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Universidade Federal de PelotasInstituto de Química e Geociências

Departamento de Bioquímica04

BÁSICA EM IMAGENS- um guia para a sala de aula

Aminoácidos, peptídeos e proteínas

© Copyright 2008 – Chaves & Mello-Farias – ISBN 978-85-7192-387-4

Hierarquia estrutural na organização molecular das células

Nível 4:Célula e

organelas

Nível 3:Complexos

Supramoleculares

Nível 2:Macromoléculas

Nível 1:Unidades

Monoméricas

Proteínas

Celulose

GlicídiosParede Celular

Cromossomos

Membrana Plasmática Aminoácidos

DNANucleotídeos

Lipídios

© Copyright 2008 – Chaves & Mello-Farias – ISBN 978-85-7192-387-4BÁSICA EM IMAGENS – um guia para a sala de aula

4. Proteínas

• Conceito

encefalinacanal de K

insulina


proteínas

• Importância e diversidade funcional

substâncias + abundantes nos seres vivossubstâncias + abundantes nos seres vivos

Expressão gênica (papel central): a informação contida no DNA éexpressa através das proteínas;

Estrutural (plástica): matéria-prima para a construção e reparo das

biológica”)

estruturas celulares;

Dinâmica (“atividade : catálise, transporte, regulação,

ncia as proteínas de outros componentes celulares (glicídios, lipídios) considerados substâncias inertes.

reserva, defesa, etc.

* difere

natureza protéicanatureza protéica≈70% da MS da célula≈70% da MS da célula

Proteína G


proteínas

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Proteína

Síntese de mRNA no núcleo

Movimento do mRNA para o citoplasma

Síntese de proteínas

CITOPLASMA

Polipeptídeo Aminoácidos

Ribossomo

Dogma Central da Biologia Molecular

•Im

port

ânci

a e

dive

rsid

ade

func

iona

l

proteínas

• Importância e diversidade funcionalDogma central da Biologia Molecular

DNA

RNA

proteína

Transcrição

Tradução

Replicação


proteínas

• Importância e diversidade funcional

Transcrição

Tradução

Proteína

Fita molde


proteínas

• Exemplos e etimologia da palavra

Insulina

Glutamina sintetase

Hemoglobina

Citocromo c Ribonuclease Lisozima Mioglobina

Imunoglobulina


proteínasComposição em AA de três proteínas

Nº de AA por molécula de proteína

AA Quimotripsinogênio(bovino)

Lisozima(clara de ovo)

Citocromo c(humano)

