PARTE I CAPTULO 5

Os aminocidos tm curvas de titulao caractersticas

A titulao cido-base consiste na adio ou na remoo gradual de prtons. A curva da forma

diprtica da glicina mostrada na figura abaixo, apresentando dois estgios distintos, que

correspondem desprotonao dos dois grupos distintos da glicina. Em pH muito baixo, a

espcie inica predominante +H3H CH2 COOH, forma totalmente protonada. No ponto

mdio do primeiro estgio da titulao (pH = pK1 = 2,34), o primeiro ponto de inflexo, no qual

o grupo COOH perde o seu H+, h quantidades equimolares de +H3H CH2 COOH e de +H3H

CH2 COO-. No segundo ponto de inflexo (pH = pI = 5,97), a remoo do primeiro prton da

glicina est essencialmente completa e a remoo do segundo apenas comeou, onde a glicina

est presente majoritariamente como +H3H CH2 COO-. O terceiro ponto de inflexo (pH =

pK2 = 9,60), ou o segundo estgio da titulao, temos a remoo do prton do grupo H3N+. A

titulao est completa em pH prximo a 12. Nesse ponto, a forma predominante H2H CH2

COO- (totalmente desprotonada).

Outra informao importante removida do grfico que a glicina possui duas regies de poder

tamponante: uma em pK1 1 e outra em pK2 1, as duas regies relativamente planas da

curva. Nas regies tamponantes da glicina, a equao de Henderson-Hasselbach pode ser

usada:

As curvas de titulao predizem a carga eltrica dos aminocidos

Outra informao retirada da curva de titulao a relao entre a sua carga eltrica lquida e

o pH da soluo. O pH caracterstico no qual a carga total igual zero denominado ponto

Desse grfico, retiramos informaes

sobre o pKa de cada um dos grupos cidos

da glicina. A remoo do primeiro prton

mais fcil em relao ao grupo

carboxlico do cido actico (portanto, seu

pKa menor), pois, alm da repulso entre

o prton que sai e o grupo amino

carregado, as cargas opostas do

zwitterion so estabilizadoras, o que

desloca o equilbrio mais para a direita. O

Pka do grupo amino reduzido em relao

a outros grupos aminos, devido, em

partes, aos oxignios do grupo carboxlico,

que, independente da carga, tendem a

atrair eltrons, o que facilita a remoo de

um prton de um grupo amino. Em

resumo, o Pka de qualquer grupo funcional

afetado pelo seu ambiente qumico.

isoeltrico (pI) ou pH isoeltrico. Para a glicina, que no possui grupos ionizveis em sua

cadeia lateral, seu pI simplesmente a mdia aritmtica de seus dois valores de pKa. Para uma

carga eltrica negativa, o on mover-se- para o eletrodo positivo, o nodo, e vice-versa. No

ponto em que pH = Pka e metade das molculas esto ionizadas (+H3H CH2 COOH) e metade

no (+H3H CH2 COO-), a carga mdia ou lquida positiva 0,5.

Os aminocidos diferem em suas propriedades acidobsicas

Aminocidos com um grupo amino e um grupo carboxilatos ligado ao carbono e sem grupos

ionizveis na cadeia lateral possuem curvas semelhantes da glicina: pKa do grupo COOH na

regio de 1,8 a 2,4 e pKa do grupo NH3+ na regio de 8,8 a 11,0. Os aminocidos com grupos R

ionizveis possuem curvas de titulao mais complexas, exibindo trs valores de pKa: o terceiro

estgio corresponde titulao do grupo R. Se o pI de um aminocido baixo (menor que o da

glicina), significa que em sua cadeia lateral h um grupo carregado negativamente (como um

COO-); mas, se o valor do pI for muito alto (maior que o da glicina), h um grupo carregado

positivamente (como um NH3+).

Existem diversos nveis de estruturas proteicas

Em condies gerais de

exposio ao meio aquoso,

somente a histidina tem um

grupo R (pKa = 6,0) capaz de

exercer funo tamponante em

pH prximo do neutro, como

aquele de fluidos intracelulares e

extracelulares, atuando como

um tampo fisiolgico efetivo.

- Estrutura primria: descrio das ligaes covalentes (ligaes peptdicas e dissulfeto) unindo

resduos em cadeia polipeptdica (mais importante a sequncia de resduos de aminocidos).

