PROTEÍNASPROTEÍNAS

- Palavra grega protos que significa “a primeira” ou a “mais importante”;

- Macromoléculas mais abundantes;

- Imensa diversidade estrutural e funcional;

- Construídas a partir de um repertório de 20 aminoácidos;

- Exercem funções cruciais essencialmente em todos os processos biológicos.

Funções Gerais

• Transporte – ex: hemoglobina/oxigênio

• Atividade catalítica – ex: amilase

Funções Gerais

• Atividade catalítica – ex: amilase

• Transporte – ex: hemoglobina/oxigênio

• Papel estrutural – ex: Suporte mecânico - colágeno

Funções Gerais

• Atividade catalítica – ex: amilase

• Transporte – ex: hemoglobina/oxigênio

• Papel estrutural – ex: Suporte mecânico - colágeno

• Defesa do organismo - ex: Anticorpos

Funções Gerais

• Atividade catalítica – ex: amilase

• Transporte – ex: hemoglobina/oxigênio

• Papel estrutural – ex: Suporte mecânico - colágeno

• Defesa do organismo - ex: Anticorpos

• Sinalização - Transmissão de mensagem – ex: insulina

Funções Gerais

• Atividade catalítica – ex: amilase

• Transporte – ex: hemoglobina/oxigênio

• Papel estrutural – ex: Suporte mecânico - colágeno

• Defesa do organismo - ex: Anticorpos

• Sinalização - Transmissão de mensagem – ex: insulina

• Armazenamento – ex: Ferritina/Ferro

Funções Gerais

• Atividade catalítica – ex: amilase

• Transporte – ex: hemoglobina/oxigênio

• Papel estrutural – ex: Suporte mecânico - colágeno

• Defesa do organismo - ex: Anticorpos

• Sinalização - Transmissão de mensagem – ex: insulina

• Armazenamento – ex: Ferritina/Ferro

• Movimento coordenado – ex: actina e miosina

Proteínas são polímeros de aminoácidos.

R varia em estrutura, tamanho, carga elétricaR influencia solubilidade na água

Os aminoácidos são classificados em 5 grupos segundo R Polaridade ou tendência de interagir com a água

• Grupos R aromáticos

• Grupos R não-polares alifáticos

• Grupos R carregados positivamente

• Grupos R carregados negativamente

• Grupos R não-carregados, mas polares

• Os aminoácidos são quirais;

- Carbono α é um centro quiral. Com exceção da glicina (aquiral), os 4 grupos podem ocupar 2 arranjos espaciais não sobrepostos;

Estereoisômeros enantiômeros

- Maioria dos α-aminoácidos possuem carbono α na configuração L (exceção poucos peptídeos de parede bacteriana e antibióticos;

- Reações celulares são estereoespecíficas;

- Além dos 20 aminoácidos, proteínas podem conter resíduos alternativos criados por modificação de resíduos.

Ex: protrombina (fator II- cascata de coagulação).

Peptídeos e Proteínas

Ligações Peptídicas

Peptídeos e Polipeptídeos Biologicamente Ativos Ocorrem em uma

Ampla Faixa de Tamanhos

• Seqüências primárias diversas determinam diversas funções;

• Algumas proteínas consistem de uma única cadeia polipeptídica. Outras possuem dois ou mais polipeptídeos associados de forma não-covalente. Estas são as proteínas multiméricas.

Mioglobina hemoglobina

Proteínas Conjugadas ou Heteroproteínas

• Apresentam uma porção não-aminoácida denominada grupo prostético (covalentemente ligado à proteína).

Níveis de Organização Estrutural

- A estrutura tridimensional de uma proteína é determinada pela sua seqüência de aminoácidos.

- A função de uma proteína depende de sua estrutura.

- Uma proteína isolada tem uma estrutura singular.

- Existem padrões estruturais comuns.

Estrutura Primária

- Caracterizada pela formação de Ligação Peptídica entre os aminoácidos

- É rígida e plana- Caráter parcial de dupla ligação

Os seis átomos do grupo peptídico situam-seem um mesmo plano

psi

fi

As rígidas ligações peptídicas limitam a faixa de conformações que podem ser assumidas por

uma cadeia polipeptídica

Cada aminoácido está associado com dois ângulos conformacionais: φ e ψ. Uma vez que estes são os únicos graus de liberdade, a conformação de toda

a cadeia principal é completamente determinada quando os ângulos φ e ψ para cada aminoácido são definidos com alta acurácia.

