Apresentação em tema: "Proteínas: estrutura tridimensional e forças envolvidas"— Transcrição da apresentação: 1 Proteínas: estrutura tridimensional e forças envolvidas Show
2 Iniciaremos essa aula relembrando os conceitos de níveis organizacionais da estrutura de uma proteína, como
visto na aula anterior: Subunidades alfa Subunidades beta Heme (grupo prostético) A Hemoglobina é um heterotetrâmero formada por 2 tipos de cadeias polipeptídicas
3 . Para entender a estrutura 3D das proteínas, vamos “dissecá-la” em níveis organizacionais para facilitar o estudo:
Estrutura primária: é a sequência dos aminoácidos na cadeia polipeptídica; mantida por ligações peptídicas aminoácido É o esqueleto covalente (fio do colar), formado pela seqüência dos átomos (-N-C-Ca-)n na proteína. Estrutura secundária: Enovelamento de partes da cadeia polipeptídica Formada somente pelos átomos da ligação peptídica, através de pontes de H. Ex: alfa-hélices e folhas beta. Estrutura
quaternária: Associação de mais de uma cadeia polipeptídica No modelo, um tetrâmero composto de 4 cadeias polipeptídicas x 4 Estrutura terciária: Enovelamento de uma cadeia polipeptídica como um todo. Ocorrem ligações entre os átomos dos radicais R de todos os aminoácidos da molécula Para entender a estrutura 3D das proteínas, vamos “dissecá-la” em níveis organizacionais para facilitar o estudo:
4 O primeiro passo para se estudar a estrutura de uma proteína é obtê-la de forma purificada. 5 A proteína pura é tratada com 6 Existem vários métodos para se
determinar a sequência de aminoácidos de uma proteína. Aqui veremos como funcionam os dois métodos atualmente mais utilizados: Método de Edman: reação do aminoácido N-terminal da proteína com fenil-isotiocianato A proteína modificada é submetida a hidrólise ácida liberando o aminoácido N-terminal modificado, e este é identificado por cromatografia. Segue-se novo ciclo de reação com o próximo aminoácido na proteína, que se tornou o novo N-terminal. Espectrometria de
massa: determinação das massas de fragmentos correspondendo a aminoácidos, retirados sequencialmente da proteína. Veremos mais sobre esse método na aula sobre eletroforese e proteômica.
7 ciclo 1 ciclo 2 hidrólise com ácido trifluoroacético hidrólise ácida vai para novo ciclo análise cromatográfica
(troca iônica ou fase reversa) (1) (2) (3) acoplamento Método de Edman - sequenciamento de proteínas com PITC (fenil-isotiocianato) Cada ciclo de reação compreende 3 etapas: Reação da proteína com PITC, que se acopla ao grupo amino NH2- livre do aminoácido 1 (no exemplo, uma lisina, K); Hidrólise ácida da proteína conjugada com PITC libera a feniltiohidantoína (PTH) do aminoácido 1 e o
restante da proteína, tornando o aminoácido 2 o novo resíduo N-terminal (no exemplo uma serina, S); Análise cromatrográfica do PTH-aminoácido e novo ciclo de reação com o novo N-terminal da proteína. Sequenciadores automatizados fazem todas as etapas, com capacidade para realizar 30 ciclos por dia, a partir de picomoles de proteína.
8 Quando uma proteína possui mais de resíduos de aminoácidos, não é possível sequenciá-la diretamente pelo
método de Edman. Proteína Total 150 a.a sequência obtida a partir da proteína intacta 30 aa Para obter a sequência completa de uma proteína, é necessário sequenciar vários peptídeos da mesma proteína, obtidos por diferentes tipos de quebra da cadeia, até haver sobreposição de suas sequências. Diferentes métodos são utilizados para obter-se diferentes peptídeos da proteína: A) enzimas proteolíticas, como tripsina
(quebra em resíduos de Lys ou Arg) e quimotripsina (quebra em resíduos de Phe); B) tratamento com brometo de cianogênio (quebra em Met); e outros. proteína inteira peptídeos método A peptídeos método B
9 Estudos da estrutura tridimensional de
proteínas tiveram grande impulso na década de 1950 com Linus Pauling, e o uso de raios-X para analisar cristais de proteína. Na queratina (proteína da lã de carneiro), Pauling viu um padrão repetitivo de zonas claras (eletrondensas) e escuras na difração de raios X. Para explicar esse padrão, foi proposto o modelo da a-hélice, com as seguintes caracterísiticas: esqueleto covalente C-C-N-C-C-N da proteína assume a forma de espiral ou mola, enrolada para a
direita, com um espaçamento de 3,6 resíduos de aminoácido por volta; o enovelamento é estabilizado por pontes de hidrogênio entre átomos das ligações peptídicas de qualquer aminoácido, exceto prolina; as cadeias laterais dos aminoácidos voltam-se para fora da hélice. Raio X Filme fotográfico a-hélice