- Estrutura secundria: arranjos particularmente estveis dos resduos de aminocidos, que

originam padres estruturais recorrentes. Enovelamento de polipeptdio.

- Estrutura terciria: como a cadeia polipeptdica enovela-se em trs dimenses.

- Estrutura quaternria: arranjo espacial de duas ou mais subunidades proteicas subunidades

polipeptdicas.

1. As protenas podem ser separadas e purificadas

1.1 Formao de extrato bruto

O primeiro passo o rompimento das clulas, liberando suas protenas em um extrato bruto.

Se for necessrio, a centrifugao diferencial isola organelas ou prepara fraes subcelulares.

1.2 Fracionamento

O extrato submetido ento a tratamentos que separam as protenas em fraes diferentes,

baseados em alguma de suas propriedades, como carga e tamanho - fracionamento. As etapas

iniciais empregam diferenas na solubilidade das protenas, que dependem de fatores como

pH, temperatura, concentrao salina (quanto maior for, menor a solubilidade da protena a

adio de um sal em quantidades adequadas pode precipitar seletivamente uma determinada

protena. Exemplo: (NH4)2SO4), etc. Os principais mtodos so:

1.2.1 Cromatografia em coluna diferenas em carga, tamanho, afinidade de ligao, etc.

Um material slido e poroso com

certas propriedades qumicas

(fase estacionria) mantido em

uma coluna, sendo percolado por

uma soluo tamponada (fase

mvel). A soluo que contm

protenas adicionada ao topo da

coluna, de modo percolar a

matriz slida em uma banda em

contnua expanso pela fase

mvel. As protenas individuais

migram mais rpidas ou mais

devagar pela coluna dependendo

de suas propriedades.

A expanso da banda proteica na fase mvel (soluo proteica) devida tanto separao de

protenas com propriedades distintas como ao espalhamento devido difuso. O aumento do

comprimento da coluna geralmente melhora a resoluo entre dois picos. Entretanto, cada

banda proteica individual tambm se alarga com o tempo, em virtude do espalhamento por

difuso, um processo que diminui a resoluo. medida que as protenas migram pela coluna,

so retardadas em graus diferentes pelas suas diferentes interaes com o material da matriz.

I. Cromatografia de troca inica separao por pI

II. Cromatografia de excluso por tamanho

Tambm denominada de filtrao

em gel, separa as protenas de

acordo com seu tamanho. A

matriz da coluna um polmero

que contm ligaes cruzadas

com poros de um determinado

tamanho. As protenas maiores

migram mais rapidamente do que

as menores por serem grandes

demais para penetrar nos poros

das esferas, o que faz com que

tenham um percurso mais direto

atravs da coluna. As protenas

menores penetram nos poros e

so retardadas pelo caminho

tortuoso que executam atravs da

coluna.

Explora as diferenas no sinal e na magnitude

das cargas eltricas liquidas das protenas em

um determinado pH. A matriz da coluna

formado por um polmero sinttico que

contm grupos carregados ligados a ela. As

que possuem grupos aninicos so

denominadas de trocadoras catinicas e as

com grupos catinicos so denominadas

trocadoras aninicas. A afinidade de cada

protena pelos grupos carregados afetada

pelo pH (define o estado de ionizao da

molcula) e pela concentrao dos ons

salinos livres da soluo envolvente que com

ela competem. A separao pode ser

otimizada alterando-se o pH e/ou a

concentrao salina da fase mvel de modo a

criar um gradiente de pH e/ou um gradiente

salino.

Troca aninica: utilizar tampo fosfato (pH 8) protenas carregadas negativamente

Troca catinica: utilizar tampo acetato (pH 5) protenas carregadas positivamente pI > 7

Para remover as protenas que ficaram retidas na coluna,

aumentar a fora inica adicionando NaCl troca de ons.

III. Cromatografia de afinidade

H tambm a cromatografia de alta eficincia, a HPLC, que limita o espalhamento por difuso

e melhora intensamente a resoluo.

1.3 Alterao da soluo que contenha a protena de interesse

A dilise um procedimento que separa protenas de solventes, utilizando o maior tamanho

das protenas como fator determinante. O extrato colocado em um tubo com membrana

semipermevel. Quando essa membrana que contm a protena suspensa em um volume

maior de soluo tamponante de fora inica apropriada, a membrana permite a livre

passagem de sais e do tampo, mas no da protena. Assim, a dilise retm grandes protenas

em uma bolsa ou tubo membranoso.

