PROTEÍNAS

Como componente do alimento

• Duas funções importantes:

1) propriedades físico-químicas

2) recomendações nutricionais

Outras funções Funções biológicas: atividade das

enzimas, hormônios e anticorpos

Funções de membrana: essenciais

para definir atividade biológica das

plantas e animais

IMPORTÂNCIA

• Catálise enzimática – Reações químicas em sistemas biológicos são catalisadas

por macromoléculas específicas • Replicação do cromossomo • Hidratação do CO2

• Transporte e armazenamento – Moléculas pequenas e íons

• Ferro

• Movimento coordenado – Contração muscular

IMPORTÂNCIA

• Sustentação mecânica – Força de tensão da pele e do osso: colágeno

• Proteção imunitária – Anticorpos

• Geração e transmissão de impulsos nervosos – Resposta de células nervosas a estímulos específicos: proteínas

receptoras

• Controle do crescimento e da diferenciação – Expressão sequencial genética

COMPOSIÇÃO

• ESSENCIALMENTE COMPOSTA POR 20 AMINOÁCIDOS

• Aminoácidos L

• Todas as espécies: de bactérias a seres humanos, são construídas pelo mesmo conjunto de 20 aa

• Todos os 20 aa tem em comum o carbono central (C) o qual está ligado ao átomo de H, e ao grupo amina e a um grupo carboxila (COOH)

• O que distingue um aa do outro é a cadeia complementar ligada ao C

ESTRUTURA

• Grupo NH2 : propriedades básicas

• Carboxila (COOH): propriedades ácidas

• Grupamento R: cadeia lateral

NH2

H C COOH

R

ESTRUTURA

FORMA, TAMANHO E COMPOSIÇÃO DOS POLIPEPTÍDEOS

• PELO MENOS 40 RESÍDUOS

• POLIPEPTÍDEOS MENORES PEPTÍDEOS

• MAIOR POLIPEPTÍDEO: TITINA ( 27000 )

• QUANTO MAIOR O POLIPEPTÍDEO MAIOR A PROBABILIDADE DE ERRO NA SUA TRANSCRIÇÃO E TRADUÇÃO

ESTRUTURAS DA PROTEÍNA

• ESTRUTURA PRIMÁRIA: SEQUÊNCIA LINEAR NA QUAL OS AAS CONSTITUINTES SÃO COVALENTEMENTE LIGADOS ATRAVÉS DE LIGAÇÕES AMIDA (LIG. PEPTÍDICAS)

Estrutura primária

Ligação peptídica

• LIGAÇÕES COVALENTES: LIGAÇÕES AMIDA ENTRE O GRUPO ALFA-CARBOXILA DE UM AMINOÁCIDO E O GRUPO ALFA-AMINO DE OUTRO

ESTRUTURA SECUNDÁRIA

• ESTRUTURA SECUNDÁRIA: arranjo espacial dos átomos de um esqueleto polipeptídico, sem levar em consideração a conformação de suas cadeias laterais

• A CONFORMAÇÃO DEPENDE DA POLARIDADE, HIDROFOBICIDADE DO GRUPO R

Estrutura secundária

ALFA-HÉLICE

• ESTRUTURA ESPIRAL CONSTITUÍDA DE UM ESQUELETO POLIPEPTÍDICO CENTRAL BEM AGRUPADO ESPIRALADO, COM AS CADEIAS LATERAIS DE AA ESTENDENDO-SE PARA FORA DO EIXO CENTRAL

-hélices N-terminal

C-terminal

Dipolo papel importante na estrutura e funcionalidade

BETA-FOLHA

• OUTRA FORMA DE ESTRUTURA SECUNDÁRIA NA QUAL TODOS OS COMPONENTES ESTÃO ENVOLVIDOS NAS PONTES DE HIDROGÊNIO

• Folhas beta antiparalelas

• Folhas beta paralelas

CONFIGURAÇÃO

Estruturas terciárias

• ORGANIZAÇÃO TRIDIMENSIONAL DA CADEIA POLIPEPTÍDICA CONTENDO ZONAS DE ESTRUTURA SECUNDÁRIA BEM DEFINIDAS, FORMANDO UMA UNIDADE COMPACTA (domínios)

Estruturas terciárias

Estrutura quaternária

• ASSOCIAÇÃO DE 2 OU MAIS CADEIAS POLIPEPTÍDICAS, PARA COMPOR UMA PROTEÍNA FUNCIONAL

• INTERAÇÕES HIDROFÓBICAS

Estrutura quaternária

GRUPOS • grande fração de -hélices • Ex.: mioglobina, hemoglobina • grande fração de folha • Ex.:imunoglobulina • + mistura das duas estruturas,

segregadas em diferentes regiões • Ex.: lisozima • / alternância dentro da proteína • Ex.: triose fofato isomerase • Randômica Ex.: fosfolipase

