Estrutura Proteica

Estrutura proteica ➜ O esqueleto covalente de uma proteína típica contém centenas de ligações individuais. ➜ Sendo possível a rotação livre em torno de muitas dessas ligações, a proteína pode assumir um número ilimitado de conformações. ➜ Estrutura tridimensional singular: 1. A estrutura tridimensional de uma proteína é determinada por sua sequência de aminoácidos. 2. A função de uma proteína depende de sua estrutura. 3. Uma proteína isolada tem uma estrutura singular ou quase singular. 4. As interações covalentes são as forças mais importantes que estabilizam a estrutura específica mantida por uma dada proteína. 5. Entre o número imenso de estruturas de proteínas singulares, podemos reconhecer alguns padrões estruturais comuns. ASPECTOS GERAIS DA ESTRUTURA PROTEICA ➜ Conformação é a denominação dada ao arranjo espacial dos átomos de uma proteína. ➜ As proteínas em qualquer de suas conformações enoveladas funcionais são denominadas proteínas nativas. ➜ Estabilidade pode ser definido como sendo a tendência à manutenção de uma conformação nativa. ➜ Uma dada cadeia polipeptídica pode assumir incontáveis conformações distintas, o estado desenovelado de uma proteína é caracterizado por um elevado grau de entropia conformacional. ➜ Essa entropia e as interações por meio de ligações de hidrogênio tendem a manter o estado desenovelado. ➜ As interações químicas que se contrapõem a esses efeitos e estabilizam a conformação nativa incluem ligações dissulfeto e as interações fracas: as ligações de hidrogênio, as interações hidrofóbicas e as iônicas. A CONFORMAÇÃO DE UMA PROTEÍNA É ESTABILIZADA POR INTERAÇÕES FRACAS ➜ As interações fracas são a força predominante para a manutenção da estrutura proteica. ➜ A conformação proteica com a menor energia livre é a que possui o número máximo de interações fracas. ➜ Quando a água envolve uma molécula hidrofóbica, a disposição ótima das ligações de hidrogênio resulta em um envoltório altamente estruturado ou camada de solvatação da água na vizinhança imediata. ➜ A ordenação aumentada das moléculas de água na camada de solvatação correlaciona-se com uma redução desfavorável na entropia da água. ➜ O número de ligações de hidrogênio por unidade de massa é geralmente maior para a água pura do que para qualquer solução, e há limites à solubilidade até mesmo das moléculas mais polares, já que a sua presença causa uma diminuição no número de ligações de hidrogênio por unidade de massa. ➜ Embora a energia de formação de uma ligação de hidrogênio ou iônica seja contrabalanceada pela eliminação das interações entre esses grupos e a água, a liberação das moléculas da água, quando a interação intramolecular é formada, fornece a força motora entrópica para o enovelamento. ➜ A alteração de energia livre ocorre quando interações fracas se formam no interior da proteína, derivada do aumento da entropia da solução aquosa circundante, resultado do encobrimento das superfícies hidrofóbicas. Isso contrabalança a grande perda de entropia conformacional quando um polipeptídeo é submetido a uma única conformação enovelada. ➜ As interações hidrofóbicas são claramente importantes para a estabilização de uma conformação proteica. ➜ Quaisquer grupos polares ou carregados presente no interior da proteína que possuam pares adequados para estabelecer ligações de hidrogênio ou interações iônicas. ➜ Presença de grupos carregados ou carregados capazes de efetivar ligações de hidrogênio, sem os respectivos pares no núcleo hidrofóbico de uma proteína, é desestabilizadora. ➜ As ligações de hidrogênio que ocorrem entre os grupos, nas proteínas, se formam de modo cooperativo. ➜ A formação de uma ligação de hidrogênio facilita a formação de ligações de hidrogênio adicionais; assim as pontes de hidrogênio têm papel importante na condução do processo de enovelamento. ➜ As interações entre grupos carregados com cargas opostas podem ser tanto estabilizadoras ou desestabilizadoras na estrutura da proteína. ➜ Pontes salinas, parcial ou totalmente internas na proteína, podem proporcionar uma estabilidade para a estrutura. ➜ As interações de van der Waals são interações dipolo-dipolo; à medida que os átomos interagem um com o outro, essas interações fornecem uma força intramolecular atrativa; favorecendo a estrutura proteica. ➜ Padrões estruturais refletem 2 regras simples: 1. Os resíduos hidrofóbicos estão, em sua maioria, mantidos no interior da proteína, afastados da água; 2. O número de ligações hidrogênio dentro da proteína é maximizado. A ligação peptídica é rígida e plana ➜ Os seis átomos do grupo peptídico (Cα–C–N–Cα) estão em linha reta, com o átomo de oxigênio do grupo carbonílico trans ao átomo de hidrogênio do nitrogênio da amida. ➜ As ligações peptídicas ao redor das ligações C—N não podem girar livremente devido à dupla ligação. ➜ As ligações peptídicas rígidas limitam a variação de conformações possíveis para uma cadeia polipeptídica. ➜ A conformação da ligação peptídica é definida por três ângulos diedros, chamados de φ (phi), ψ (psi), ω (ômega), que refletem a rotação sobre cada uma das três ligações que se repetem no esqueleto peptídico. ➜ Um ângulo diedro é o ângulo da interseção de dois planos; no caso dos peptídeos, os planos são definidos pelos vetores das ligações do esqueleto peptídico. ➜ Dois vetores de ligações sucessivas descrevem um plano, três, dois planos; e o ângulo entre esses dois planos é medido para descrever a conformação da proteína. A ESTRUTURA SECUNDÁRIA DAS PROTEÍNAS ➜ Estrutura secundária refere-se à conformação local de alguma porção de um polipeptídeo. ➜ Alguns tipos de estrutura secundária são particularmente estáveis e frequentemente encontrados nas proteínas. A α-HÉLICE É UMA ESTRUTURA SECUNDÁRIA COMUM ➜ O arranjo mais simples que uma cadeia polipeptídica pode assumir com suas ligações peptídicas rígidas é uma estrutura helicoidal – α-hélice. ➜ A cadeia polipeptídica é fortemente retorcida em torno de um eixo imaginário longitudinal que passa pelo centro da hélice, com os grupos R dos ➜ Requer a atividade coordenada de vias para síntese e enovelamento de proteínas, o redobramento de proteínas parcialmente desdobradas e o sequestro e degradação de proteínas irreversivelmente dobradas. ➜ A medida que as proteínas são sintetizadas nos ribossomos, elas dobram-se na sua conformação nativa; isso pode ocorrer espontaneamente, ou com auxílio de enzimas especializadas, como chaperonas. ➜ A perda de estrutura da proteína resulta na perda de função. ➜ A perda de estrutura tridimensional suficiente para causar a perda de função é chamada de desnaturação. ➜ O estado desnaturado não necessariamente corresponde ao desdobramento completo da proteína. ➜ A sequência de aminoácidos determina a estrutura terciária. ➜ Certas proteínas globulares retomam suas estruturas nativas e suas atividades biológicas, esse processo é chamado de renaturação. ➜ O enovelamento das proteínas nem sempre ocorre de forma espontânea, muitas vezes ocorre a necessidade de assistentes moleculares. ➜ As duas principais famílias de chaperonas são a Hsp70 e as chaperoninas. ➜ Hsp70 - protege a proteína desnaturada pelo calor; os peptídeos que estão sendo sintetizados; impedem o enovelamento de proteínas até serem transportadas pela membrana. ➜ A conformação da proteína é apenas marginalmente estável. ➜ A manutenção contínua do grupo ativo de proteínas celulares, necessárias em um dado conjunto de condições, é chamada proteostase. Algumas associações proteicas muito grandes firmam sítios de reações complexas envolvendo múltiplas etapas. ➜ Multímero: proteína com múltiplas subunidades. ➜ Oligômero algumas subunidades. ➜ Protômero estruturas repetitivas. ALGUMAS PROTEÍNAS OU SEGMENTOS PROTEICOS SÃO INTRINSICAMENTE DESORDENADOS ➜ As proteínas intrinsecamente desordenadas têm propriedades distintas das proteínas estruturadas clássicas; são caracterizadas por alta densidade de aminoácidos carregados. ➜ A desordem estrutural e a alta densidade de cargas podem facilitar a atividade de algumas proteínas, como espaçadores, isoladores ou elementos de ligação em estruturas maiores. ➜ A falta de uma estrutura ordenadas pode facilitar um tipo de promiscuidade funcional, permitindo a interação de uma proteína com múltiplos parceiros. • Proteína dissulfeto-isomerase – catalisa a troca ou o embaralhamento das ligações dissulfeto que as ligações nativas sejam formadas. Catalisa a eliminação de intermediários de enovelamento com ligação não apropriada. • Peptídeo-prolil-cis-trans-isomerase – catalisa a interconversão de isômeros cis e trans das ligações peptídicas de Pro.