Glicina 23 12 13

Alanina 22 12 6

Valina 23 6 3

Leucina 19 8 6

Isoleucina 10 6 8

Metionina 2 2 3

Prolina 9 2 4

Fenilalanina 6 3 3

Triptofano 8 6 1

Serina 28 10 2

Treonina 23 7 7

Asparagina 15 13 5

Glutamina 10 3 2

Tirosina 4 3 5

Cisteína 10 8 2

Lisina 14 6 18

Arginina 4 11 2

Histidina 2 1 3

Aspartato 8 8 3

Glutamato 5 2 8

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•Co

mpo

siçã

o

proteínas

• Composição

Composição de algumas proteínas

ProteínasNúmeros de aminoácidos

Número de cadeiaspolipetídicas

Insulina (bovina) 51 2

Lisozima (clara do ovo) 129 1

Mioglobina (equina) 153 1

Hemoglobina (humana) 574 4

Aspartatotranscarbamoilase (E. coli) 2700 12

RNA polimerase (E. coli) 4100 5

Apoliproteína B (Humana) 4536 1


4.1. Classificação

proteínas

a) Quanto à forma

• Globulares• Fibrosas

• Monoméricas• Oligoméricas• Multiméricas

b) Quanto ao n° de cadeias polipeptídicasmioglobina

• Simples• Conjugadas

c) Quanto à composição química


proteínas

c) Quanto à composição química – proteínas conjugadas

ClasseClasse AA + ...AA + ... ExemploExemplo

Glicoproteínas Glicídeos proteínas da MP, proteínas secretadas

Lipoproteínas LipídeosÁcidos graxosColesterolTriacilgliceróisFosfolipídios

lipoproteínas de transporte de lipídeos no sangue

Nucleoproteínas Ácidos nucléicos ribossomos, nucleossomos,spliceossomos

Metaloproteínas Fe, Cu, Mn, Mo, Zn ceruloplasminas, prots FS e RSP

Fosfoproteínas Fósforo caseína

Hemeproteínas Heme hemoglobina, mioglobina


proteínas

• Nucleoproteínas

Nucleossomo

• DNA

• Histonas


proteínas

• Hemeproteínas

HEME

• Complexo orgânico

• Anel porfirina + Fe+2


proteínas

• Classificação - exemplos

Colágeno

Mioglobina

Glicoproteína

Insulina Actina

Hemoglobina


proteínas

• Classificação - exemplos

Caseína

ATP sintaseAlbumina

ImunoglobulinaLisozima


4.2. Conformação espacial

conformação espacial que permite a sua funcionalidade

Proteína seqüência de AAconformação espacial

função

descrita em níveis estruturais de complexidade crescente

didaticamente → 4 níveis estruturais

proteínas

Proteína nativa


proteínas

• Conformação espacial – Cristais de proteínas

d) Azidomete mio-hemeritatina (verme

marinho Siphonosoma funafuti)

e) Hemoglobina de lampréia

f) Bacterioclorofila uma proteína

(Prosthecochloris aestuarii)

a) Azurita (Pseudomonas aeruginosa)

b) Flavodoxina (Desulfovibrio vulgaris)

c) Rubredoxina (Clostridium pasterianum)


• Conformação espacial – Cristais de proteínas

proteínas

Representação de preenchimento estereoespacialde um segmento de alfa-hélice de mioglobina de esperma de baleia, determinado por cristalografiade raios-X.

Fotografia de difração de raio-X de um cristal de mioglobina de esperma de baleia.


proteínas

• Conformação espacial – estrutura 1ária

determinada geneticamente

(DNA)


(DNA)

determina a função da proteína

(níveis estruturais superiores)



Ligações: peptídicas *posição das cys



proteínasproteínas


RNA

DNA

ThrPro Glu

Lys

Thr LysPro

Glu

GluVal

A mudança em uma única base leva a uma doença chamada anemia falciforme

RNA

DNAmutado

Hemácia normalsubstituição

Hemácia alterada


(DNA)


(DNA)









proteínas

Transcrição

Tradução

Proteína

Fita molde


Cadeialateral

Cα

pontes de H entre átomos que participam das ligações peptídicas estabilizam a estrutura helicoidalparalelas ao eixo da cadeia

α - hélices: enrolamento da cadeia ao redor de um eixo

α - hélicesα - hélices

proteínas


cadeias laterais (R) projetadas para fora da hélice



proteínas


Estrutura de uma cadeia polipeptídica em α-hélice, estabilizada por pontes de H intra-cadeia



Representação de preenchimento estereoespacial de um segmento de alfa-hélice de mioglobina de esperma de baleia, determinado por cristalografia de raios-X.


proteínas



proteínas

Proteina-Gα - hélicesα - hélices



proteínas

folhas β pregueadas: interação lateral de segmentos- da mesma cadeia - de cadeias diferentes

pontes de H entre átomos que participam das ligações peptídicasperpendiculares ao eixo da cadeia

Folhas β−pregueadasFolhas β−pregueadas



Organização de duas cadeias polipeptídicas em folha β-pregueada, estabilizadas por pontes de H inter-cadeias


proteínas



proteínas

Disposição antiparalela das cadeias polipeptídicas

Vista superior

Vista lateral



Disposição paralela das cadeias polipeptídicas

Vista superior

Vista lateral


proteínas




proteínas


IgG


Mioglobina

• pontes dissulfeto (S-S)• pontes de H• forças de Van der Waals• ligações iônicas• interações hidrofóbicas

• pontes dissulfeto (S-S)• pontes de H• forças de Van der Waals• ligações iônicas• interações hidrofóbicas


proteínas

A maioria das proteínas estrutura 3ária globularResíduos hidrofóbicos: interior

hidrofílicos: exterior

A maioria das proteínas estrutura 3ária globularResíduos hidrofóbicos: interior

hidrofílicos: exterior



proteínas

Interações que mantêm a estrutura terciária de proteínas

(1) hidrofóbica(2) ponte de H (3) eletrostática



proteínas

Interações que mantêm a estrutura terciária de proteínas



proteínas

Ornitinadescarboxilase Ovoalbumina



proteínas

Estrutura de raio-X da enzima triose fosfato isomerase (TIM), com 247 resíduos de aminoácidos, isolada de músculo de frango



proteínas

• pontes de H• forças de Van der Waals• ligações iônicas• interações hidrofóbicas

• pontes de H• forças de Van der Waals• ligações iônicas• interações hidrofóbicas

Associação de 2 ou + cadeias polipeptídicasAssociação de 2 ou + cadeias polipeptídicas

Funcionalidade conjunto de todas as subunidadesFuncionalidade conjunto de todas as subunidades


• Conformação espacial – resumo

proteínas

Hemoglobina

estrutura 1ária estrutura 2ária

estrutura 3ária

estrutura 4ária



proteínas

estrutura 1ária estrutura 2ária estrutura 3ária estrutura 4ária


Folha β

AA (monômero)Cadeias laterais dos AA

são diferentes em cada um dos 20 AA

Cadeiapolipeptídica

Estrutura 1ária

Estrutura 4ária

Estrutura 3ária

Estrutura 2ária

α hélice

Ponte de H

Ligação S-S


proteínas


proteínas

• Ligações iônicas ou eletrostáticas: são o resultado da força de atração entre grupos ionizados de carga contrária;

• Ligações ou pontes de hidrogênio: formadas quando um próton (H+) é compartilhado entre dois átomos eletronegativos muito próximos. O H+ pode ser partilhado entre átomos de hidrogênio ou de oxigênio próximos entre si. São essenciais para o pareamento específico entre as bases de ácidos nucléicos, proporcionando a força que mantém unidas as duas cadeias do DNA e permite a codificação específica do DNA em RNA.

• Interações hidrofóbicas: correspondem à associação de grupos não polares, que a fazem de modo a excluir o contato com a água. Nas proteínas globulares, as cadeias laterais dos aminoácidos mais hidrofóbicos tendem a agregar-se no interior da molécula, e os grupos hidrofílicos sobressaem na superfície das mesmas. Os resíduos hidrofóbicos repelem as moléculas de água que envolve a proteína e determinam que a estrutura globular torne-se mais compacta.

• Interações de Van der Waals: só se produzem quando os átomos estão mais próximos. Esta proximidade de duas moléculas pode induzir flutuações de carga, produzindo atrações mútuas à curta distância.

A diferença fundamental entre ligações covalentes e não-covalentes está na quantidade de energia necessária para romper esta ligação. Em geral as ligações são rompidas pela intervenção de enzimas, enquanto as não-covalentes se dissociam com facilidade através de forças físico-químicas.

• Ligações não covalentes de ocorrência em proteínas

Fonte: www.ciagri.usp


4.3. Funções e exemplos Estrutural Queratina Colágeno (tec. conjuntivo fibroso)

Fibroína Elastina (tec. conjuntivo elástico)

Reguladora Insulina Hormônio de crescimentoRepressores

Defesa AnticorposFibrinogênio , TrombinaToxina botulínicaVeneno de serpentes, apitoxinaRicina (mamona)

Transporte HemoglobinaAlbumina do soroMioglobinaβ1-lipoproteína

Contrátil (movimento) ActinaMiosinaTubulinaDineína

Reserva (nutritivas) Gliadina (trigo)Ovoalbumina (ovo)Caseína (leite)Ferritina

enzimática (catálise) Ribonuclease, Tripsina

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• Função estrutural

A tripla hélice de colágeno(tropocolágeno)