Tipo Energia

(kcal/mol)

Grupo funcional Agentes de ruptura

Ligações covalentes

50-83 S-H

S-S

C-C

Sulfitos e outros

redutores

Ligações hidrogênio

3-7 Amida, hidroxila

fenol

Sol. de uréia, detergentes,

calor

Interações hidrofóbicas

3-5 Cadeia lateral alifática ou aromática

Detergentes, solventes

orgânicos

Interações

eletrostáticas,

Iônicas

3-7 Carboxila, amina, imidazol,

guanidina

Sol. salinas, extremos de

pH

Van der Waals 1-2 Dipolos permanente

LIGAÇÕES E INTERAÇÕES PROTEÍNA-PROTEÍNA

DESNATURAÇÃO PROTÉICA

• PROCESSO QUE MODIFICA A ESTRUTURA MOLECULAR (estrutura secundária, terciária e quartenária), SEM CLIVAGEM DAS LIGAÇÕES PEPTÍDICAS.

• EFEITOS

• Diminuição da solubilidade

• Alteração na capacidade de fixação da água

• Perda de atividade biológica (Lys, Met, Cys)

• Aumento da sensibilidade ao ataque de proteases

• Aumento da viscosidade

AGENTES DESNATURANTES

• AGENTES FÍSICOS

• CALOR

• FRIO

• IRRADIAÇÃO

• INTERFACES

• PRESSÃO

• TRATAMENTOS MECÂNICOS

Desnaturação • Calor 600 vezes a desnaturação a cada

10OC de acréscimo de T.

• Frio desnatura algumas proteínas,

causam agregação e precipitação,

concentrando a proteína.

• Irradiação Radicais livres reagem com as

proteínas. Os efeitos variam com a

frequência e a energia da onda. Raios Uv são

absorvidos pelos aa aromáticos

modificação conformacional

• Interfaces proteínas que se

adsorvem nas interfaces água/ar ou

água/fase sólida, se desnaturam de

forma irreversível

• Pressão hidrostática

• Tratamentos mecânicos forças de

cisalhamento modificam a rede protéica

e rompem -hélices

CALOR/AQUECIMENTO

ADSORÇÃO DE PROTEÍNA NA INTERFACE ÁGUA/AR

Representação esquemática do efeito de sinais hidrofóbicos sobre a probabilidade de adsorção de proteínas em interfaces de fluidos

AGENTES QUÍMICOS • pH

• SOLVENTES ORGÂNICOS E DETERGENTES

• SOLUÇÕES AQUOSAS DE COMPOSTOS ORGÂNICOS

• SAIS

pH extremos de pH causam forte repulsão

eletrostática entre grupos ionizados. As vezes é

reversível

Solventes orgânicos e detergentes alteram a

constante dielétrica, provocando rompimento das

interações hidrofóbicas

Soluções aquosas de compostos orgânicos

(uréia, sais de guanidina) ruptura de ligações H e

diminuição de interações hidrofóbicas

Sais íons reagem com proteínas via interações

eletrostáticas inespecíficas

ESTABILIZAÇÃO DAS PROTEÍNAS

• pH

• Temperatura

• Presença de enzimas degradativas

• Adsorção às superfícies

• Armazenamento por longo tempo

EFEITO DO pH

EFEITO DE SOLVENTES ORGÂNICOS

Solubilidade de proteínas

• “Salting in”

• “Salting out”

Digestão de proteínas

Digestão das proteínas da dieta

• Maior parte do N da dieta é consumida na forma de proteínas: 70-100g/dia

• São grandes demais para serem absorvidas no intestino hidrolisadas por enzimas proteolíticas

• Degradação protéica ocorre: estômago, pâncreas e intestino delgado

Digestão das proteínas pela secreção gástrica

• 1-ácido clorídrico (pH 2,0 – 3,0): função hidrolisar proteínas, matar algumas bactérias, desnaturar proteínas

• 2-Pepsina libera peptídeos e poucos aa livres a partir das proteínas da dieta

Digestão de proteínas por enzimas pancreáticas

• 1-especificidade: cada enzima apresenta uma especificidade diferente para os grupos R dos resíduos de aa ( tripsina, quimitripsina, elastase, carboxipeptidase A e B)

• 2-liberação e ativação de zimogênios enteropeptidase que desencadeia uma cascata de atividades proteolíticas

Digestão de oligopeptídeos por enzimas do intestino delgado

• A superfície luminal do intestino contém a enzima aminopeptidase que cliva os oligopeptídeos produzindo aa livres e peptídeos menores

