1 ignez caracelli biomat – df – unesp/bauru bauru, 15 de setembro de 2008. aula 6 estruturas...

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Ignez CaracelliIgnez Caracelli

BioMat – DF – UNESP/Bauru

Bauru, 15 de setembro de 2008.

Aula 6Aula 6Estruturas Secundária,Terciária e Estruturas Secundária,Terciária e

Quaternária de Proteínas Quaternária de Proteínas

Introdução a Bioquímica: Introdução a Bioquímica: BiomoléculasBiomoléculas

Julio Zukerman SchpectorJulio Zukerman Schpector

LaCrEMM – DQ LaCrEMM – DQ –– UFSCar UFSCar

Estrutura Primaria até Quaternária Estrutura Primaria até Quaternária

primária primária

secundáriasecundária

folha folha

hélice hélice

terciáriaterciária

Interações e Estrutura Terciária Interações e Estrutura Terciária

Entre as interações a serem consideradas temos

as estruturas específicas que resultam de interações de longo alcanceinterações de longo alcance:

interações eletrostáticas ligações de hidrogênio (OH, N H, S H)interações hidrofóbicas

Caracelli &Zukerman-Schpector,. Introdução à Biofísica Estrutural -EdUfSCar, 2006.

Interações e Estrutura Terciária Interações e Estrutura Terciária

Caracelli &Zukerman-Schpector,. Introdução à Biofísica Estrutural -EdUfSCar, 2006.

ligação iônica

ligação de hidrogênio

interações de van der Waals entre átomos em contacto (em preto)

I. Interações iônicas (exterior)I. Interações iônicas (exterior)

Caracelli &Zukerman-Schpector,. Introdução à Biofísica Estrutural -EdUfSCar, 2006.

Formadas entre duas cadeias laterais de aminoácidos carregados: negativosnegativos (Glu, Asp); positivospositivos (Lys, Arg, His).   

•São interações dependentes de pH (pKa). •Lembrar que os pKs no interior de uma proteína podem ser diferentes daqueles do aminoácido livre.

II. Ligações de hidrogênio (interior e exterior)II. Ligações de hidrogênio (interior e exterior)

Caracelli &Zukerman-Schpector,. Introdução à Biofísica Estrutural -EdUfSCar, 2006.

Aparecem entre as cadeias laterais, backbone, água;

Aparecem com cadeias laterais dos aminoácidos aminoácidos carregadoscarregados: Glu, Asp, His, Lys, Arg;

Aparecem com cadeias laterais dos aminoácidos polaresaminoácidos polares: Ser, Thr, Cys, Asn, Gln, [Tyr,Trp] 

II. Ligações de hidrogênio (interior e exterior)II. Ligações de hidrogênio (interior e exterior)

Caracelli &Zukerman-Schpector,. Introdução à Biofísica Estrutural -EdUfSCar, 2006.

Ligações de hidrogênio em estrutura terciária

SCH2

R

H

H

HN N

CH2

H

C

O

R

H

H

C,M

E,G,N,Q

HO CH2

HO CH

R

HN

HCH2

HN

HC

O

NH

H C

NH2+

NH

Y

S,T

K

R

N,Q

III. III. Interações hidrofóbicas (interior)Interações hidrofóbicas (interior)

Caracelli &Zukerman-Schpector,. Introdução à Biofísica Estrutural -EdUfSCar, 2006.

Formam-se entre cadeias laterais de resíduos não-polaresnão-polares:

Alifáticos: Ala, Val, Leu, Ile, Pro, Met

Aromáticos: Phe,Trp, Tyr

Formam-se clusters de cadeias laterais, mas não há o

requerimento para uma orientação especifica como ocorre

com a ligação de hidrogênio;

O interior da proteína fica distante da água;

São não-dependentes do pH.

IV. Ligações dissulfeto (IV. Ligações dissulfeto (intraintracadeias e cadeias e interintercadeias)cadeias)

Caracelli &Zukerman-Schpector,. Introdução à Biofísica Estrutural -EdUfSCar, 2006.

São formadas entre os resíduos de cisteínas:

CysSSH + HSSCys CysSSSSCys

São catalisadas por enzimas especificas, e agente oxidantes;

Restringem a flexibilidade da proteína.

presença ou não de um grupo prostético proteínas simples e proteínas conjugadas holoproteína = apoproteína + grupo prostético (grupo prostético ex: FAD, Fe, Grupo heme, etc)

presença ou não de subunidades proteínas monoméricas e proteínas oligoméricas

ex: 2 monômeros iguais – homodímeroex: 2 monômeros diferentes – heterodímero

estrutura global proteínas fibrosas e proteínas globulares

A Estrutura das ProteínasA Estrutura das Proteínas

1.A estrutura 3-D de uma proteína é determinada por sua seqüência de aminoácidos.

2. A função de uma proteína depende de sua estrutura.

3. Cada proteína tem uma uma estrutura únicaestrutura única.

QUIMOTRIPSINAQUIMOTRIPSINA – serino-protease – serino-protease

catalisa hidrólise de ligações peptídicas

QUIMOTRIPSINAQUIMOTRIPSINA – serino-protease – serino-protease

tríade catalítica

As proteínas tem uma conformação conformação especespecííficafica, o arranjo espacial dos átomos.

As proteínas na sua conformação funcional e enovelada estão em seu estado nativonativo.

Estado NativoEstado Nativo

11 seqüência × seqüência × 22 enovelamentos enovelamentos

Interconversion between two unrelated protein folds in the lymphotactin native stateTuinstra, Peterson, Kutlesa, Elgin, Kron & Volkman (2008)www.pnas.orgcgidoi10.1073pnas.0709518105

Estrutura Terciária das ProteínasEstrutura Terciária das Proteínas

ligação dissulfeto

ligação iônica

ligação de hidrogênio

“esqueleto” polipeptídico

interações de van der Waals e hidrofóbicas

Estrutura supersecundEstrutura supersecundáária - ria - motivosmotivos

Há padrões comuns no enovelamento das proteínas chamados de motivos.

Os motivos são encontrados em várias proteínas de função diversa.

Uma proteína pode conter vários motivos estruturais diferentes.

A estrutura de cada proteína é totalmente diferente ou há motivos comuns?

Há padrões comunspadrões comuns de enovelamento da cadeia polipeptídica na maioria das proteínas.

Exemplos: -hélice folhas-

Estrutura supersecundEstrutura supersecundáária - ria - motivosmotivos

Estrutura supersecundEstrutura supersecundáária ria

combinações de elementos de estrutura secundária (hélices e fitas )

caracterizam classes de proteínas

Estrutura supersecundEstrutura supersecundáária ria SCOP SCOP

SCOP (SStructural CClassification OOf PProteins)

Estrutura supersecundEstrutura supersecundáária - Mria - Motivosotivos

Estrutura supersecundEstrutura supersecundáária - ria - motivosmotivos

Estrutura supersecundEstrutura supersecundáária - ria - motivosmotivos

Estrutura supersecundEstrutura supersecundáária - ria - motivosmotivos

Estrutura supersecundEstrutura supersecundáária - ria - motivosmotivos

Estrutura supersecundEstrutura supersecundáária ria

somente α

Estrutura supersecundEstrutura supersecundááriariasomente β

Estrutura supersecundEstrutura supersecundááriaria

α / β

Estrutura supersecundEstrutura supersecundáária ria

α + β

Ch r is t i n e O ren g o (S t ru c tu res , 1997 , 5 , 1093-1108)

Estrutura supersecundEstrutura supersecundááriaria

DomDomíínionios estruturaiss estruturais

NADPHNADPH

domíniodomíniopequenopequeno

domíniodomíniograndegrande

Estrutura terciária das proteínasEstrutura terciária das proteínas

As proteínas se enovelam em estruturas globulares e excluem HH22OO de seu interior.

Em geral:Aminoácidos não-polares no interior

Val, Leu, Ile, Met, PheAminoácidos carregados na superfície

Arg, Lys, His, Asp, GluAminoácidos polares não-carregados na superfície ou interior

Ser, Thr, Asn, Gln, Tyr, Trp

Estrutura Quaternária de ProteínasEstrutura Quaternária de Proteínas

Algumas proteínas formam

agregados de 2 ou mais subunidadessubunidades.

quaternária quaternária

Estrutura Primaria até Quaternária Estrutura Primaria até Quaternária

primária primária

secundáriasecundária

folha folha

hélice hélice

terciáriaterciária

Estrutura Estrutura QuaternáriaQuaternária de Proteínas de Proteínas

Razoes para múltiplas subunidades:

1.1. cooperatividadecooperatividade exemplo: Hb liga O2 cooperativamente.

2. função catalítica exemplo: HMG-CoA reductase dímero

3. síntese exemplo: groEL chaperonina tem 14 subunidades

(a proteína é muito grande para ser sintetizada sozinha.

Estrutura Quaternária de ProteínasEstrutura Quaternária de Proteínas

Estrutura Quaternária de ProteínasEstrutura Quaternária de Proteínas

Estrutura Quaternária de ProteínasEstrutura Quaternária de Proteínas

Estrutura Quaternária de ProteínasEstrutura Quaternária de Proteínas

Capsídeo de poliovirus (simetria icosahedral), 30 nm diâmetro

Estrutura Quaternária de ProteínasEstrutura Quaternária de Proteínas

Tobacco mosaic virus (300 nm x 18 nm), simetria helicoidal

Estrutura Quaternária de ProteínasEstrutura Quaternária de Proteínas

Diagramas - MotivosDiagramas - Motivos

helice

Diagramas – Motivos/TopologiaDiagramas – Motivos/Topologia

MotivosMotivos

Hairpin Hairpin

Motivo:Motivo: Helix-Loop-HelixHelix-Loop-Helix (H-L-H)(H-L-H)

Motivo EF-Hand Motivo EF-Hand H-L-HH-L-H

B/T- Figure 2.13

Motivo Chave-gregaMotivo Chave-grega

Estruturas × PDBEstruturas × PDB

Estruturas × PDBEstruturas × PDBtotal de estruturas 3D

Estruturas × PDBEstruturas × PDBtotal de estruturas 3D – raio X

Estruturas × PDBEstruturas × PDBtotal de estruturas 3D – NMR

Estruturas × PDBEstruturas × PDBtotal de estruturas 3D –microscopia eletrônica

Estruturas × PDBEstruturas × PDBtotal de estruturas 3D –microscopia eletrônica

1dgi 1gw7

Estruturas × PDBEstruturas × PDBtotal CATH – topologias

Estruturas × PDBEstruturas × PDBtotal CATH – superfamilias-topologia/ano

Estruturas × PDBEstruturas × PDBtotal SCOP – enovelamentos

Estruturas × PDBEstruturas × PDBtotal SCOP – superfamilias/ano