O Laboratório de Bioquímica e Biologia Molecular

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS

CCBS - CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS E DA SAÚDE

DGE - DEPARTAMENTO DE GENÉTICA E EVOLUÇÃO

 

 

 

Curso: Bacharelado em Biotecnologia

Disciplina: Laboratório de Bioquímica e Biologia Molecular

Profa. Dra.  Lisandra Marques Gava Borges

 

 

 

 

Estruturas de Proteínas

Visualização e representação molecular

 

 

 

 

 

Felipe G. V. Seco 583570

Gabriela B. Teixeira 405620

1.          Introdução

1.1  Proteínas

                Os seres vivos são constituídos por macromoléculas responsáveis pela maioria das funções vitais. Uma delas é a proteína, nome derivado do grego protos que significa a “mais importante” ou “a primeira”. As proteínas, macromoléculas orgânicas, têm os α-aminoácidos como subunidades estruturais básicas os quais possuem um grupo amino e o radical R ligados ao primeiro átomo de carbono (α), em relação ao grupo ácido carboxílico. As proteínas podem ter propriedades e atividades totalmente diferentes pelas diversas combinações e sequências dos 20 aminoácidos existentes. Basta uma única mudança em qualquer dos aminoácidos de uma sequência para se ter uma nova proteína. Possuem quatro níveis de estrutura, de complexidade cresecente: primário, secundário, terciário e quaternário.

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1.2  Estrutura Primária

                A sequência de aminoácidos, ligados por ligações covalentes do tipo amida (N e C=O envolvidos), representa a estrutura primária da proteína. Sua importância é evidenciada pelo fato de ela ser determinante para a conformação e, assim, para as propriedades e para a função da proteína, a partir da sequência dos aminoácidos, que pode ser muito variada. Devido à eliminação de uma molécula de água na reação de formação de ligação peptídica, diz-se que resíduos de aminoácidos compõem a estrutura primária de uma proteína.

1.3  Estrutura Secundária

                Arranjos tridimensionais, formados pela interação entre resíduos de aminoácidos próximos, a partir de suas características físico-químicas. São regulares e repetidos. Os tipos mais comuns são alfa-hélices, que se assemelham a espirais com os grupos laterais R projetados para fora dela, com ligações de H a cada 3,6 resíduos por volta, e folhas-beta, que também projetam seus radicais para fora e que podem ser paralelas ou antiparalelas).

Muitas proteínas consistem de regiões de α-hélices e folhas pregueadas β alternadas. Tipos de estrutura secundária:

▪ Hélices: Hélice α para a direita (i+4) ou para a esquerda (i+4); Hélice π (i+5); Hélice 310 (i+3).

▪ Folhas β; Paralelas (fitas na mesma direção) Anti-paralelas (fitas em direções opostas)

▪ Alças (Loops); Volta β (β-turn ou hairpin ou reverse turn), entre folhas-β antiparalelas (4 a 5 aas); Volta ω (omega turn/loop, 6 a 16 aas); Alças desorganizadas (random coils, >16 aas).

1.4  Estrutura Terciária

                Relacionamento espacial entre todos os aminoácidos de um polipeptídeo, através de suas cadeias laterais com suas respectivas propriedades físico-químicas. Essa interação é realizada por meio de forças intermoleculares, como ligações de hidrogênio, ligações hidrofóbicas e pontes dissulfeto (estas últimas, mais presentes em proteínas secretadas). De forma geral, é constituída pela combinação arranjos de estrutura secundária em motivos e domínios e suas conexões.

                Motivos são repetições estruturais de combinações entre arranjos da estrutura secundária. Beta-alfa-beta, meandro beta e chave grega são exemplos. Reunidos, os motivos formam domínios, cuja conservação característica define famílias de proteínas. Os domínios são conectados por loops mas também por interações fracas.

Tipos de motivos estruturais

Domínios α: Compostos predominantemente por α-hélices.

Domínios β: Compostos predominantemente por folhas-β;

Domínios α/β: Compostos por fitas-β e α-hélices conectadas;

Domínios α+β: ▫ Contém regiões de folhas-β e α-hélices separadas e definidas.

 

                Colapso hidrofóbico é a etapa uniforme inicial da reação de folding pela qual a molécula proteica passa. O estado colapsado é formado com a influência de forças de entropia, que organizam os aminoácidos mais hidrofóbicos na porção interna da proteína e os mais hidrofílicos no exterior dela.

                É interessante lembrar das proteínas globulares e das proteínas fibrosas. As primeiras, de estrutura compacta mais ou menos esférica, podem possuir somente alfa-hélices como estrutura secundária, mas não correspondendo à totalidade da proteína (voltas maiores ou menores que as conectam). Por sua vez, as fibrosas, cujas cadeias se enrolam entre si formando uma estrutura tipo fibra, são 100% hélice, a exemplo do colágeno.

1.5  Estrutura Quaternária

                Reunião de diferentes subunidades ou monômeros (estruturas terciárias), num arranjo espacial bem definido de duas ou mais cadeias proteicas, ligadas de forma não-covalente. A estrutura quaternária constitui a proteína em sua forma ativa. O número de subunidades determina a caracterização da proteína como, por exemplo, um tetrâmero (quatro cadeias). Uma unidade repetitiva composta por duas ou mais subunidades é chamada de protômero.

Definição da Estrutura Proteica

1.6  Cristalografia de Raios X (Determinação da Estrutura Tridimensional)

Estudo em estado sólido (cristal), diferente da NMR (solução). 

O raio-X constitui-se em uma radiação ionizante. Por isso causa rápido dano à estrutura da proteína, degradando-a durante a obtenção dos dados.

Um cristal apresenta uma repetição regular de moléculas; geralmente estas moléculas apresentam algum grau de simetria. A menor unidade que, sujeita a operações de simetria pode regenerar o cristal é denominada célula unitária. Ou seja, uma molécula, em um ambiente cristalino, sempre está em contato com moléculas na sua vizinhança; isso pode ou não ter implicação na interpretação dos dados cristalográficos.