2. As protenas podem ser separadas e caracterizadas por eletroforese

Outra tcnica importante para a separao de protenas a migrao de protenas carregadas

por um campo eltrico, a eletroforese. Porm, esse processo no utilizado para purificar

protenas em grandes quantidades, pois com frequncia afetam a estrutura e a funo das

protenas.

- Especialmente til como mtodo analtico: protenas podem ser separadas e visualizadas,

alm de permitir a determinao de ponto isoeltrico e peso molecular aproximado

- Geralmente executada em gis de um polmero com ligaes cruzadas, a poliacrilamida, que

age como uma peneira molecular, permitindo a migrao de protenas de acordo com a sua

razo entre a carga e a massa.

Separa as protenas por sua

especificidade de ligao. As protenas

retidas na coluna so aquelas que se

ligam especificamente a um ligante

que, por sua vez, est ligado s

esferas. Aps a eliminao por

lavagem das protenas que no se

ligaram matriz, a protena ligada de

interesse eluda (eliminada da

coluna) por uma soluo que contm o

ligante livre.

pH, fora inica e temperatura devem

ser mantidas constantes.

A migrao pode ser afetada tambm pela forma da protena:

- Migrao durante a eletroforese funo do tamanho e da forma da protena

Um mtodo comumente utilizado para determinar pureza e peso molecular de protena utiliza

o SDS, o detergente dodecil sulfato de sdio. O SDS liga-se maioria das protenas (acredita-se

que atravs de interaes hidrofbicas) em quantidades aproximadamente proporcionais ao

peso molecular da protena. Como o SDS torna a carga da protena insignificante (contribui

com uma grande carga negativa liquida) e altera a conformao nativa de uma protena, a

maioria das protenas possui uma razo entre a carga e a massa e uma forma semelhantes. Por

esse motivo, so separadas quase que exclusivamente a partir de seu peso molecular, com os

polipeptdeos menores migrando mais rapidamente. Com isso, todas as protenas possuem

razo massa carga constante e migram a nodo, pois a carga liquida da protena corresponde

carga lquida do SDS.

- Pode-se monitorar o progresso de um procedimento de purificao proteica, j que o n de

banda proteicas visveis ao gel (aps a adio de corante) deve diminuir aps cada nova etapa

de purificao.

As protenas podem ser vistas aps a

eletroforese tratando-se o gel com um

corante que se liga somente s

protenas. Protenas menores movem-

se rapidamente no gel do que protenas

maiores, e, portanto, sero

encontradas mais prximas da regio

inferior do gel. As faixas sucessivas

mostram as protenas presentes aps

cada etapa de purificao. A protena

em questo possui 4 subunidades (visto

na ultima faixa, direita).

Onde a mobilidade eletrofortica, V a velocidade de migrao, E o

campo eltrico aplicado, Z a carga liquida e f reflete a forma da protena.

Padres proteicos de pesos

moleculares conhecidos so

submetidos eletroforese (faixa

1). Essas protenas marcadoras

podem ser utilizadas para estimar

o peso molecular de uma protena

desconhecida (faixa 2). Um grfico

de log Mr das protenas

marcadoras contra a migrao

relativa durante a eletroforese

linear, o que permite a leitura, no

grfico, do peso molecular da

protena desconhecida.

Eletroforese bidimensional

focalizao isoeltrica um processo utilizado para determinar o ponto isoeltrico (pI) de

protenas. Um gradiente de pH estabelece-se ao se deixar uma mistura de cidos e bases

orgnicos de baixo peso molecular (anflitos) sob a ao de um campo eltrico ao longo de

um gel. Quando uma mistura proteica e um campo eltrico so aplicados, cada protena ira

migrar at a regio em que o pH igual ao seu pI (protenas com pI diferentes so distribudas

ao longo do gel).

1. Polipeptdios pequenos so sequenciados por procedimentos automatizados - diversos

procedimentos so utilizados para analisar a estrutura primria das protenas.

Um deles consiste em hidrolisar a protena (HCl 6M) e determinar sua composio de

aminocidos. Porm, ela no pode, por si s, ser utilizada para determinar a sequncia de

aminocidos na protena. Um procedimento usado conjuntamente (com a hidrolise) a

marcao e a identificao do resduo de aminocido aminoterminal. Para isso, temos o

reagente FDNB. Aps a marcao do aminoterminal com esse reagente, o polipeptdio

hidrolisado a seus aminocidos constituintes e o aminocido marcado identificado. Como a

etapa de hidrolise destri o polipeptdio, o procedimento no pode ser utilizado para

sequenciar um polipeptdio, alm de seu resduo aminoterminal. Porm, ajuda a determinao

do nmero de polipeptdios distintos quimicamente em uma protena, desde que cada um

possua um grupo aminoterminal distinto.

Combinando-se a focalizao isoeltrica

com a eletroforese na presena de SDS de

maneira sequencial, podem-se resolver

misturas complexas de protenas, pois se

separam protenas com valores de pI

iguais, mas pesos moleculares diferentes,

e protenas com peso molecular igual,

mas pI diferentes.

Para sequenciar INTEIRAMENTE um polipeptdio, geralmente se utiliza um procedimento

chamado de degradao de Edman, que marca e remove apenas o resduo aminoterminal de

um polipeptdio, deixando as demais ligaes peptdicas intactas. Aps a remoo e tambm a

identificao do resduo aminoterminal, o novo resduo aminoterminal agora exposto pode ser

marcado, removido e identificado pela mesma sequncia de reaes. O procedimento ento

repetido at que toda a sequncia seja determinada. Esse processo indicado para peptdeos

de tamanho pequeno (com 30 a 50 resduos de aminocidos).

2. Grandes protenas devem ser sequenciadas

1 passo: Rompendo as ligaes dissulfeto: duas maneiras - oxidao (com cido perfrmico)

ou reduo (com ditiotreitol (DTT)). Separar os peptdeos da protena.

2 passo: Determinando o resduo aminoterminal teste de Sanger: reao com FDNB

(marcao fluorescente do 1 aminocido), hidrlise e separao de aminocidos.

3 passo: Hidrlise dos polipeptdeos e anlise dos fragmentos por anlise cromatogrfica ou

eletrofortica: anlise da composio de aminocidos a partir da hidrlise com HCl 6M, na

qual descreve quantos de cada aminocido podemos esperar.

4 passo: Clivagem da cadeia polipeptdica: por degradao de Edman no caso de protenas

com pequeno numero de aminocidos (de 30 a 50) ou com enzimas, denominadas proteases,

que catalisam a clivagem hidroltica de ligaes peptdicas, para protenas com grande nmero

de aminocidos. Dentre todas, a enzima tripsina catalisa a hidrlise das ligaes peptdicas

cujo grupo carbonila pertence e um resduo de lisina (K) ou argenina (R). Os fragmentos

produzidos pela tripsina (ou por outro mtodo qumico ou enzimtico) podem ser separados

por mtodos cromatogrficos ou eletroforticos. Em seguida, outra amostra da cadeia

polipeptdica original clivada em fragmentos, usando-se outra enzima que clive ligaes

peptdicas em outras posies. O brometo de cianognio cliva ligaes peptdicas nas quais o

grupo carbonila se origina da metionina (M).

5 passo: Separao e sequenciamento de peptdeos: cada um dos fragmentos peptdicos

resultantes da ao da tripsina ou da ao do brometo de cianognio so sequenciados

separadamente pelo procedimento de Edman.

6 passo: Ordenamento dos fragmentos peptdicos: os peptdeos sobreponveis, obtidos na

segunda fragmentao (feita com brometo de cianognio), fornecem a ordem correta dos

fragmentos peptdicos produzidos pela primeira (feita com tripsina).

PARTE II CAPTULO 6

1. A conformao de uma protena estabilizada em grande parte por interaes fracas

O termo estabilidade pode ser definido como a tendncia manuteno de uma conformao

nativa. As protenas nativas so apenas ligeiramente estveis; o G que separa os estados

enovelado e desenovelado em protenas tpicas em condies fisiolgicas muito pequeno.

Uma dada cadeia polipeptdica pode assumir, em teoria, incontveis conformaes distintas, e,

como resultado disso, o estado desenovelado de uma protena caracterizado por um grande

grau de entropia conformacional, que, juntamente com as interaes por meio de ligaes de

hidrognio entre os diversos grupos da cadeia polipeptdica e o solvente (gua) tendem a

manter o estado desenovelado. As interaes qumicas que se contrapem a esses efeitos e

estabilizam a conformao nativa incluem as ligaes dissulfeto e as interaes fracas (ou no

covalentes) como ligaes de hidrognio, interaes hidrofbicas e inicas.

Embora ligaes de dissulfeto (covalentes), que unem partes separadas de uma nica cadeia

polipeptdica, sejam muito mais fortes do que as interaes fracas individuais (no covalentes),

so essas ultimas a fora predominante na manuteno da estrutura proteica, devido ao fato

de serem numerosas. Em geral, a conformao proteica com a menor energia livre (isto , a

conformao mais estvel) aquela que possui o maior numero de interaes fracas.

A gua pura contm uma rede de molculas de H2O unidas por ligaes de hidrognio. Quando

a gua envolve uma molcula hidrofbica, a disposio tima das ligaes de hidrognio

resulta em um envoltrio altamente estruturado ou camada de solvatao na vizinha imediata

a ordenao aumentada das molculas de gua na camada de solvatao correlaciona-se

com uma diminuio desfavorvel na entropia da gua. Entretanto, quando grupos apolares

so reunidos, h uma reduo na extenso da camada de solvatao, resultando em um

aumento favorvel na entropia. Essa entropia a principal fora termodinamicamente atuante

no sentido da associao de grupos hidrofbicos em soluo aquosa. As cadeias laterais de

aminocidos hidrofbicos tendem, portanto, a se reunir em um ambiente interno da protena,

afastadas da gua.

Os grupos polares podem, em geral, formar ligaes de hidrognio com a gua, sendo assim

nela solveis. Porm, h um limite de solubilidade at mesmo a esses grupos, que diminuem o

numero de ligaes de hidrognio por unidade de massa. Assim, haver certa formao de

camada de solvatao de molculas estruturadas de gua at mesmo em torno de molculas

polares. Porm, a liberao das molculas estruturadas de gua, quando interaes

intramoleculares so formadas (como ligaes de hidrognio ou interaes inicas), fornece a

fora motora entrpica para o enovelamento. A maior pare da alterao da energia livre que

ocorre quando interaes fracas se formam no interior de uma protena , portanto, derivada

do aumento na entropia na soluo aquosa circundante como resultado do encobrimento das

superfcies hidrofbicas.

Interaes hidrofbicas so claramente importantes para a estabilizao de uma conformao

proteica; o interior de uma protena geralmente constitudo por um ncleo densamente

empacotado de cadeias laterais de aminocidos que so hidrofbicos. Tambm importante

que quaisquer grupos polares ou carregados que estejam presentes no interior da protena

possuam pares adequados para estabelecer ligaes de hidrognio ou interaes inicas.

2. A estrutura secundria das protenas - refere-se conformao local de alguma poro de

um polipeptdio, centrada nos padres regulares de enovelamento da estrutura polipeptdica.

2.1 A -hlice uma estrutura secundria comum

A -hlice se forma mais facilmente do que outras conformaes, pois ela otimiza o uso das

ligaes de hidrognio internas. A estrutura estabilizada por uma ligao de hidrognio entre

o tomo de hidrognio ligado ao tomo de nitrognio eletronegativo de uma ligao que

peptdica com o tomo de oxignio eletronegativo do grupo carbonila do quarto aminocido

na extremidade aminoterminal dessa ligao peptdica. Todas as ligaes peptdicas (exceto

aquelas prximas de cada uma das extremidades da hlice) participam dessas ligaes de

hidrognio. Cada volta simples da hlice unida a outra volta adjacente por 3 ou 4 ligaes de

hidrognio.

Fatores que afetam a estabilidade de uma -hlice:

I. A repulso eletrosttica (ou atrao) entre residuos de aminocidos sucessivos com

grupos R carregados

II. O volume dos grupos R adjacentes

III. As interaes entre as cadeias laterais de aminocidos espaados entre si por trs ou

quatro residuos

IV. A ocorrncia de residuos de prolina ou glicina

Na prolina, o tomo de nitrognio faz parte de um anel rgido que introduz uma dobra

desestabilizadora na -hlice, alm de no possuir hidrognios ligados a ele que

possam participar de ligaes de hidrognio e na glicina a flexibilidade conformacional

maior que a dos demais residuos.

Os resduos hidrofbicos esto, em sua maioria, mantidos no interior da molcula proteica,

afastados da gua, e o nmero de ligaes de hidrognio dentro da protena maximizado.

