Universidade Potiguar - UnPDisciplina: Bioquímica Professora: Ana Katarina M. C. Soares

PROTEÍNAS

Aminoácidos ligados formam uma cadeia protéica (polipeptídica), originando as proteínas. Estas são as macromoléculas mais importantes, elas possuem estruturas complexas e desempenham inúmeras funções, como:

- Dinâmicas: Transporte, defesa, catálise de reações, controle de metabolismo e contração. - Estruturais: colágeno e elastina (sustentação estrutural de células e tecidos).

As unidades de repetição são capazes de girar em torno de seus átomos criando conformações tridimensionais das proteínas. Essa mobilidade rotacional entre o carbono do resíduo dos aminoácidos e seu radical carboxila e amina possui giro livre originando dois tipos de ligação: (psi) – entre o C e o carbono da carbonila e (phi) - entre o C e o nitrogênio do grupamento amino.

Para determinar a estrutura são costumeiramente definidos 4 níveis de organização:

1 - Estrutura Primária é a ordem na qual os aminoácidos estão ligados covalentemente. Pode ser destruída por hidrólise química ou enzimática das ligações peptídicas, com liberação de peptídeos menores e aminoácidos livres. Um ex.: estrutura da insulina. Patologia conhecida Anemia falciforme – caracterizada pela alteração de 1 aminoácidos na cadeia da globina, troca de Glu por Val.

2 - Estrutura Secundária é o arranjo espacial do esqueleto, a cadeia polipeptídica, mantida por pontes de hidrogênio. É o nível de organização das proteínas fibrosas. O arranjo secundário de um polipeptídio pode ocorrer de forma regular; originando dois tipos: -Hélice – uma hélice em espiral, similar a um bastão, estabilizada por pontes de hidrogênio – é a forma mais comum. -Estrutura (Folha) – envolve dois ou mais seguimentos polipeptídicos da mesma molécula ou de moléculas diferentes, arranjados em paparelo ou antiparalelo, que adquirem um aspecto de folha dobrada em pregas – são estabilizadas por pontes de hidrogênio.

Além das estruturas citadas, temos ainda estruturam que relatam Motivos (motifs), ou seja, combinações de segmentos que se repetem ao longo das proteínas combinando estrutura e (Ex.: chave grega, barril.).

3 - Estrutura Terciária inclui o arranjo tridimensional de todos os átomos da proteína, estabilizada por fatores primários, como: pontes de hidrogênio, interações hidrofóbicas, atração eletrostática, pontes dissulfeto, complexação de íons metálicos.

4 - Estrutura Quaternária é o arranjo das subunidades em proteínas multiméricas. As subunidades se mantêm unidas por forças covalentes, como pontes de hidrogênio e interações hidrofóbicas.

O comportamento de uma proteína em meio aquoso depende da cadeia lateral, se é hidrofóbica ou hidrofílica. As estruturas tridimensionais das proteínas podem ser completamente desfeitas e, sob condições adequadas, completamente recuperadas. Essas mudanças na conformação da proteína, através de agentes desnaturantes, como exemplo: solventes, excesso de temperatura e de pH, ligações com detergentes (SDS), uréia e hidrocloreto de guanidina é chamada Desnaturação. E a recuperação da forma nativa da proteína é Renaturação que, porém, ocorre somente em condições precisas, basicamente em laboratório sob condições que possam ser removidas.

ESTUDO DIRIGIDO

1. Como estão constituídas as proteínas?As proteínas são constituídas por cadeias de moléculas de aminoácidos ligados covalentemente (ligações peptídicas), formando uma macromolécula de alto peso molecular que constitui de 50-80% do peso seco de uma célula, sendo assim o composto orgânico mais abundante da matéria viva.

2. As proteínas exercem várias funções, comente sobre:

a) Catálise enzimática É a função de acelerar um processo de uma reação. O processo catalisador acelera em média 109 a 1012 vezes a velocidade da reação, transformando de 100 a 1000 moléculas de substrato em produto por minuto de reação.

b) Movimentos coordenadosÉ a capacidade de contrair-se, mudar de forma ou se deslocarem no meio ambiente. Exemplos disso podem ser visto na contração muscular feitos pelas proteínas actina e miosina.

c) Transporte Muitas moléculas e íons pequenos são transportados por proteínas, como exemplo a proteína hemoglobina dos eritrócitos, que transportam o oxigênio (O2).

d) EstruturalAlgumas proteínas desempenham funções de suporte na forma de filamentos oferecendo proteção ou resistências a estruturas orgânicas, como exemplo a proteína colágeno que dá resistência à pele.

3. Comente sobre a patologia causada pela mudança de um aminoácido na estrutura primária.Anemia falciforme. Esse é o nome da patologia causada pela mudança do aminoácido que ocupa a sexta posição na seqüência da cadeia primária da proteína hemoglobina, que tem como principal função o transporte de O2 no sangue. Na proteína normal, o ácido glutâmico é o responsável pela reação da hemoglobina com o O2, já na hemoglobina de um indivíduo com anemia falciforme, esse ácido glutâmico foi substituído pela valina, o que compromete a principal função da proteína. A hemoglobina é formada por dois tipos diferentes de peptídeos, chamados de cadeia alfa e cadeia beta. Essa mutação é específica no gene beta-globina que codifica a cadeia beta.