Plot de Ramachandran para Resíduos de L-Ala

Azul-escura – conformações totalmente permitidasAzul-média – conformações permitidas nos limites extremos para os contatos atômicos desfavoráveis

Azul-clara – conformações permitidas se houver uma pequena flexibilidade nos ângulos de ligação

Estrutura SecundáriaEstrutura Secundária

• Início do dobramento da cadeia peptídica;• Conformação local de alguma porção de um polipeptídeo.

As principais estruturas secundárias são:

- alfa-hélice

- folhas beta pregueadas

- voltas ou dobras beta

Alfa-hélice

• 3,6 resíduos por volta;

• Grupamentos R voltados para o exterior;

• Alfa-hélices presentes em proteínas espiralizam sempre no sentido anti-horário;

• Altamente estáveis devido à presença de um grande número de pontes de hidrogênio;

• Estas pontes se estabelecem entre um determinado resíduo e o resíduo quatro posições a frente (CO-HN cadeias principais de aminoácidos diferentes)

• O interior da hélice é muito empacotado. Seus átomos fazem contatos de van der waals.

São 4 os fatores que facilitam ou dificultam a formação de uma alfa-hélice:

- Repulsão ou atração eletrostática entre resíduos carregados positiva e negativamente;

- O tamanho das cadeias laterais de resíduos vizinhos;

- As interações entre resíduos separados entre si 3 ou 4 aminoácidos de distância na seqüência primária;

- A presença de prolinas e glicinas.

Folhas β-pregueadas

- Forma distendida;

- Estabilizada por pontes de hidrogênio entre os grupos NH e CO de diferentes fitas, que podem ser paralelas ou anti-paralelas;

Alças e Voltas β

Prolina e glicina são excelentes formadoras de voltas!

Regiões de Alças e Voltas-Possuem variados tamanhos e formas irregulares;

-Em geral, estão na superfície da molécula;

-Em geral, não se formam pontes de hidrogênio entre os AAs da alça;

- São ricos em AAs hidrofílicos polares e carregados;

- Em geral, são muito flexíveis, estando envolvidos na função da proteína.

Estrutura terciáriaEstrutura terciária

- Obtenção da estrutura tridimensional;

- Forças que mantêm a estrutura das proteínas:

• Pontes de hidrogênio• Interações hidrofóbicas• Interações iônicas• Forças de van der Waals• Pontes de enxofre

Motivos – arranjos estáveis de diversos elementos de estrutura secundária e das conexões entre eles

• Estruturas com motivos α e α/β

MioglobinaTriose fosfato isomerase

Aspartato transcabomilase (síntese bases pirimidínicas)

Plastocianina

Estruturas com motivos β

Plastocianina (fotossíntese)

Flavodoxina (ligada a FMN)

Estruturas protéicas com motivos hélice-volta-hélice (HTH)

EF HAND Motif Troponina

Estruturas protéicas com motivos β

GFP – “Green Fluorescent

Protein”

A proteína verde fluorescente, mais conhecida por GFP (abreviatura do inglês green fluorescent protein), é uma proteína produzida pelo cnidário Aequorea victoria que emite fluorescência . O gene que codifica esta proteína foi já isolado e é atualmente usado na produção de proteínas de fusão, constituídas por um gene de interesse fundido com o da GFP, de modo a monitorizar, por exemplo, a localização dessa proteína in vivo.

Domínios protéicos

- Vários motivos combinam-se em geral para formar estruturas globulares compactas;

Pontes de EnxofreMuito importantes para a manutenção de estrutura terciária!!!

Estrutura QuaternáriaEstrutura Quaternária

- Uma proteína apresenta nível de organização quaternário quando possui mais de uma subunidade

Classificação das Proteínas

- Fibrosas (fornecem suporte, forma e proteção externa aos vertebrados)

- Globulares

Proteínas Fibrosas

COLÁGENO

- Encontrado em tecidos conjuntivos como tendões, cartilagens, matriz dos ossos e na córnea;

- A alfa-hélice do colágeno é orientada para esquerda. Três cadeias alfa são superenoveladas para direita;

- O colágeno apresenta 35% de Gly, 11% de Ala e 21% de Pro e HyPro;

Fibroína (proteína da seda)

Suas cadeias polipeptídicas estão

predominantemente na conformação beta.