O arranjo mais simples no qual uma cadeia

polipeptdica pode assumir com suas ligaes

peptdicas rgidas uma estrutura helicoidal. Nesse

caso, a cadeia polipeptdica fortemente retorcida

em torno de um eixo imaginrio longitudinal que

passa pelo centro da hlice, com os grupos R dos

resduos de aminocidos projetando-se para a face

externa da hlice. A unidade repetitiva uma volta

simples da hlice (passo) que inclui 3,6 resduos de

aminocidos. Cada resduo apresenta ngulos = -

60 e = - 45 . A hlice sempre orientada para a

direita.

V. A interao entre os resduos de aminocidos nas extremidades do segmento

helicoidal e o dipolo eltrico inerente a uma -hlice

O dipolo eltrico de uma ligao peptdica transmitido ao longo de um segmento

helicoidal por meio de ligaes de hidrognio intracadeia, resultando em um dipolo

que abrange toda a hlice.

2.2 A conformao organiza as cadeias polipeptdicas em folhas

Na conformao , a cadeia polipeptdica estende-se em uma estrutura em ziguezague em vez

de helicoidal. Nesse arranjo, denominado de folha , as cadeias polipeptdicas podem ser

dispostas lado a lado, sendo que as ligaes de hidrognio so formadas entre os segmentos

adjacentes da cadeia polipeptdica.

Folhas paralelas

Folhas antiparalelas

Quando duas ou mais folhas so mantidas juntas em uma protena, os grupos R dos residuos

de aminocidos das superfcies em contato devem ser relativamente pequenos.

-hlice: estrutura secundria ordenada, com ligaes de hidrognio entre o 1 e o 4 aminocido da

sequncia. Uma folha possui, no mnimo, 11 aminocidos. As ligaes de hidrognio ocorrem entre as

ligaes peptdicas. Esse tipo de estrutura mais comum em fibrilas mais rgidas.

Folhas-: estrutura secundrio ordenada, com ligaes de hidrognio entre as ligaes peptdicas entre

aminocidos que esto distantes. Podem ser do tipo paralela ou antiparalela e ocorrem, geralmente,

em fibrilas menos rgidas, mas mais longas.

2.3 As dobras so comuns nas protenas

As dobras so os elementos de conexo entre trechos sucessivos de -hlices ou ento de

conformaes . So particularmente comuns as dobras que conectam as extremidades de

dois segmentos adjacentes de uma folha antiparalela. A estrutura uma dobra de 180 que

envolve quatro residuos de aminocidos, com o grupo de oxignio carbonlico do primeiro

resduo de aminocido formando uma ligao de hidrognio com o hidrognio do grupo amino

do quarto. As dobras so frequentemente encontradas prximo da superfcie das protenas,

na qual os grupos peptdicos dos residuos centrais de aminocidos na dobra podem formar

ligaes de hidrognio com a gua.

3. Estruturas tercirias e quaternrias das protenas

O arranjo tridimensional global de todos os tomos em uma protena denominado estrutura

terciria das protenas. Enquanto o termo estrutura secundria se refere ao arranjo espacial

dos resduos de aminocidos que so adjacentes na estrutura primaria, a estrutura terciria

inclui aspectos envolvendo distncias mais longas dentro da sequncia de aminocidos.

Aminocidos que esto distantes na sequncia polipeptdica e que residem em tipos diferentes

de estruturas secundrias podem interagir no interior de uma estrutura totalmente enovelada

de uma protena. Segmentos interagentes de cadeias polipeptdicas so mantidos em suas

posies tercirias caractersticas por tipos distintos de interaes fracas (e, s vezes, por

ligaes covalentes tais como ligaes dissulfeto) entre os segmentos.

Ligao de hidrognio entre C = O

do resduo 1 com N H do

resduo 4. O resduo 3 no

definido.

Ligao de hidrognio entre C = O

do resduo 1 e N H do resduo 4,

mas o resduo 3 ,

necessariamente, uma glicina

(cadeia lateral possui somente

hidrognio).

Um resduo muito comum nesse tipo de estrutura

a prolina, pois as ligaes peptdicas que

envolvem o nitrognio facilmente assumem uma

configurao cis, susceptvel a dobra.

Alguns peptdeos contm duas ou mais cadeias polipeptdicas separadas ou subunidades que

podem ser idnticas ou no. O arranjo dessas subunidades em complexos tridimensionais

constitui a estrutura quaternria.

