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DESCRIPTION
A função das proteínas é altamente dependente da sua estruturação tridimensional no espaço.A ligação peptídica é planar; omega = 180°.A estrutura das proteínas se dá principalmente por variações nos ângulos phi e psi.Nem todos os ângulos phi e psi são permitidos, diagrama de ramachandran identifica as posições possíveis.A alfa-hélice é a estrutura secundária mais comum entre as proteínas.Na alfa-hélice temos 3,6 resíduos de aminoácidos por volta, onde a estrutura local é estabilizada por pontes de hidrogênio.As folhas beta são conformações secundárias bastante comuns nas proteínas.As folhas beta podem ser paralelas ou anti-paralelas.As voltas-beta são as pontes que ligam as folhas beta.As proteínas podem ser fibrosas ou globulares.A estrutura terciária das proteínas é formada pela interação global entre os elementos de estrutura secundária no espaço tridimensional (largura, altura, comprimento).As proteínas precisam se enovelar em uma forma nativa, de baixa de energia, para funcionarem bem.A forma mais comum e funcional da proteína enovelada é chamada de forma nativa.Algumas proteínas não são capazes de se enovelar sozinhas e para isso existem complexos multiméricos de proteínas chamadas chaperonas.TRANSCRIPT
Estrutura tridimensional de proteínas
Prof. Dr. Francisco Prosdocimi
Níveis de Estruturas Protéicas
A conformação espacial das proteínas
• As proteínas não são traços rígidos porque suas ligações químicas podem realizar rotação– A maioria das ligações químicas
não são planares
• Cada proteína tem uma estrutura específica que depende de– sua estrutura primária– interações químicas resultantes
entre as cadeias laterais dos aminoácidos
– modificações pós-traducionais – condições do meio em que elas
estão inseridas
Temas importantes
• A conformação tridimensional (3D) depende da seqüência de aminoácidos
• A função depende da estrutura• Cada proteína existe em um ou
em pequeno número de formas estruturalmente estáveis
• As principais forças para a estabilização de estruturas são forças não-covalentes
• Existem padrões estruturais comuns que ajudam a organizar o entendimento apolipoprotein A-I (PDB code 1AV1)
Estrutura formada apenas por alfas-hélices
Conformação nativa
• Proteína dobrada em conformação funcional
• Dobramento espacial se dá principalmente por interações fracas – principalmente hidrofóbicas– Ligações de H e iônicas são otimizadas em
estruturas termodinamente mais favoráveis
• Estabilidade estrutural– Tendência a manter a conformação nativa– Ligações dissulfeto são incomuns, mas
estabilizam proteínas de organismos termófilos
• Camada de solvatação: formada pela água envolvendo uma molécula hidrofóbica
Estrutura de uma treptavidina, proteína modificada a partir da estreptavidina humana que funciona biotecnologicamente para ligar outras moléculas, como a biotina. Formada apenas por folhas beta e loops (2Y3E)
Ligações peptídicas e o ângulo omega
Trans: ω = 180º
• Ligações peptídicas teem geometria rígida e planar
Ângulos torsionais, phi e psi
• Responsáveis pela curvatura na estrutura da proteína
• Entre o C-αe o N (do NH2)e o C (do COOH)
Omega, phi e psi
Diagrama de Ramachandran
• Devido a restrições espaciais, nem todos os ângulos são possíveis
• Impedimento estérico: dois átomos não podem ocupar o mesmo lugar
• Azul escuro: áreas semsobreposição
• Assimetria do diagrama vem do fato de que os resíduos das proteínas são L-aminoácidos – Gly tem menos impedimentos estéricos
Estrutura secundária de proteínas
Prof. Dr. Francisco Prosdocimi
Estruturas secundárias
• Descreve o arranjo espacial dos átomos na cadeia principal
• Ocorre quando os ângulos diedros (phi e psi) permanecem quase iguais durante todo um segmento da proteína
• Tipos– Hélices α– Conformações β– Voltas β– Indefinida (loops, coils, turns)
Alfa-hélices
• O arranjo mais simples que as proteínas podem assumir é um arranjo helicoidal
• Esqueleto polipeptídico fica enrolado em torno de um eixo imaginário– Cada volta contém 3,6 resíduos
– Φ = -57º; ψ = -47º
• Grupos R se voltam para fora do eixo
• Em média, 25% dos aminoácidos de qualquer proteína estão em hélices α
All-alpha proteins
Estabilidade da alfa hélice
• A hélice é comum porque nesse modelo as posições das ligações de hidrogênio estão otimizadas– Entre um H ligado ao NH2 e um
O do COOH– Cada ligação peptídica participa