Rica em resíduos de Ala e Gly.

Produzida pelo bicho-da-seda (Bombix mori)

A seda também é a substância produzida por aranhas: aqui a teia é tecida com a seda produzida das fiandeiras da aranha

As fiandeiras ( glândulas no abdomen dos aracnídeos que produzem a seda de que são feitas a teias de uma aranha. As duas a esquerda da primeira foto estão ampliadas na foto da direita, e a seda que exsuda pode ser vista

Proteínas Globulares Incluem as enzimas, as proteínas transportadoras, as proteínas

motoras, as proteínas regulatórias, as imunoglobulinas etc.

Enovelamento Protéico

O Experimento de Anfinsen

. Realizado na década de 60.. Ribonuclease A (proteína

monomérica, que apresenta 4 pontes de enxofre).

. Desnaturar a proteína..Recebeu o prêmio Nobel em 1972.

As proteínas podem ser desnaturadas pelo calor, variação de pH, por solventes orgânicos miscíveis em água, como álcool e acetona, por

certos solutos como uréia e cloridrato de guanidino ou por detergentes.

Nenhuma ligação covalente na cadeia polipeptídica é rompida com estes tratamentos.

Primeiro passo de experimento:Para desenovelar completamente a proteína, Anfinsen usou dois agentes que perturbam a estrutura de proteínas: a uréia (agente

desnaturante) e o β-mercaptoetanol (agente redutor de pontes de enxofre).

N D

Perda da estrutura protéica resulta na perda de função.

Segundo passo de experimento:

Anfinsen fez uma diálise para remover a uréia e o β-mercaptoetanol.

Terceiro passo de experimento:Anfinsen mediu a atividade da ribonuclease após a diálise e observou que a atividade era quase idêntica à proteína não tratada com uréia e b-mercaptoetanol.

D N

Os 8 resíduos de Cys poderiam se recombinar ao acaso para formar ligações

dissulfeto de 105 modos diferentes.

Ligações “erradas” são formadas quando o β-

mercaptoetanol é removido e a uréia permanece no meio.

Conclusão do experimento:

Seqüência primária

Estruturas secundária e terciária

Proteína Funcional “...toda a informação necessária para especificar a estrutura completa de uma proteína reside em sua seqüência primária.”

Relação Estrutura-Função

Enovelamento Protéico assistido

- Algumas proteínas não são capazes de se enovelar sozinhas e precisam de uma “mãozinha”

- Em nossas células existem proteínas denominadas chaperones moleculares, que interagem com proteínas que precisam enovelar-se.

Exemplo: sistema GroEL/GroES(10 a 15% das ptns de E. coli necessitam deste sistema)

Existem duas classes de chaperones moleculares:

• Proteínas de choque térmico – Ex: HSP70

• Chaperoninas

Sob condições de stress como choque térmico ou hipóxia, a expressão aumentada das proteínas de choque térmico protegem a célula estabilizando os peptídeos com erro de enovelamento ou não enovelados, dando tempo a célula para reparo ou possibilitando novo enovelamento das proteínas danificadas.

Modelos de agregação Protéica

1) Mutação pontualEx: Anemia falciforme

mutação

Hemoglobina – cadeia β

Os genes γ , δ , e β são encontrados no cromossomo 11

Normal

• forma de disco

• flexibilidade

• facilidade de fluir através dos pequenos vasos sanguineos

• vida : 120 dias

Falciforme

• forma de foice

• rígida

• com frequência obstrue pequenos vasos sanguineos

• vida : 10 a 20 dias

Processo fisiopatológico de falcização

2) Formação de Intermediário AmiloidogênicoEx: Transtirretina

• Transporta tiroxina e retinol junto com a proteína ligadora de retinol

• Rica em folhas beta

• Proteína tetramérica, plasmática

• Forma fibras tanto a forma selvagem quanto mutantes pontuais

3) Mudança conformacional

Ex: Prion

A proteína PrPC passa a assumir uma conformação diferente que apresenta grande propensão em sofrer agregação

Prion

O que são prions ?

Como surgiram as doenças priônicas ?