Quando ocorre, este tipo de hemoglobina é chamada de hemoglobina “S” e os indivíduos que possuem a hemoglobina S apresentam quadros periódicos de febre e dor. Isso porque a hemoglobina S forma longos cristais quando as concentrações de oxigênio estão abaixo do normal, deixando a célula em forma de foice. Esta cristalização interfere na estrutura da membrana celular provocando o rompimento da célula. Além disso, estas células lisadas podem também causar o entupimento das veias, impossibilitando a circulação sanguínea.

4. Comente sobre os ângulos de rotação do carbono central. No carbono central de uma proteína, existem duas ligações phi e psy. A ligação Phi une o carbono alfa e o carbono do grupo carboxila e a ligação psy une o carbono alfa ao nitrogênio do grupo amino. A ligação entre o carbono central alfa dos resíduos do aminoácido e os grupos carboxila (COOH) e amina (NH2) possuem giro livre sobre seus eixos, isso promove, por exemplo, a estruturação secundária da proteína.

5. Defina todos os níveis estruturais que contêm uma proteína como a hemoglobina.A hemoglobina consiste de quatro cadeias polipeptídicas, duas cadeias alfas com 141 resíduos de aminoácidos cada uma e duas cadeias betas como 146 resíduos.

A forma adotada pela hemoglobina é antes de tudo, determinada pela sua estrutura primária, que é a seqüência de aminoácidos na cadeia. Assim sendo, a proteína se desdobra na conformação da estrutura secundária e terciária que determina sua forma tridimensional e por fim, essa proteína apresenta a estrutura quartenária que define como os diferentes peptídeos estão arrumados na formação de um único completo protéico.

6. Como a estrutura secundária pode apresentar-se? ComenteA estrutura secundária é uma função dos ângulos formados pelas ligações peptídicas que ligam os aminoácidos (pontes de hidrogênio).

Em geral essas ligações forçam a proteína a assumir uma forma helicoidal, sendo a mais comum chamada de alfa hélice. Outras duas formas nas estruturas secundárias são as beta sheets e turns.

7. Defina os tipos de estruturas supersecundárias (motivos) encontradas. Comente.A estrutura supersecundária refere-se os aglomerados de estruturas secundárias. Por exemplo, uma fita beta separada de uma outra fita beta por uma alfa-hélice é encontrada em muitas proteínas. Tal padrão é chamado de unidade beta-alfa-beta. É válido considerar as estruturas supersecundárias como intermediárias entre estruturas secundária e terciária.

8. O que mantêm a estrutura terciária?O que mantém a estrutura terciária são as cadeias laterais dos aminoácidos; algumas cadeias são tão longas e hidrofóbicas que perturbam a estrutura secundária helicoidal, provocando a dobra ou enovelamento da proteína. Muitas vezes, as partes hidrofóbicas da proteína agrupam-se no interior da proteína dobrada, longe da água e dos íons do ambiente onde a proteína se encontra, deixando as partes hidrofílicas expostas na superfície da estrutura da proteína. Regiões como "sítio ativos", "sítios regulatórios" e módulos são propriedades da estrutura terciária.

9. Roupas de lã encolhem quando lavadas em água quente, mas artigos de seda não. Sugira uma razão para isso, baseando-se no tipo de estrutura secundária.A lã é formada pela queratina, uma proteína fibrosa que tem sua constituição em forma helicoidal que encolhe com água quente, por isso a característica de encolher e voltar, já a seda, que é uma proteína produzida pelo bicho-da-seda, é formada pelas proteínas fibroina e serina, mas sua constituição secundária é do tipo b-folha, fazendo com que ela se encolha muito pouco com a água quente.

10. Sugira uma razão para que os portadores de anemia falciforme, às vezes, apresentem problemas respiratórios durante um vôo em grandes altitudes.Em grandes altitudes, com o ar fica mais rarefeito, ocorre um aumento de glóbulos vermelhos na corrente sanguínea devido à baixa de tensão de oxigênio na hemoglobina, porém, o portador da anemia falciforme possui hemáceas deficientes, ocorrendo então à crise de falcização, ocasionando problemas respiratórios.

11. Adriana caracterizou o processo de cozimento de carne como uma demonstração prática de desnaturação de proteínas. Comente a validade desta afirmação.Com o aumento da temperatura durante o cozimento, a velocidade de vibração molecular aumenta, com isso, interações fracas como as pontes de hidrogênio são rompidas promovendo alteração na conformação das proteínas.

12. Defina desnaturaçãoVem a ser ação de fatores do meio que desfazem ou destroem os níveis de organização secundário, terciário e quaternário, não atingindo o primário, pois neste caso não há mais proteína, fazendo com que as funções biológicas de uma proteína sejam perdidas. A desnaturação pode ser reversível o irreversível.

13. Cite os agentes desnaturantes existentes.Temperatura, pH, hormônios, pressão, drogas, solventes orgânicos solúveis em água, detergentes, agentes redutores, concentração de sais, íon e metais pesados e estresse mecânico.

14. Comente sobre a renaturação. Dependendo da forma pela qual a proteína foi desnaturada, sua conformação nativa pode ser recuperada retirando-se lentamente o agente desnaturante, como por exemplo, fazer uma diálise contra água para retirar o agente desnaturante uréia.

15. Quando ela pode acontecer? Em que condições? Isto é possível no ser humano?Pode ocorrer em condições específicas, como no laboratório, como exemplo, quando adicionamos uréia e beta-mercaptoetanol, e depois de lavado o meio e retirados os agentes desnaturantes a proteína volta à sua constituição inicial.