Funções e Estruturas das Proteínas

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
• Papel estrutural – ex: Suporte mecânico - colágeno

Funções Gerais
• Defesa do organismo - ex: Anticorpos

Funções Gerais
• Sinalização - Transmissão de mensagem – ex: insulina

Funções Gerais
• Armazenamento – ex: Ferritina/Ferro

Funções Gerais
• Armazenamento – ex: Ferritina/Ferro
• Movimento coordenado – ex: actina e miosina

Proteínas são polímeros de aminoácidos.
R varia em estrutura, tamanho, carga elétrica
R 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 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-se
em um mesmo plano

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 permitidas
Azul-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
Mioglobina
Triose 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)

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 Enxofre
Muito 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

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 pontual
Ex: 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 Amiloidogênico
Ex: 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

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

Vacúolos vistos no citoplasma e nos
dendritos dos neurônios
Uma criança da aldeia Kuru apresentando a doença
Placas com características esponjosas
(brush-like)
Perda de coordenação motora, seguida de demência e
morte

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 - epidemia
Em 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 IMPORTANTEMAS O FATOR MAIS IMPORTANTE
PARA A QUEBRA DA BARREIRAPARA A QUEBRA DA BARREIRA
ENTRE ESPÉCIES É AENTRE ESPÉCIES É A
CONSERVAÇÃO DE AMINOÁCIDOSCONSERVAÇÃO DE AMINOÁCIDOS
EM REGIÕES PARTICULARES DAEM 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.

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.

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