Kuru

� Em 1900, aparece uma doença desconhecida em uma aldeia de Nova Guiné;

� Em 1957, antropologistas (Vicent Zigas e Carleton Gajdusek) declaram surto da doença que chamaram de Kuru;

� No mesmo ano, o governo proíbe o ritual de canibalismo;

� Os cientistas iniciam o estudo da doença não familiar que tem permanecido através de cinco décadas;

� Atualmente, cientistas identificaram Kuru como uma doença priônica

Kuru

Prusiner, 1998

Vacúolos vistos no citoplasma e nos dendritos dos neurônios

Uma criança da aldeia Kuru apresentando a doençaPlacas com características esponjosas (brush-like)

Perda de coordenação motora, seguida de demência e morte

Doenças Neurodegenerativas

Doenças Priônicas

CJD - Doença Creutzfeldt-Jacob

Vacúolos são vistos dentro do citoplasma da células nervosa. Corte histopatológico de

cérebro de humano com CJD Apresenta três formas clássicas:

. esporádica - 85 a 90%

. hereditária - 10 a 15 % (gene que codifica a proteína prion celular apresentava mutações nesses indivíduos)

. infecciosa - rara (nova variante)

- Rara ~ 1/1.000.000 habitantes

- Tem distribuição mundial

- Caracterizada pela demência seguida de perda de coordenação motora e atingindo geralmente indivíduos com mais de 60 anos

GSS – Gerstmann-Sträussler-Scheinker

Sintomas semelhantes à da CJD:

- Aparecimento de alterações de coordenação motora;

FFI – Insônia Familiar Fatal

- Demência é seguida de alterações no sono

OBS: O componente hereditários destas é muito maior que o infeccioso, sendo responsável por mais de 90% dos casos

BSE - Encefalopatia Espongiforme Bovina ou “doença da vaca louca”

Sintomas:

- falta de coordenação motora

- alteração de temperatura

- pobre produção de leite

- perda de peso

- irritabilidade

Em 1986 - epidemiaEm 1994 – 138.359 casos na Grã-Bretanha

Corte histopatológico da medula de uma vaca infectada com BSE

Grandes buracos presentes no cérebro

Vacas comem ovelhas ?

Alimentação - ração preparada com vísceras de ovelhas contaminadas com

“scrapie”

Existe uma barreira entre espécies?

- Prion celular das duas espécies diferem apenas em 7 aminoácidos de um total de mais ou menos 250.

Ocorre transmissão do gado para o homem?

- A proteína destas espécies diferem em pelo menos 30 aminoácidos

MAS O FATOR MAIS IMPORTANTE MAS O FATOR MAIS IMPORTANTE PARA A QUEBRA DA BARREIRA PARA A QUEBRA DA BARREIRA

ENTRE ESPÉCIES É A ENTRE ESPÉCIES É A CONSERVAÇÃO DE AMINOÁCIDOS CONSERVAÇÃO DE AMINOÁCIDOS EM REGIÕES PARTICULARES DA EM REGIÕES PARTICULARES DA

PROTEÍNA PRIONPROTEÍNA PRION

PRP madura é formada por 209 aminoácidos, contém dois sítios de

glicosilação conservados e se encontra ancorada na membrana

celular através da âncora de glicosil fosfatidil inositol (GPI) através da

sua porção carboxi-terminal

1. O prion fica ancorado na membrana dos neurônios 2. A diferença entre a versão infecciosa e a celular está na maneira como os aminoácidos que formam essa proteína se organizam no espaço; 3. Na versão celular predominam as chamadas α-hélices; 4. Quando o animal é contaminado pela proteína prion infecciosa, diminuem as α -hélices e aparecem as folhas β-pregueadas.

PrPc PrPsc

Conclusões:

-Apesar do grande número de pesquisadores trabalhando com o objetivo de encontrar uma terapia para o tratamento ou prevenção das

doenças priônicas, até os dias atuais nenhuma das estratégicas terapêuticas estudadas se mostrou eficaz na cura ou na estabilização

destas doenças;

-Mostram-se promissoras as abordagens terapêuticas baseadas no desenvolvimento de estratégias para se controlar a conversão

conformacional

-Certamente o desenvolvimento de um teste que consiga diagnosticar a TSE ( Encefalopatias espongiformes transmissíveis) pré-clinicamente

seria essencial para uma terapia eficiente.