formadas pelo Cα, ou seja:

• N―Cα =(Phi)• Cα―C = (Psi)

O ângulo Ω possui apenas dois graus de liberdade conformacional 0o e 180o

• C―N = Ω (Omega)

• A conformação da cadeia principal de cada resíduo é determinada pelos ângulos  e ;• Algumas combinações de  e levam a conformações não permitidas (impedimento estérico);

Ângulos internos  e 

• As duas grandes regiões correspondem a ‐hélice e folha‐

Diagrama de Ramachandran

Folhas‐βantiparalelas

Folhas‐βparalelas Folhas‐β

distorcidas α‐hélice 

(mão esquerda)

α‐hélice (mão direita)

Hélice tripla de colágeno

A estrutura secundária ilustra a organização dos elementos estruturais estáveis observados em uma cadeia polipeptídica

Exemplo experimental – Conformações

Regiões permitidas mais favoráveisRegiões adicionais permitidas

Regiões generosamente permitidas

Regiões não permitidas

Legenda:

Baseado na análise de 118 estruturas de proteínas com resolução ≤ 2 Å e Rfactor < 20%

Um bom modelo deve apresentar > 90% dos resíduos em regiões permitidas mais favoráveis

• As estruturas secundárias de proteínas são caracterizadas como conformações locais estáveis da cadeia polipeptídica;

• As limitações de rotações impostas pela ligação peptídica e os padrões de ligação de hidrogênio determinam as estruturas secundárias (conformações locais) possíveis em um proteína;

• Dois tipos de conformações locais são predominantes em estruturas de proteínas

Estrutura secundária

α‐hélices Folhas‐β

Estrutura secundária – α hélices

Ligação de H

• Estrutura regular e energeticamente estável, pois todas as  ligações de H possíveis entre a cadeia principal são estabelecidas ao longo do eixo da hélice;• O comprimento médio das α hélices é 10‐15 resíduos (12‐22 Å)

δ‐

δ‐

δ‐

δ+

δ+

δ+

Fitas antiparalelas

Estrutura secundária – folhas β

= ‐139o

= 135o= ‐119o

= 113o

Fitas paralelas

• Seções das cadeia polipeptídica  que pertencem as folhas β são denominadas fitas β;• O comprimento médio das folhas β é 3‐10 resíduos (7‐30 Å).

• Folhas β são formadas por ligações de H (intermoleculares) entre cadeias polipeptídicas adjacentes;

Estrutura secundária – alças• Aproximadamente 1/3 dos resíduos de uma proteína globular estão envolvidos em regiões de alça;• Frequentemente as alças são observadas conectando folhas β antiparalelas. Nestes casos, são denominadas alça‐β ou “grampo‐β” (β‐hairpin);• Aproximadamente 70% das alças‐β são compostas por até 7 resíduos.

Porcentagem de hélices‐ e folhas‐ em proteínas

Estrutura Secundária Estrutura Secundária ‐ Topologia

Domínio de Ligação do 

Cofator (NAD+)

Domínio de Ligação do Substrato

Estruturas supersecundárias(motivos estruturais)

Chave grega

Barril

Estrutura Terciária

A estrutura terciária envolve a organização estrutural 3D referente ao enovelamento da proteína (topologia)

Hidroximetil‐glutaril‐coenzima‐A‐redutase

(HMGR)

Proteína verde fluorescente

(GFP)

Protease de HIV

Interações – Estrutura terciária Estrutura Quaternária

Dímero Tetrâmero

Trímero

Interações – Estrutura quaternária Estrutura Quaternária

DodecâmeroDecâmero

Estrutura Quaternária

Vírus da poliomelite

Estrutura de proteínas e análise de texto

aminoácidoletras

estrutura secundáriapalavras

estrutura supersecundáriafrases

estrutura terciáriacapítulo

estrutura quaternárialivro completo

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