Micrografia eletrônica de fibrilas de colágeno dapele

Seqüência de aminoácidos da porção C-terminal da região tríplicehélice da cadeia de colágeno bovino α1(I).

proteínas


Colágeno

Colágeno

• Cadeia simples • Tropocolágeno• Glicinas centrais

• Função estruturalproteínas


proteínas

• Função estrutural - colágeno

Cadeia simples Tropocolágeno Glicinas centrais


proteínas

• Função estrutural -

α-Queratina

A organização microscópica do fio de cabelo

cabelos, lã, chiffres, unhas, cascos, epiderme


α-Queratina

α hélice

Enrolamento de 2 α hélices

Protofilamento

Filamento (4 protofibrilas)

Secção transversal de um fio de cabelo

α hélice

protofilamento

filamento intermediário

filamento

enrolamento de2 α hélices

Mamíferos: cabelos, lã, chiffres, unhas, cascos, epiderme

* β-queratina: aves e répteis → penas, escamas

proteínas

• Função estrutural - queratina


α-hélices adjacentes

interligações de cistina (dois resíduos de cisteína ligados pelos grupos sulfidrílicos) entre α-hélices adjacentes daα-queratina. Nas queratinas “duras” como aquelas do casco da tartaruga, as interligações por resíduos de cistina são muito numerosas.

proteínas


α-Queratina

Pontes dissulfeto entre α-hélices© Copyright 2008 – Chaves & Mello-Farias – ISBN 978-85-7192-387-4BÁSICA EM IMAGENS – um guia para a sala de aula

Pontes dissulfeto entre α-hélices

proteínas

• Função estrutural α-Queratina


Cadeia lateralde Ala

Cadeia lateralde Gly

proteínas



Fibroína

Ala (-CH3)

Gly (-H)

Cadeia lateral

Ala ou Ser

Gly

Cadeia lateral

proteínas


Fibroína


• Função estruturalproteínas

Glicoproteína


Calcitonina (metabolismo do Ca++)Hormônio do crescimento

Glucagon

Insulina

• Função reguladoraproteínas

Hormônios


IgG

• Função de defesaproteínas

Imunoglobulinas(anticorpos)


proteínas

• Função de defesa

Trombina

Mamona

Peptídeos e proteínas da Apitoxina

Ricina


Heme

Hemoglobina

Hemácia

As hemácias contêm centenas de moléculas de hemoglobina que transportam O2

O O2 se fixa ao heme na hemoglobina

Mioglobina

Hys

• Função de transporteproteínas


Complexos da Cadeia Transportadora de Elétrons

• Função de transporteproteínas


proteínas

• Função de transporte

Apolipoproteínas

Colesterol Fosfolipídios

TAGs e ésteres do colesterol


Miosina

TubulinaDineína

Filamento de Actina

• Função contrátilproteínas


Caseína

Ovoalbumina

GliadinaGlutenina

• Função de reservaproteínas


proteínas

• Função enzimática - catálise

Complexo Enzima-

Substrato

Substrato éconvertido nos

produtos

Enzima(sacarase)

Substrato(sacarose)

Substrato se liga à enzima

Enzima disponível

para a molécula de

substrato

Produtos são liberados

Glicose

Frutose

Enzimas


proteínas

• Função enzimática - catálise

Glutamina sintetase de Salmonella typhimurium


4.4. Propriedades proteínas

• especificidade

• solubilidade

• desnaturação

• ponto isoelétrico

• tamponamento Proteína G


Estrutura da Insulina – Cadeias aminoacídicas

Idêntico para vertebradosIdêntico – bov., suínos e hum.Mutações hum.A3B10 B24B25

Diferente p/ bov. A8 A10; bov e suíno B30

proteínas

• especificidade


proteínas• especificidade

Seqüências de aminoácidos dos citocromos c de 38 espécies


Seqüências de aminoácidos dos citocromos c de 38 espécies

proteínas• especificidade


Árvore filogenética do citocromo c

proteínas

• especificidade


proteínas

• solubilidade


proteínas

• solubilidade

• Cadeia simples • Tropocolágeno • Glicinas centrais


proteínas

• desnaturação

lisozima

• Proteína nativa


Estado nativo,cataliticamente ativo

Adição de uréia e

mercaptoetanol

Remoção de uréia e

mercaptoetanol

Estado nativo,cataliticamente ativo.

Pontes dissulfetocorretamente refeitas

Estado desenovelado, inativo. Pontes dissulfeto reduzidas formando resíduos de Cys

proteínas

• desnaturação


proteínas

• desnaturação


Estado nativo,cataliticamente ativo

Adição de uréia e

mercaptoetanol

Remoção de uréia e

mercaptoetanol

Estado nativo,cataliticamente ativo.

Pontes dissulfetocorretamente refeitas

Estado desenovelado, inativo. Pontes dissulfeto reduzidas formando resíduos de Cys

proteínas

• desnaturação


proteínas

• ponto isoelétricoCarga elétrica total Σ cargas dos R dos AAΣ cargas dos R dos AA

PKaPH do meio

PKaPH do meio

pI n° cargas + = n° cargas –

molécula e- neutra

n° cargas + = n° cargas –

molécula e- neutra

Proteínasnão pode ser calculado pelos pKas dos AA

↑ n° AAlocalização

não pode ser calculado pelos pKas dos AA↑ n° AAlocalização

determinado experimentalmente

determinado experimentalmente

pH no qual a molécula não migra

qdo. Submetida a um campo e-pH no qual a molécula não migra

qdo. Submetida a um campo e-

pI's característicospI's característicos refletem proporção AA ác. / AA bas.refletem proporção AA ác. / AA bas.


a) amostras diferentes são colocadas nos poços ou depressões no topo do gel de poliacrilamida. As proteínas movem-se para o interior do gel quando um campo elétrico éaplicado.

b) as proteínas podem ser visualizadas depois da eletroforese pelo tratamento do gel com um corante. Cada banda no gel representa uma proteína diferente (ou uma subunidade protéica).

Sentido da migração

AmostraEletroforese

• ponto isoelétricoproteínas


proteínas

• ponto isoelétrico

Ponto isoelétrico (pI) de algumas proteínas e sua composição

em AA ácidos e básicos

AA (%)

Ácidos Básicos

Proteinas pI Asp Glu Arg His Lys

Pepsina 1,0 16,6 11,3 1,0 0,5 0,4 15

Albumina 4,8 10,4 17,4 6,2 3,5 12,3 1,3

Mioglobina 7,0 4,7 8,3 1,9 7,5 12,8 0,6

Citocromo c 10,6 3,6 5,9 2,2 2,5 15,2 0,5

Ác / Bas


pI = 1,0

R ács. >ria dos protonados COOHpoucos desproton. COO-

R básicos (poucos) NH3+

pI = 1,0

R ács. >ria dos protonados COOHpoucos desproton. COO-

R básicos (poucos) NH3+

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+ AA ácidos (28%)

- AA básicos (2%)

+ AA ácidos (28%)

- AA básicos (2%)

PepsinaPepsina

pI = 10,6

R bás. ½ desprotonados NH2½ protonados NH3

+

R ácidos COO-

pI = 10,6

R bás. ½ desprotonados NH2½ protonados NH3

+

R ácidos COO-

AA básicos (20%)AA ácidos (10%)

AA básicos (20%)AA ácidos (10%)

Cit cCit c

•po

nto

isoe

létr

ico

pH < pI carga líquida + (COOH e NH3+)

pH > pI carga líquida - (COO- e NH2)

Proteínas1 pI 14

ácidas básicas

Proteínas1 pI 14

ácidas básicas

pI das proteínasn° R ács. desprotonados COO- = n° R bás. protonados NH3

+

pI das proteínasn° R ács. desprotonados COO- = n° R bás. protonados NH3

+

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