Proteínas - I - farmaciafacimp.xpg.com.br · Bioquímica – Prof. Dr. Marcelo Soares Funções das Proteínas Proteínas Especializadas em Armazenamento: Proteínas de Transporte:

Bioquímica – Prof. Dr. Marcelo Soares

Proteínas - I Proteínas - I

((EstruturaEstrutura))


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.


Funções das Proteínas

Enzimas:

Proteínas Estruturais (Proteínas Fibrosas):

- Catalizam reações químicas (ação metabólica)

- Tecidos Conectivos em animais (Ex: Colágeno)

- Estruturas de Artrópodos (Ex: Casulos, Teias, etc)

- Cabelos, pelos, unhas, chifres, etc (Ex: Queratina)

- Coagulação Sanguínea (Ex: Fibrinas)



Proteínas Especializadas em Armazenamento:

Proteínas de Transporte:

- Caseína do Leite, Ferritina, Calmodulina, Albumina, etc

- Proteínas da Membrana Plasmática (Ex: Importinas e Exportinas)

- Carreadoras de Oxigênio (Ex: Hemoglobinas)

- Carreadoras de Minerais como Ferro e Zinco



Proteínas Especializadas Transferência de Energia:

Função Regulatória:

- Citocromo (Cadeia Transp. de Elétrons – Mitocôndria)

- Hormônios

- Reguladoras de Genes (TFs – Fatores de Transcrição)

- Regulação Osmótica



Proteínas Contráteis e Motoras:

Receptores:

- Músculo (Ex: Actina e Miosina)

- Membrana Plasmática

- Transdução de Sinais (Ex: Hormônio – AMPc)

- Regulação Osmótica

- Cílios e Flagelos

- Citoesqueleto (Microtúbulos, Microfilamentos, etc)



Proteínas de Reconhecimento:

Proteínas de Defesa:

- Glicoproteínas da Membrana Plasmática

- Anticorpos (IgE, IgM, IgA, etc)

- Toxinas Protéicas (Ex: Fungos)


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


Estrutura das Proteínas

Uma proteína é formada a partir da união de aminoácidos formando então um polipeptídeo


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)


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



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



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)


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


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



α-Hélice

Ligações de Hidrogênio



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



Folha-β

Ligações de Hidrogênio



Folha-β

α-Hélice



A estrutura secundária das proteínas pode ainda apresentar alguns padrões de repetição, envolvendo tanto a estrutura de α-hélice quanto de Folhas-β



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


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

Estrutura Terciária

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


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

Estrutura Terciária – Regiões Hidrofóbicas

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


Qualquer alteração nestes aminoácidos não-polares vai afetar o posicionamento preciso e pode causar a ruptura da conformação final da proteína

Estrutura Terciária – Regiões Hidrofóbicas


São ligações covalentes fortes

São originadas entre Resíduos de Cisteína localizadas próximas na cadeia polipeptídica

Estrutura Terciária – Ligações Disulfídricas

Também são importantes para manter a estrutura terciária das proteínas


Podem ocorrer entre cadeias laterais carregadas no interior da molécula de proteína, formando “Pontes Salinas”

Estrutura Terciária – Ligações Iônicas


Interações Terciárias


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

Domínios nas Proteínas (Regiões Específicas)

Será que Será que

precisamos de precisamos de

“Revisãozinha “Revisãozinha

Amiga”Amiga”??

SIMSIM

NÃONÃO


Cromatina e Expressão da Informação Gênica

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;

Em termos moleculares um gene pode ser definido como uma seqüência de nucleotídeos (do DNA) que é expressa em um produto funcional;

“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 não-codificadoras (sem produtos funcionais) denominadas Íntrons;



ATTCGCGGATCTTGAATGGCGCGCGTATAACCGCCTGAATCGCCGATTAGCCGGGAATATTCGCGGATCTTGAATGGCGCGCGTATAACCGCCTGAATCGCCGATTAGCCGGGAAT

ATTCGCATTCGCGGATCTTGAATGGGGATCTTGAATGGCGCGCGTCGCGCGTATAACCATAACCGCCTGAATCGCCGCCTGAATCGCCGATTAGCCGGATTAGCCGGGAATGGAAT

Seqüência do Gene

Seqüência do Gene com íntrons e éxons

Gene Possui 4 íntrons (I a IV) e 3 éxons (1 a 3)

I II III IVI II III IV11 22 33



• O processamento das moléculas de RNA ocorre no núcleo pelo processo denominado de Splicing;

• O Splicing consiste na remoção e digestão das regiões não-codificadoras (íntrons) e posterior união das regiões codificadoras (éxons);

- 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;


Apenas os éxons são mantidos no RNA maduro;


- 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



Representação Gráfica do processo de Splicing sofrido pelo mRNA do Gene da β - Globina

Remoção dos Íntrons

RNA “Maduro”


Representação Gráfica evidenciando a participação das snRNPs durante o processo de Splicing (simplificado)


Representação Gráfica evidenciando a participação das snRNPs durante o processo de Splicing (detalhado)


Representação Gráfica resumindo o processo de Splicing a partir de uma molécula de DNA


Representação gráfica evidenciando o processo de Splicing Alternativo a partir de um mesmo Gene

Produtos ≠s a partir de um único gene


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


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


Domínios nas Proteínas


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

Estrutura Quaternária


Estrutura da Hemoglobina


Grupo Heme (Contém Ferro)


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



Estrutura do Colágeno



Colágeno

Exemplos de Proteínas Quaternárias

Hemoglobina


Estrutura Estrutura PrimáriaPrimária

Níveis Estruturais das Proteínas

Estrutura Estrutura SecundáriaSecundária

Estrutura Estrutura TerciáriaTerciária

Estrutura Estrutura QuaternáriaQuaternária


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

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




Hemácias Normais Hemácias em Forma de Foice


• 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

Estabilidade das Proteínas

Se este ambiente sofrer qualquer modificação em suas condições, estas ligações podem ser desfeitas


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



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




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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