de ligação de hidrogênio, conferindo estabilidade
• Para isso, todos os aminoácidos precisam ter o mesmo tipo de isomeria óptica (L ou D)
Tendência dos aa’s em formar hélices
• O grupo lateral interfere na capacidade do aminoácido em formar hélices– Volume e forma de Asp, Ser, Thr e Cys
desestabilizam se estiverem muito próximos
– Pro e Gly dificultam a formação de hélices
• Relações com o vizinho também são importantes
• Componentes amino a carbonil formam dipolo elétrico
Restrições para a formação de hélice-α
• Tendência do resíduo em formar hélice
• Interações entre os grupos R espaçados 3-4 aa
• Volumes dos grupos R adjacentes
• Ocorrência de Pro e Gly• Interações entre resíduos
das extremidades com o dipolo
1951
Conformação β (beta)
• Esqueleto estendido em forma de zigue-zague
• Folhas β paralelas e anti-paralelas– Paralela: Φ = -119º; ψ = 113º– Anti-par: Φ = -139º; ψ = 135º
• Quanto as folhas são próximas, os grupos R devem ser pequenos– Teias e queratinas... Gly e Ala
Estruturas em folhas Beta
• Beta-propeller Beta-barril
Voltas-β
• A presença de resíduos em voltas ou alças invertem a direção da cadeia
Ramachandran para estruturas 2D
• Valores de phi e psi bem definidos
Dicroismo circular (CD)
• Uma assimetria estrutural em uma molécula leva a diferenças de absorção de luz polarizada
• A medida dessa diferença permite-nos ter uma ideia da estrutura secundária de uma proteína
Estruturas terciárias e quaternárias de proteínas
Prof. Dr. Francisco Prosdocimi
Estrutura terciária (3D)
• Arranjo tridimensional total de todos os átomos de uma proteína
• Alcance mais longo e dimensão total, quando comparado com 2D
• Segmentos distantes na estrutura 1D podem ser atraídos por interações fracas
• Algumas proteínas são formadas por mais de um complexo polipeptídico (quaternária)
• Proteínas fibrosas e globulares
Proteínas fibrosas
• Queratina, colágeno, fibroína– Proteínas estruturais: força e
elasticidade
• Insolúveis em água: aa’s hidrofóbicos (Ala, Val, Leu, Ile, Met e Phe)
• Alfa queratina: cabelo, pelo, unhas, garras, penas, chifres, cascos e parte externa da pele
• Pontes dissulfeto estabilizam e dão mais resistências às cadeias
Colágeno
• Tecidos conectivos: tendões, cartilagens– Garante resistência
• Hélice específica (phi = -51º; psi = 153º)
• Existem mais de 30 variantes do colágeno dependendo do tecido e da função
Fibroínas de seda
• Folhas beta
• Rica em A e G– Alto
empacotamento
• Ligações de H entre as cadeias B
• Não é elástica, mas é flexível
Proteínas globulares
• Diversidade estrutural reflete diversidade funcional– Dobramento gera estrutura compacta
• Teem partes em hélices-a e partes em folhas-B
• Motivos estruturais– Padrão identificável
– Envolve elementos 2De conexões entre eles
Classificação estrutural das proteínas
Classificação estrutural das proteínas
SCOP – Famílias de proteínas
Estrutura quaternária
• Dímeros, homodímeros, heterodímeros
• Trímero, tetrâmero
• Oligômero, multímero
Desnaturação de proteínas
• Condições diferentes das celulares levam as proteínas à desnaturação
• Perda da estrutura leva também à perda da função
• Calor, pHs extremos, temperatura (?), solventes orgânicos, detergentes
Renaturação de proteínas
• A sequência terciária é determinada pela sequência primária, certo?
• As proteínas desnaturadas, portanto, podem voltar aos estados nativos através de renaturação, quando o estímulo é retirado
Enovelamento protéico
• Lento e gradual
• Diminuição da entropiaaté alcançar um estadoestável
• Algumas proteínas se dobramde forma assistida pelasproteínas chaperonas
Vaca louca
• A doença de Creutzfeldt-Jakob, é causada por uma falha no enovelamento de proteínas
• Mecanismo não muito entendido, mas parece que as proteínas em forma priônica transformam as outras tbm em proteínas com esse formato
Conclusões
• Estrutura da proteína é estabilizada principalmente por interações fracas
• Estrutura secundária consiste no arranjo espacial de átomos de trechos de proteínas, definidas por ângulos phi e psi específicos
• A estrutura 3D das proteínas tem dois tipos básicos: proteínas fibrosas e globulares
• A estrutura quaternária vem da junção de várias subunidades terciárias oriundas de genes
• A estrutura das proteínas pode ser destruída pela desnaturação, o que mostra que a função depende da estrutura
• Enovelamento de proteínas envolve múltiplos mecanismos