Absorção

• AA livres são captados pelos enterócitos (carreador Na+)

• Di e tripeptídeos são captados por um sistema de transporte ligado a H+

• Os peptídeos são hidrolisados no citosol liberados para o sistema portaAA livres que serão metabolizados no fígado ou liberados na circulação geral

LÚMEN Superfície

luminal

Enterócito Capilar

Proteínas

Polipeptídeos

Pepsina

Quimiotripsina

Tripsina

Elastase

Carboxipeptidases A e B

AA livres

-Básicos

- Neutros

Peptídeos

(2 – 6 AA)

AA

Aminopeptidases

DPP aminopep.

dipeptidases

AAN

DI

TRI

AA

AA

DI

TRI

Proteínas globulares e fibrosas

• Hemoglobina

• Mioglobina

• Colágeno

• Elastina

Hemeproteínas globulares

• São proteínas especializadas as quais contém um grupo heme

• Grupo heme tem função específica determinada pela estrutura tridimensional da proteína

• Humanos: hemoglobina e mioglobina (hemeproteínas mais abundantes) liga de forma reversível o oxigênio

Estrutura e função da mioglobina

• Hemeproteína presente no coração e no músculo esquelético

• Reservatório e carreador de oxigênio

• Aumenta a velocidade de transporte de oxigênio da célula muscular

Fig. 4-18, p.98

PROTEÍNA COM FUNÇÃO DE ARMAZENAMENTO DE O2

MIOGLOBINA

Estrutura e função da hemoglobina

• Encontrada exclusivamente nos eritrócitos

• Função: transportar oxigênios dos pulmões até os capilares dos tecidos

• Estrutura complexa: pode transportar H+ e CO2 dos tecidos até os pulmões e pode carregar 4 moléculas de O2 dos pulmões às células dos tecidos do corpo

PROTEÍNA COM FUNÇÃO DE TRANSPORTE DE O2 HEMOGLOBIMA

PERFIL DE SATURAÇAO DA MIOGLOBINA E DA HEMOGLOBINA PELO OXIGENIO

Mb = 1 UNIDADE Hb= 4 SUBUNIDADES

A Mb tem uma grande afinidade pelo O2 (hipérbole) A ligação do O2 à Hb é cooperativa (sigmóide)

Hemoglobinopatias

Anemia Falciforme

• Doença genética ocorre em pessoas que herdaram dois genes mutantes

• Doença hereditária mais comum nos EUA afetando cerca de 80.000 norte-americanos

• Ocorre população afro-americana

• Caracteriza-se por episódios dolorosos (crises) que ocorrem durante toda a vida

– Anemia hemolítica crônica

– Suscetibilidade a infecções

– Síndrome aguda do peito

– Acidentes vasculares cerebrais

– Alterações ósseas

Doença da hemoglobina C e SC

Hemoglobina C

• Mutação genética: troca de um aa (lisina substitui o glutamato)

• Pacientes homozigotos apresentam anemia hemolítica crônica leve

Hemoglobina SC

• É comum pacientes permanecem bem até sofrerem uma crise de infarto, que ocorre após parto ou cirurgia

Metemoglobinemias

• Oxidação do grupo heme que não pode se ligar ao oxigênio

• Pode ser causada por uso de fármacos

• Problemas genéticos

• Caracterizada por “cianose chocolate” – coloração marrom azulada na pele e membranas

Talassemias

• Doenças hemolíticas hereditárias – distúrbio comum em um único gene

• Tem-se talassemia β e talassemia

• Β-Talassemia – gravemente anêmicos, requerem transfusões frequentes

• -Talassemia – anemia hemolítica leve a moderadamente grave

Proteínas Fibrosas

Colágeno

• Proteína abundante no corpo humano

• Longa, rígida e composta de 3 cadeias polipeptídicas

• Diferentes funções em cada órgão

– Disperso na forma de gel que sustenta a estrutura

– Matriz extracelular

– Humor vítreo do olho

– Grande resistência no caso dos tendões

– Na córnea: empilhado de forma a transmitir luz com o mínimode dispersão

colágeno

TRIPLA HÉLICE DE COLÁGENO

HÉLICE α TRIPLA HÉLICE

TRIPLA HELICE CORTE TRANVERSAL

Elastina

• Sintetizado a partir da tropoelastina (polipeptídeo linear com 700aa)

• Rica em prolina e lisina

• Rede semelante à borracha, amplamente interconectada, podendo ser distendida em qualquer direção quando tensionada

– Elasticidade ao tecido conjuntivo

Branden, C. & Tooze, J. – