aula6-24 de setembro de 2007 - quimica.ufscar.br · bauru, 24 de setembro de 2007 aula 6 estruturas...

Ignez CaracelliIgnez Caracelli

BioMat – DF – UNESP/Bauru

Bauru, 24 de setembro de 2007

Aula 6Aula 6Estruturas 3D, domínios Estruturas 3D, domínios

motivosmotivos

IntroduçãoIntrodução a a BioquímicaBioquímica: : BiomoléculasBiomoléculas

Julio Julio ZukermanZukerman SchpectorSchpector

LaCrEMMLaCrEMM –– DQ DQ –– UFSCarUFSCar

1º 2º 3º 4º

A cadeia polipeptídica se enovela (fold) para gerar uma estrutura 3-D única.

Níveis estruturais das proteínasNíveis estruturais 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 estrutura única.

quimotripsinaquimotripsina

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.

Ângulo Ângulo diédricodiédrico φφφφφφφφ

• é o ângulo de torção em

torno de N−−−− Cα :

• é a projeção de

C’(i-1) –N sobre Cα–C’

[C’(i-1) –N–Cα–C’]

C’(i-1)

N

C’

φφφφ planoplano dadaamidaamida

carbonocarbono ααααααααCα

cadeiacadeia

laterallateral

planoplano dadaamidaamida

Ângulo diédrico ψψψψ

ψ é o ângulo de torção em torno de Cα–C’:

é a projeção de N−−−− Cαsobre C’– N(i+1) [N−−−− Cα−−−−C’– N(i+1)]

ψψψψ

N

C’


carbonocarbono αααααααα

cadeiacadeia

laterallateral


N(i+1)

Cα

Rotações podem ocorrer em torno do Cα

C-terminal

N-terminal

átomos Cα

3,6 aminoácidos por voltapasso = 5.4 Å1 Å = 10-10 m

grupos-R → para fora

ligações de H entre(1) C=O===H-N (4)

Hélice Hélice αααααααα


NH3+

COO-

α-hélicesna proteínas são hélices de mão

direita


Hélice Hélice αααααααα -- dipolo eldipolo eléétrico trico

dipolo em cada interação dipolo em cada interação

dipo

lo to

tal

dipo

lo to

tal

Devido aDevido a

1.1. repulsão ou atração eletrostática dos aminoácidos adjacentes.repulsão ou atração eletrostática dos aminoácidos adjacentes.

2.2. interação entre os aminoácidos interação entre os aminoácidos n3n3 ou ou n4n4..

3.3. ocorrência de resíduos de Pro ou ocorrência de resíduos de Pro ou GlyGly..

Hélice Hélice αααααααα -- estabilidadeestabilidade


N nitrogênio

C carbono α

C carbono carboxila

___ ligação de hidrogênio

Hélice Hélice αααααααα -- backbonebackbone (esqueleto)(esqueleto)

Hélice Hélice 331010, , αααααααα, , π π π π π π π πHélice 310 Hélice αααα Hélice ππππ

3,0 res3,0 resííduos/ voltaduos/ voltapasso = 6,0 passo = 6,0 ÅÅ

mais fina e alongada que mais fina e alongada que αααααααα. .

3,6 3,6 resíduos/voltaresíduos/voltapasso = 5,4 Å. passo = 5,4 Å.

4,4 4,4 resíduos/voltaresíduos/voltapassos = 5,2 Åpassos = 5,2 Åmais larga e menor que a mais larga e menor que a αααααααα..

Hélice Hélice 331010, , αααααααα, , π π π π π π π π















vista de vista de cimacima

vista lateralvista lateral

EstruturasEstruturas Beta AntiBeta Anti--paralelasparalelas

vista de vista de cimacima

vista lateralvista lateral

EstruturasEstruturas Beta Beta ParalelasParalelas

EstruturasEstruturas “turns”“turns”

PyruvatePyruvate KinaseKinase

GrGrááfico de fico de RamachandranRamachandran

http://www.ebi.ac.uk/thornton-srv/databases/pdbsum/

150l

1f0w

1bkv

GrGrááfico de fico de RamachandranRamachandran

ProteinasProteinas globularesglobulares e e fibrosasfibrosas

1bkv1f0w

ProteinasProteinas fibrosasfibrosas

1bkv

ColágenoColágeno

tripla hélice de mão-esquerda

Estrutura Estrutura supersecundsupersecundáária 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: α-hélicefolhas-β


Piruvato Cinase


PyruvatePyruvate KinaseKinase


Chr is t i ne Orengo (S t ructu res , 1997 , 5 , 1093 -1108 )

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

DomDomíínionios s estruturaisestruturais

NADPHNADPH

domdomíínioniopequenopequeno

domdomíínioniograndegrande

Estrutura Quaternária de ProteínasEstrutura Quaternária de Proteínas

Algumas proteínas formam agregadosde 2 ou mais subunidadessubunidades.

Estrutura Quaternária de ProteínasEstrutura Quaternária de Proteínas

Razoes para múltiplas subunidades:

1.1. cooperatividadecooperatividadeexemplo: Hb liga O2 cooperativamente.

2. função catalíticaexemplo: HMG-CoA reductase � dímero

3. sínteseexemplo: groEL chaperonina tem 14 subunidades

(a proteína é muito grande para ser sintetizada sozinha.

HMGHMG--CoACoA redutaseredutase

monômeromonômero

dímerodímero

ColágenoColágeno35% Gly21% Pro + Hidroxiprolina

unidade de repetição:unidade de repetição:Gly – X – Pro (HyPro)

hélice de mão esquerda(não α-hélice)com 3 aa/volta

DiagramasDiagramas -- MotivosMotivos

helice

DiagramasDiagramas -- MotivosMotivos

MotivosMotivos Hairpin Hairpin

MotivoMotivoHelixHelix--LoopLoop--HelixHelix (H(H--LL--H)H) MotivoMotivo EFEF--Hand Hand HH--LL--HH

B/T- Figure 2.13

MotivoMotivo ChaveChave--gregagrega

LigantesLigantes

Proteínas ligam-se a outras moléculas chamadas ligantes.

A interação de uma proteína com um ligante é especifica e reversível.

O local de ligação do ligante na proteína é chamado de sítio de

ligação.

A ligação de um ligante resulta em mudança conformacional na proteína

SSíítio de Ligaçãotio de Ligação

α1α2

β2β1

α2β2

Hemoglobina:Hemoglobina: transporte de O2 no sangue

grupo prostético com:•anel da porfirina •átomo de Feno estado ferroso (Fe2+)

O Fe2+ é coordenadopor 4 nitrogênios pirrolícos

GrupoGrupo HemeHemeMioglobina liga O2 nas células musculares.

O grupo heme se localiza em um bolso.

Heme

Fe2+

Fe3+

X

(proximal histidine)

A 5a. posição de coordenação do Fe2+ é ocupada por uma histidina chamada de proximal.

A 6a. posição de coordenação é o sítio de ligação do O2.

Mioglobina Hemoglobina

As subunidades da hemoglobina são estruturalmente similares à mioglobina

mioglobinamioglobina subunidadesubunidade ββββββββ dadahehemoglobinamoglobina

grupogrupohemeheme

Especificidade do ligante no HemeEspecificidade do ligante no Heme

Monóxido de carbono (CO) liga-se 20.000 vezes melhor que O2

Mioglobina liga CO 200 vezes melhor que O2

Interferência estérica da Mioglobina com a ligação do CO ao heme

A histidina distal interage com o ligante (CO ou O2).

Proximal His

Distal His

Eritrócitos humanos (células vermelhas do sangue)

Hemoglobina libera O2 e liga CO2, H+ nas extremidades

O2O2

CO2

H+

Hemoglobina libera CO2 nos pulmões e liga O2.

Pulmões pH = 7,6Tecido pH = 7,2

normaisnormais

anemia falciformeanemia falciforme

ERITRÓCITOSERITRÓCITOS

Val 6

Val 6

Glu 6

Glu 6

Anemia Falciforme

anemiafalciforme

HemoglobinaHemoglobina: : CooperatividadeCooperatividade

A hemoglobina é uma proteína alostérica.A ligação de um ligantes

afeta a ligação dos ligantes nos outrossítios da proteína.

HbHb e e cooperatividadecooperatividade

O2OO22

α1

α2

α1

α2

β1

β2

β1

β2

O2

O2

O2

• responde a bactérias, vírus e proteínas nos fluidos corporais.• utiliza anticorpos (imunoglobulinas, Ig), proteinas que se ligam a moléculas estranhas e consideram alvo paradestruição.

• as moléculas estranhas reconhecidas pelos anticorpos sãoantigenos.

•o anticorpo reconhece uma certa região do chamada de epítopo. P. ex: uma seqüência pequena de aa.

•os anticorpos são produzidos pelos linfócitos B.

O sistema imunológicoO sistema imunológico

Sistema Imunológico CelularSistema Imunológico Celular

•destrói células infectadas.

•utiliza macrófagos, células que engolem partículas grandes•e células infectadas.

•linfócitos T reconhecem células infectadas através dos receptores da célula T sobre a superficie.

Proteínas MHCProteínas MHC(Major (Major HistocompatibilityHistocompatibility ComplexComplex))

são centrais na produção da resposta imunológica).

ligam-se a proteínas digeridas na célula.

proteínas MHC I estão sobre a superfície das células .

proteínas MHC II estão sobre a superfície dos macrófagos e células B

Proteínas MHCProteínas MHCEstrutura da proteína MHC I

ligada a um antígeno.

O antígeno é um peptídeo derivado do HIV.

proteínaMHC I

peptídeoHIV

AnticorposAnticorpos

O sistema imunologico utiliza anticorpos, ou imunoglobulinas, (Ig).

Anticorpos são proteínas que se ligam a moléculas estranhas para destruí-las.

Há vários tipos de imunoglobulinas presentes no sangue:

IgA, IgD, IgE, IgG, IgM.

Estrutura do IgG

150.000 D

Classes de Classes de IgIgIgA, IgD, IgE

IgG, IgM(≠ na cadeia pesada)

Estrutura do IgG

MovimentoMovimento MolecularMolecular

Há movimento na natureza.

O movimento é mediado por proteínas.

A energia para o movimento normalmente está na forma de ATP

MiosinaMiosina6 6 subunidadessubunidades, PM = 540.000 D, PM = 540.000 D

Filamento fino.

MiosinaMiosina

Contração do músculo ocorre quando filamentos finos e grossos deslizam uns sobre os outros.

relaxado

contraído

O sistema imune é nossa defesa contra invasores.

O sistema deve ser capaz de reconhecer o que é próprio ou estranho.

A resposta a uma invasão viral ou bacteriana esta baseada na interação proteína-ligante.

Leucocitos – células brancas do sangue– células do sistema imune– macrófagos e linfócitos

O sistema imunológico hidrhidróólise do ATPlise do ATP

+

ATP

ADPPi

Enzimas são proteínas que alteram quimicamente os ligantes que a ela se ligam.

Em uma enzima o ligante é chamado de substrato.

Os sítios de ligação dos substratos são chamados sítio ativo.

EnzimasEnzimas SerinoSerino--proteaseprotease: tr: trííade catalíticaade catalítica

SerinoSerino--protease: protease: ataqueataque dada serinaserina SerinoSerino--proteaseprotease: intermediário : intermediário

SerinoSerino--protease: protease: ataqueataque dada HH22OO SerinoSerino--proteaseprotease: : hidrhidróólise lise

Glutationa redutase

Enzima GREnzima GR

enzimas homodiméricas �� 500 aa / monômero

flavoproteínas: grupo prostético → FAD

coenzima: NADPH

humanos e mamíferos em geral

GSSG + NADPH + H+→ 2 GSH + NADP+GRGR

(GR)(GR)

Ciclo da Reação Catalítica da GR

eb

c

f

d

a ES-SE

NADPH

EH2 + NADP+

NADP+

EH2

GSSG

GSH

GSH

H+

E-S-S-G •••• GS-

EH2 •••• G-S-S-G

E-S-S-G

Ignez Caracelli – Departamento de Física – Faculdade de Ciências de Bauru - UNESP

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