Introdução às Proteínas e Aminoácidos

Universidade Federal da Grande Dourados Faculdade de Ciências Biológicas e Ambientais Disciplina Bioquímica Prof Dr Helder Freitas dos Santos Dourados MS Proteínas 1 O que são as proteínas Classe de macromoléculas orgânicas essenciais para a vida Polímeros formados por átomos de C H O N e S Macromoléculas mais abundantes dos organismos Produto final da informação genética DNARNAproteínas Grande variedade de tamanhos Proteínas Funções Catalisadores reações biológicas Reconhecimento celular Defesa Estruturação Movimento Sinalização Hormônios Fluorescentes Transporte de moléculas Replicação transcrição e tradução Divisão celular Fármacos Proteínas Proteínas são macromoléculas essenciais para a vida e desempenham papéis fundamentais em diversos processos biológicos Elas são compostas por cadeias de aminoácidos que se unem por meio de ligações peptídicas Como são formadas Aminoácidos Unidades fundamentais e constituintes das proteínas Um conjunto de 20 aminoácidos compõem todas as proteínas Possuem características estruturais em comum Presença de carbono central Ligados ao carbono central um grupamento carboxila um grupamento amina e um átomo de hidrogênio Presença do radical R responsável pela diferenciação entre os 20 aminoácidos É a cadeia lateral dos aminoácidos Estrutura dos aminoácidos Carbono α Possui 4 ligantes diferentes Grupo amino Classe de compostos químicos nitrogenados Grupo carboxila Classe de Compostos orgânicos de caráter ácido Átomo de hidrogênio Comum a todos os aminoácidos Cadeia lateral Também chamada grupo R Composição variada e utilizada para a classificação dos aminoácidos É o radical R quem define uma série de características dos Aminoácidos tais como polaridade e grau de ionização em solução aquosa É a polaridade do radical R que permite a classificação dos aminoácidos em 3 classes Apolar Polar NãoCarregado e Polar Carregado Aminoácidos Naturais Não essenciais Alanina Arginina Ácido aspártico Aspargina Ácido glutâmico Glutamato Cisteína Glicina Glutamina Hidroxiprolina Prolina serina e tirosina Essenciais Leucina Isoleucina Valina Triptofano Metionina Fenilalanina Treonina Lisina Histidina Aminoácidos Especiais São aqueles que aparecem em apenas algumas proteínas Hidroxiprolina Hidroxilisina Tiroxina Cistina Colágeno Glândula tireóide Seda Formação de diferentes moléculas Aminoácidos Unidade constituinte Proteínas Conjunto maior de aminoácidos Peptídeos Pequeno conjunto de aminoácidos 2 AA dipeptídeos 3 AA tripeptídeos 4 AA tetrapeptídeos Geralmente até 50 AA Acima de 50 AA Ligação peptídica INFORMAÇÕES IMPORTANTES Resíduos de aminoácidos Eliminação da molécula de água Criação de 2 extremidades Aminoterminal esquerda Carboxiterminal direita Grupos amina e carboxila envolvidos na ligação peptídica Apenas cadeias laterais apresentam grupos ionizáveis Informações moleculares sobre peptídeos e proteínas Molécula Peso Daltons nº resíduos cadeias polipeptídicas Maganina peptídeo antimicrobiano 2530 23 1 Cobatoxina escorpião Centruroides noxius 3731 32 1 Insulina humano 5808 51 2 Citocromo c humano 12400 104 1 Ribonuclease A pâncreas bovino 13700 124 1 Lisozima clara de ovo de galinha 14300 129 1 Mioglobina coração de equinos 16700 153 1 Inibidor de tripsina semente de soja 21000 181 1 Quimotripsina pâncreas bovino 25200 241 3 Quimotripsinogênio bovinos 25700 245 1 Hemoglobina humano 64500 574 4 Albumina sérica humano 66000 609 1 Hexocinase levedura 107900 972 2 RNApolimerase Escherichia coli 450000 4185 5 Apolipoproteína B humano 513000 4536 1 Glutaminasintetase Escherichia coli 619000 5628 12 Titina humano 2993000 26926 1 Organização ou classificação estrutural das proteínas As proteínas possuem complexas estruturas espaciais que podem ser organizadas em 4 níveis crescentes em complexidade Estrutura primária Sequência dos resíduos de aminoácidos que compõem um peptídeo ou proteína Determinante das características físicoquímicas aminoácido amino terminal carboxi terminal ligações peptídicas setas Ligação peptídica é mais rígida que as ligações φ phi e ψ psi Estabelecimento de plano rígido Possibilidade de rotação apenas nas ligações φ e ψ Limitação das posições possíveis de um aminoácido Estrutura secundária Arranjos específicos que se repetem em diversas proteínas Hélices α Folhas β indefinida espiral aleatória Hélices α Ligações de H Eixo imaginário Cadeias laterais externas 36 resíduos de aminoácido por volta carbono hidrogênio oxigênio nitrogênio cadeia lateral amino terminal carboxi terminal 54 Å 36 resíduosvolta Folhas β Aminoácidos assumem uma posição ziguezague Cadeias laterais projetadas em direções opostas e externas Estabilização mediada por ligações de H formadas entre segmentos adjacentes ou entre cadeias diferentes Conformação pode apresentar sentido paralelo ou antiparalelo N N C C Estrutura terciária Aspecto tridimensional da molécula toda Ligações nãocovalentes Ligações H interações iônica hidrofóbica e de Van der Waals Manutenção da conformação tridimensional Ligações covalentes Ponte dissulfeto Conformação associada com a atividade biológica Conformação nativa ligação de H interações hidrofóbicas ponte dissulfeto ligação covalente Interações iônicas cadeia polipeptídica Exemplos Cobatoxina Toxina PDB 1PJV GFP Green Fluorescent Protein PDB 1EMA Tripsina Peptidase PDB 1PQ7 Protein Data Bank httpwwwrcsborgpdbhomehomedo Estrutura quaternária Exercem funções biológicas apenas associadas a outras cadeias polipeptídicas Unidade funcional Padrão de associação Estrutura quaternária de proteínas Ligações não covalentes Subunidades de proteínas multiméricas Iguais Distintas Monômero 1 cadeia α cadeia α cadeia β cadeia β Nomenclatura 1 Monômero 2 Dímero 3 Trímero 4 Tetrâmero 5 Pentâmero 6 Hexâmero 7 Heptâmero 8 Octâmero Classificação das proteínas As proteínas podem ser classificadas quanto 1 Quanto a composição química 2 Quanto ao número de cadeias polipeptídicas 3 Quanto a sua forma estrutural Quanto a composição química Proteínas simples Proteínas conjugadas Por hidrólise liberam aminoácidos mais um radical não peptídico denominado grupo prostético Exemplos Metaloproteínas hemeproteínas lipoproteínas glicoproteínas e etc Por hidrólise liberam apenas aminoácidos Quanto ao número de cadeias polipeptídicas Proteínas monoméricas Proteínas oligoméricas Formadas por apenas uma cadeia polipeptídica Formadas por mais de uma cadeia polipeptídica São as proteínas de estrutura e função mais complexas PROTEÍNAS FIBROSAS PROTEÍNAS GLOBULARES Único tipo de estrutura secundária Estrutura terciária relativamente simples Padrão tridimensional alongado ou distendido Suporte forma e proteção externa αqueratinas colágeno e fibroína Pontes dissulfeto entre cadeias adjacentes são comuns conferindo as fibras uma grande resistência Diversos tipos de estruturas secundárias Conformação tridimensional aproximadamente esférica Maioria das enzimas e proteínas reguladoras Enovelamento das proteínas garante a diversidade estrutural Colágeno Tropocolágeno Quanto à forma Desnaturação de proteínas Eventos que levam a perda da estrutura nativa Maioria das proteínas é desnaturada por calor Perda de estrutura em algumas regiões Proteínas de organismos extremófilos Resistência a desnaturação térmica Agentes físicos temperatura ou agitação Agentes químicos pH concentração de sais detergentes e agentes redutores Albumina nativa solúvel Albumina desnaturada insolúvel Desnaturação térmica irreversível Ligações SS cruzadas Desnaturação x Renaturação Desnaturação Renaturação Nativa Desnaturada Após a remoção das condições desnaturantes muitas proteínas passam por um processo de renaturação Universidade Federal da Grande Dourados Faculdade de Ciências Biológicas e Ambientais Disciplina Bioquímica Prof Dr Helder Freitas dos Santos Dourados MS Enzimas 27 Visão Geral Definição São catalisadores biológicos Longas cadeias de moléculas conhecidas como aminoácidos Função Viabilizar a atividade das células quebrando moléculas ou juntando as para formar novos compostos OBS Toda enzima é uma proteína mas nem toda proteína é uma enzima Enzimas Natureza proteica Aminoácidos Grupo mais especializado de proteínas Ribozimas Moléculas de RNA Grupos químicos adicionais à catálise Enzima Peso Daltons n resíduos Cadeias polipeptídicas Lisozima ovo 14300 129 1 Tripsina bovina 24000 229 1 Quimotripsina bovina 25000 245 3 Hexocinase levedura 107000 972 2 RNApolimerase E coli 450000 4185 5 Glutamina sintetase E coli 619000 5628 12 Propriedades São altamente eficientes acelerando a velocidades das reações Apresentam alto grau de especificidade Atuam em concentrações muito baixas Condições brandas de temperatura e pH Possuem todas as características das proteínas Podem ter sua atividade regulada Estão quase sempre dentro das células e compartimentalizadas Grupos químicos adicionais à catálise COENZIMAS Moléculas orgânicas ou metalogârnicas Carreadores transitórios de grupos funcionais Derivadas das vitaminas Ligadas fortemente as enzimas Grupo prostético COFATORES Íons inorgânicos localizados próximos ao sítio ativo da enzima Ferro Magnésio Zinco Cálcio Cobre Citocromo oxidase Piruvato cinase urease Participam de reações de óxidoredução Coenzima Grupo transportado Vitamina ATP Fosfato TPP Aldeído Tiamina B1 FAD Hidrogênio Riboflavina B2 Coenzima A Acila Ác Pantotênico B5 NAD Hidreto Nicotinamida B3 Piridoxalfasfato Amino Piridoxina B6 Biotina CO2 Biotina B7 Tetraidrofolato Carbono Ác Fólico B9 Metilcobalamina Metil Cobalamina B12 Catálise enzimática Reações ocorrem em um ambiente confinado SÍTIO ATIVO SUBSTRATOS Moléculas que se ligam ao sítio ativo Formação do complexo enzima substrato é essencial à catálise Componentes da reação enzimática Tipos de ligação Chavefechadura Encaixe induzido Modelo Chavefechadura O sítio ativo da enzima chave tem uma forma e carga química específica que se encaixa perfeitamente com o substrato fechadura Modelo Encaixe Induzido Enzima e o substrato sofrem conformação para o encaixe O substrato é distorcido para conformação exata do estado de transição As enzimas estão sujeitas à inibição Inibidores Interferem com a catálise Intencional mecanismos de controle biológico Fármacos Estudos de enzimologia Inibidores reversíveis Inibidores irreversíveis Fatores que também afetam a catálise enzimática Temperatura pH Espécies reativas Metabolismo Catabolismo Anabolismo Processos intracelulares Espécies reativas ERO ERN ERS Subprodutos metabólicos Radicalares Nãoradicalares Exemplo Enzimas Antioxidantes Espécies reativas de oxigênio Espécies reativas de oxigênio ERO Oxigênio molecular formadas Respiração celular Inflamações Fagocitose derivadas Reações redox Processos fisiológicos Concentração de ERO Fisiológica Moderada Excesso Diferenciação Renovação celular Migração Angiogenese Adaptação Defesa contra patógenos Proteção contra estresses Apoptose Efeitos deletérios Exemplo Enzimas Antioxidantes Defesas Antioxidantes Enzimático Nãoenzimático SOD Superóxido Dismutase CAT Catalase GPx Glutationa Peroxidase GdR Glutationa Redutase Intracelulares Extracelulares Glutationa GSHGSSG Coenzima Q10 Melatonina Prevenção de danos celulares ERO ERO Ácido úrico Transferrina Ceruloplasmina Neutralização de ERO Exemplo Enzimas Antioxidantes