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Profª. Catarina De Nigris Del Cistia

Considerações Gerais

# As proteínas, junto a outras macromoléculas (açúcares, lipídios e ácidos nucléicos), compreendem a maior parte da constituição fisiológica do organismo, sendo considerados “os blocos de construção” das estruturas celulares.

# Desta forma, são estruturas extremamente funcionais, desempenhando uma série de funções importantes para o bom funcionamento do organismo, como receptores, moléculas de transporte, mediadores químicos, hormônios, marcadores imunológicos e muitos outros.

# Possuem uma estrutura tridimensional extremamente interessante e única, que lhes confere propriedades especiais. Não apenas os seres humanos, não apenas os mamíferos, mas todo ser vivo conhecido é constituído por proteínas.

# Curiosamente, apesar de toda variedade estrutural das proteínas, elas são constituídas por apenas 20 aminoácidos diferentes, como colocado na aula de aminoácidos, encadeados de diferentes formas, construindo polímeros de pesos moleculares variados.

Proteínas - Folding

# As cadeias laterais dos aminoácidos apolares (abaixo em verde), na constituição de uma proteína, são “forçadas” para o interior da estrutura, enquanto as cadeias laterais polares (em azul) se voltam para o exterior, interagindo (em vermelho) com a água solvatante. Por tal motivo, mesmo sendo constituídas por muitos aminoácidos apolares, dissolvem-se facilmente no sangue e outros líquidos polares.

# O termo folding se refere à tomada de uma estrutura tridimensional, a partir das possíveis interações entre os aminoácidos de uma determinada proteína. Sua função depende de sua constituição estrutural – ela só consegue desempenhar sua função se sua estrutura estiver corretamente “configurada”.

Composição das Proteínas

# De acordo com sua constituição, as proteínas podem ser divididas em:

Simples: Possuem apenas aminoácidos em sua composição. Conjugadas: Contém outros grupamentos além de aminoácidos – possuem uma parte protéica, denominada apoproteína, e uma parte não protéica, denominada grupo prostético. Exs: glicoproteínas, lipoproteínas, metaloproteínas.

Estrutura Tridimensional Protéica

# A organização dos aminoácidos em uma proteína (folding, visto acima) se dá em diversos níveis diferentes, e para tanto esta é dividida em algumas classes, para o melhor entendimento:

Estrutura primária; Estrutura secundária; Estrutura terciária; Estrutura quaternária.

Estrutura Primária:

# A estrutura primária de uma proteína diz respeito ao encadeamento dos aminoácidos de uma cadeia polipeptídica, ou seja, a seqüência pela qual eles estão interligados entre si. Por dizer respeito ao encadeamento dos aminoácidos, as ligações, numa estrutura primária, são sempre covalentes (as peptídicas).

Seqüência de aminoácidos, por sua notação de letra única.

# A estrutura primária é uma característica única de toda e qualquer proteína. Uma mutação em um único aminoácido provoca uma infinidade de diferenças estruturais. Ela é decodificada pela seqüência de bases nitrogenadas do DNA, sendo decorrente de uma informação genética extremamente específica.

Estrutura Secundária:

# A estrutura secundária corresponde a uma organização espacial localizada da cadeia polipeptídica, formando estruturas espaciais específicas. Esta organização se dá por meio de interações não covalentes, especificamente ligações de hidrogênio.

# As duas diferentes estruturas secundárias mais comuns são as α-hélices e as folhas-βpregueadas. Ambas são constituídas de ligações de hidrogênio entre o grupo amino e o grupo ácido de aminoácidos diferentes, para estabilização. Existem outros tipos de configuração secundária, assim como subdivisões destas, porém estas não serão por nós vistas.

# α-hélice: Se a porção N-terminal está no final da cadeia, todas as ligações N-H apontarão “para baixo” e todas as ligações C=O apontarão “para cima”. O grupo N-H de um resíduo n está ligado ao grupo C=O do resíduo n+4. Não há dependência das cadeias laterais dos resíduos, ficando voltadas para fora (a seguir). A forma de visualização mais comum se refere à forma (C) do esquema abaixo.

# folha β-pregueada: Também é estabilizada por ligações de hidrogênio entre grupos amino e ácidos, entre cadeias primárias distintas. As cadeias peptídicas estão estendidas, mas é pregueada (e não plana), pois 2 ligações peptídicas adjacentes não podem possuir planaridade (abaixo). Os grupos R orientam-se para cima e para baixo da folha. A forma de visualização mais comum se refere à forma (F) do esquema a seguir.