Ao considerarmos esses nveis mais elevados de organizao estrutural, torna-se interessante

classificar as protenas em dois grupos principais: as protenas fibrosas (consistem, sobretudo,

de um nico tipo de estrutura secundria) e as globulares (costumam conter diversos tipos de

estruturas secundrias).

3.1 Exemplos de protenas fibrosas: -queratina, colgeno e fibrona da seda.

As protenas fibrosas apresentam propriedades que conferem resistncia e/ou flexibilidade s

estruturas nas quais aparecem. Em cada caso, a unidade estrutural fundamental um simples

elemento repetitivo de estrutura secundria. A resistncia das protenas fibrosas aumentada

por ligaes covalentes cruzadas entre as cadeias polipeptdicas ou entre cadeias adjacentes

em estrutura supramolecular. Quanto s protenas fibrosas, todas so insolveis em gua, uma

propriedade devida elevada concentrao de residuos hidrofbicos tanto no interior quanto

em sua superfcie. Essas superfcies hidrofbicas so encobertas pelo empacotamento de

cadeias polipeptdicas juntas semelhantes entre si (formam elaborados complexos que so

supramoleculares).

-queratina: as hlices da -queratina so -hlices orientadas para a direita que possuem um

arranjo em forma de espiral. Duas fitas de -queratina, orientadas em paralelo, enovelam-se

uma outra para formar uma espiral super-retorcida, cujo percurso orientado para a

esquerda (esse enovelamento de dois polipeptdeos -helicoidais um exemplo de estrutura

quaternria). As superfcies nas quais ocorre o contato entre duas hlices so constitudas por

residuos de aminocidos hidrofbicos, cujos grupos R permitem um empacotamento denso

das cadeias polipeptdicas. As ligaes cruzadas que estabilizam sua estrutura so as ligaes

dissulfeto.

Colgeno: sua cadeia apresenta uma estrutura secundria repetitiva que caracterstica. A

sequncia tripeptidica repetitiva Gly-X-Pro ou Gly-X-HyPro adota uma estrutura helicoidal

orientada para a esquerda com trs residuos por passo. Trs dessas hlices enovelam-se umas

s outras em um superenovelamento orientado para a direita. As cadeias e as fibrilas de

colgeno so unidas por tipos no habituais de ligaes covalentes cruzadas.

Fibrona da seda: suas cadeias polipeptdicas esto predominantemente na conformao . A

fibrona rica em residuos de Ala e Gly, permitindo um empacotamento denso dos grupos R e

um arranjo em que os grupos R esto em contato uns com os outros. Toda a estrutura

estabilizada por diversas ligaes de hidrognio existentes entre todas as ligaes peptdicas

nos polipeptdeos de cada folha e pela otimizao das interaes de Van der Waals

existentes entre as folhas. A estrutura flexvel, porque as folhas so mantidas juntas por

numerosas interaes fracas e no por ligaes covalentes.

3.2 As protenas globulares

Em uma protena globular, os diferentes segmentos de uma cadeia polipeptdica (ou mltiplas

cadeias polipeptdicas) enovelam-se uns sobre os outros, gerando uma forma compacta em

relao aos polipeptdios em uma conformao totalmente estendida, cujos grupos R ocupam

quase todo o espao no interior da cadeia enovelada (esse ncleo hidrofbico denso tpico

das protenas globulares). Nesse meio densamente empacotado, as interaes fracas so

reforadas entre si. Assim, as protenas so enoveladas de forma compacta e as cadeias

laterais de aminocidos hidrofbicos esto orientadas para o interior das molculas (afastadas

da gua), enquanto as cadeias laterais hidroflicas se situam na superfcie. As estruturas so

estabilizadas por grande quantidade de ligaes de hidrognio e algumas interaes fracas.

A estrutura tridimensional de uma protena globular tpica pode ser considerada como uma

montagem de segmentos polipeptdicos nas conformaes de -hlice e folhas , unidos por

segmentos ligantes.

O enovelamento de polipeptdios est sujeito a um conjunto de regras:

I. As interaes hidrofbicas contribuem bastante para a estabilidade das estruturas

proteicas. Ocultar os grupos R de aminocidos hidrofbicos de modo a excluir a gua

requer pelo menos duas camadas de estrutura secundria. Dois motivos simples, o

lao -- e a quilha - criam duas camadas.

II. Onde quer que apaream as protenas, -hlices e conformaes geralmente se

encontram em diferentes camadas estruturais. Isso ocorre porque a estrutura de um

segmento polipeptdico na conformao geralmente no pode fazer ligaes de

hidrognio facilmente com uma -hlice alinhada com ela.

III. Os segmentos polipeptdicos adjacentes em uma sequncia primaria so geralmente

arranjados entre si de forma adjacente na estrutura enovelada. Apesar de segmentos

distantes de um polipeptdio poderem aparecer juntos na estrutura terciria, isso no

regra geral.

IV. As conexes entre os elementos da estrutura secundria no podem se cruzar ou

formar ns.

Estruturas supersecundrias, tambm conhecidas como motivos, so arranjos particularmente

estveis de diversos elementos de estrutura secundria e das conexes entre eles.

Os polipeptdios que apresentam mais de algumas centenas de residuos de aminocidos se

dobram, frequentemente, em duas ou mais unidades globulares estveis denominadas domnios.

V. A conformao mais estvel quando os segmentos individuais esto ligeiramente

dobrados em um sentido orientado para a direita.

Desnaturao proteica e enovelamento (a fim de atingir conformao nativa)

1.1 A perda da estrutura proteica resulta na perda de funo

As estruturas proteicas adquiriram a sua funo em um meio celular especifico. Diferentes

condies daquelas presentes no interior das clulas podem resultar em maiores ou menores

alteraes na estrutura das protenas. Uma perda da estrutura tridimensional suficiente para

causar perda de funo denominada desnaturao. O estado desnaturado no corresponde,

necessariamente, a um desenovelamento completo da protena e a uma randomizao da

conformao. Sob a maioria das condies, as protenas desnaturadas existem em um

conjunto de estados parcialmente enovelados pouco conhecidos.

A maioria das protenas pode ser desnaturada pelo calor, que afeta as interaes fracas em

uma protena (principalmente ligaes de hidrognio) de forma complexa. Se a temperatura se

eleva lentamente, uma conformao proteica geralmente permanece intacta at que haja uma

perda abrupta de estrutura (e funo) em uma faixa estreita de temperatura.

Cada um dos agentes desnaturantes (calor, extremos de pH, solventes orgnicos miscveis em

agua, solutos como ureia e detergentes) representa um tratamento relativamente brando no

sentido de que nenhuma ligao covalente na cadeia polipeptdica rompida.

A estrutura terciaria de uma protena globular determinada pela sequncia de aminocidos.

A prova mais importante disso vem de experimentos que mostram que a desnaturao de

algumas protenas reversvel, em um processo denominado renaturao.

1.2 Os polipeptdeos se enovelam rapidamente por um processo em etapas

As estruturas secundrias locais forma-se inicialmente. Certas sequncias de aminocidos

enovelam-se rapidamente em -hlices ou folhas . Seguem-se as interaes envolvendo

maiores distncias entre duas -hlices que interagem para formar uma estrutura super-

A transio do estado

enovelado para o

estado desenovelado

um tanto abrupto,

sugerindo

cooperatividade no

processo de

desenovelamento.

secundria estvel. O processo continua at a formao de domnios completos e o completo

enovelamento do polipeptdio. Em um modelo alternativo, o enovelamento inicia-se pelo

colapso espontneo do polipeptdio em um estado compacto, mediado por interaes

hidrofbicas entre residuos apolares. O estado resultante desse colapso hidrofbico pode

ter um contedo elevado de estrutura secundria, mas muitas cadeias laterais de aminocidos

no estaro totalmente fixas.

A maioria das protenas provavelmente se enovela por um processo que incorpora os dois

modelos. Em vez de seguir uma nica via, uma populao de molculas peptdicas pode seguir

diversos caminhos at um mesmo destino final, com a reduo progressiva das espcies

parcialmente enoveladas medida que o processo de enovelamento se aproxima da

conformao final.

Termodinamicamente, o processo de enovelamento pode ser

visto como uma espcie de funil de energia livre. Os estados

no-enovelados as caracterizados por um alto grau de energia

conformacional e uma energia livre relativamente elevada.

medida que o enovelamento ocorre, o estreitamento do funil

(no grfico) representa uma reduo do nmero de espcies

conformacionais presentes. Pequenas depresses ao longo das

laterais do funil de energia livre representam intermedirios

semi-estveis que podem alentecer brevemente o processo de

enovelamento. No fundo do funil, um conjunto de

intermedirios de enovelamento reduz-se a uma nica

conformao nativa (ou a um pequeno conjunto delas).