10 Linus Pauling também propôs o modelo da folha pregueada ou estrutura b para explicar o padrão de difração de raios X pela b-queratina, proteína presente na unha, chifres e cascos de animais. Na folha pregueada as cadeias polipeptídicas dispõem-se
lateralmente (em paralelo) e fazem pontes de H entre os átomos da ligação peptídica. As cadeias laterais R dos aminoácidos voltam-se para cima ou para baixo do plano da folha Vista lateral Folha anti-paralela -N C -C N Folha paralela -C N Pontes de H
11 antiparalela Paralela, torção à direita Paralela, torção à esquerda Folhas b paralelas e antiparalelas podem se formar em uma proteína através de pequenas torções da cadeia
polipeptídica. 12 A a-hélice e a folha b são os tipos de estrutura secundária mais comum entre as proteínas, por que não dependem da composição e sequência de aminoácidos, sendo estabilizadas apenas por pontes de H dos átomos da ligação peptídica. Entre os 20 aminoácidos, apenas a prolina não pode fazer nenhuma das duas
estruturas, por formar uma ligação peptídica mais rígida em torno do Ca. Existem outros tipos de estruturas secundárias conhecidas, como a dobra b ou “alças” (domínios) de ligação a íons, como Ca2+ ou Zn2+. tipo tipo 2 Dobra b “Zinc-finger” hélice-dobra-hélice
13 Beta-alfa-beta Só beta Só alfa Barril beta Barril alfa-beta A estrutura terciária descreve a forma tridimensional final de uma cadeia polipeptídica, resultando da associação de partes
organizadas da molécula, chamadas de “domínios” ou “motivos” proteicos. Alguns modelos de organização estrutural, como os barris b e ab, aparecem em vários tipos de proteínas, às vezes não relacionadas. 14 Subunidade (uma cadeia
polipeptídica) 15 Algumas
definições importantes: 16 Aminoácidos carregados 17 entre cadeias laterais de aminoácidos polares,
carregados ou não;
18 dependem do estado de ionização dos aminoácidos e do pH do meio; 19 Interações hidrofóbicas: 20 é uma força eletrostática que ocorre entre dipolos temporários;
21 Quais são os tipos de forças que mantém a estrutura tridimensional de uma proteína ?
22 A conformação proteica depende basicamente de forças fracas, como a ponte de H e interações hidrofóbicas. A tabela mostra que a
força das ligações entre os átomos do esqueleto covalente de uma proteína C-C-N-C-C-N é da ordem de 70 a 80 kcal/mol. (Não esquecer que a ligação C-N tem carácter parcial de dupla ligação C=N, por causa da ressonância da ligação peptídica.) * O valor indicado para cada ligação refere- se à quantidade de energia necessária para rompê-la. Tipo de ligação Energia * ( Kcal/mol ) LIGAÇÃO SIMPLES
LIGAÇÃO DUPLA O — H 110 C 170 104 N P 100 146 99 120 N 93 LIGAÇÃO TRIPLA 84 83 S 81 PONTE DE HIDROGÊNIO 70 NH ...O OH ... N NH ... N 51 OH ...
O 4 - 5 C C 195 A ligação peptídica é muito forte e só se rompe em condições químicas drásticas, como 6N HCl a 100ºC. A ponte dissulfeto (-S-S-) é relativa- mente rara entre as proteínas. Por ser um laço covalente, não se rompe quando uma proteína desnatura em meio ácido ou por calor. Proteínas são moléculas frágeis e podem ser desnaturadas, com perda de suas propriedades biológicas, por
pequenas variações do pH ou da temperatura do meio. A ponte de H é uma das principais forças envolvidas na estabilidade da conformação nativa.
23 As interações que as proteínas estabelecem com o meio são importantes na determinação de sua conformação. A
bacteriorhodopsina é formada por 7 segmentos de a-hélices apolares, que delimitam um canal interno de natureza polar. 24 Quanto mais negativo esse índice, mais polar é o aminoácido. 25 Bacteriorhodopsina inserida em uma porção da membrana
26 Por que diferentes moléculas de uma proteína apresentam sempre a mesma estrutura 3D ?
27 De onde vem a energia que estabiliza a estrutura 3D das proteínas ? 28 Utilize o programa RasMol para explorar a estrutura tridimensional de proteínas:
29 Encerramos aqui a segunda aula da disciplina Biofísica de Proteínas. Quais são os tipos de ligações químicas que mantém a estrutura tridimensional das proteínas?Na estrutura tridimensional da ribonuclease estabelecem-se 4 pontes dissulfureto entre as cadeias laterais de 8 das 10 cisteínas existentes na estrutura primária desta proteína. As pontes dissulfureto ligam os elementos de estrutura secundária.
Quais os tipos de ligações responsáveis pela estrutura das proteínas?As proteínas apresentam quatro níveis estruturais: estrutura primária, secundária, terciária e quaternária.
Quais são os tipos de interações fracas importantes que estabilizam a estrutura tridimensional das proteínas?► As ligações fracas são: ► Pontes de hidrogênio; ► Forças de van der Waals; ► Interação hidrofóbica; ► Ligações iônicas.
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