Estrutura Terciária:

# Diz respeito ao arranjo espacial de todos os átomos de uma determinada proteína. É decorrência da realização de ligações covalentes e não covalentes entre várias estruturas secundárias, e sua distribuição no corpo da proteína.

# As ligações entre os elementos de 2 estruturas secundárias são geralmente curtas e diretas (sem intermédio de outras forças). Diferente da estrutura secundária, as cadeias laterais dos aminoácidos contribuem muito para o arranjo terciário da proteína. A estrutura terciária, por dizer respeito à forma e organização da proteína no espaço, possui relação íntima com sua função, definindo-a.

# Ligações covalentes: são realizadas entre sulfidrilas livres de cisteínas em posições entropicamente favoráveis. Tais ligações são denominadas pontes dissulfeto, sendo responsáveis pela estabilização da estrutura protéica. Não são encontradas no citosol, pois o ambiente redutor não permite tais ligações. Sua formação envolve uma reação de oxidação.

# O arranjo da estrutura terciária cria “domínios”, formados por várias estruturas terciárias diferentes. Uma proteína pode ter vários domínios, um com uma função catalítica diferenciada em relação ao outro. De acordo com sua estrutura 2aria, os domínios podem ser:

(A) – ricos em α-hélices (em verde), como em porinas;

(B) – ricos tanto em αhélices quanto em folhas-β (em vermelho), como a maior parte dos domínios protéicos;

(C) – ricos em folhas-β, como em imunoglobulinas (anticorpos) em sua parte variante.

Estrutura Quaternária:

# A estrutura quaternária é resultante da interação não-covalente entre 2 ou mais estruturas terciárias. Compreendem subestruturas protéicas, constituindo polímeros, oligômeros e multímeros protéicos, podendo constar do encadeamento de 2, 3, 4 ou várias subestruturas.

# Multímeros podem ser formados de várias formas, a saber (ao lado):

(A) – dímeros; (B) – hélices (atenção: não confundir com α-hélice!) (C) – anéis

# Os multímeros podem tomar formas esféricas, filamentosas, ou tubulares helicoidais (abaixo, ao lado).

# As subunidades podem ser idênticas ou diferentes, sendo comum a ocorrência da primeira.

Desnaturação Protéica:

# Compreende a perda temporária da estrutura terciária, pela quebra das ligações pertencentes a esta. Uma estrutura primária nunca é afetada pela desnaturação. Caso o motivo da desnaturação seja “retirado” do meio, a proteína volta à conformação espacial de menor energia, necessariamente (abaixo).

Tipos de Proteínas

# Dependendo da forma que estão organizados os aminoácidos “no espaço”, as proteínas podem tomar formatos diferenciados, tais como: Proteínas Globulares Proteínas Fibrosas

# As proteínas globulares (ao lado) possuem formato esférico, constituindo domínios como sítios ativos, o que lhes permite constituir a maior parte das enzimas. Possuem grande solubilidade, e por isso são mais comuns no meio biológico.

# A enzima demonstrada ao lado é a COX-1, complexada a um determinado agente analgésico. Pode-se notar várias estruturas complexadas a esta proteína.

# É possível notar que seus domínios são constituídos praticamente por α-hélices (em rosa), estruturas preponderantes em sua organização secundária, bem definida (folhas-β em amarelo).

# As proteínas fibrosas são compridas e finas, tais como o colágeno e a queratina da lã. Possuem solubilidade diminuta por aglomerar-se em muitas cadeias, formando fibras. Muitas vezes, não possuem uma estrutura secundária demarcada. Não costumam ter atividade catalítica. Possuem, comumente, subunidades iguais (multímeros), podendo formar grandes cadeias fibrosas, como a hélice de actina (abaixo).

# O colágeno (abaixo) é um exemplo de proteína fibrosa. Sua elasticidade é devida à ausência de uma estrutura secundária.

Função Protéica

# As proteínas podem possuir diversas funções no meio biológico. Quando inseridas em membranas, podem ser transportadores, âncoras, receptores, enzimas, dentre várias outras (abaixo).

# Proteínas sem função enzimática podem ter como função transporte, transcrição, captação de luz, comunicação celular, resposta imune, regulação etc. Desempenhando a função de enzima, agem em mecanismos de catálise, aumento da velocidade de reações químicas, redução da energia de ativação, metabolismo, reconhecimento etc.

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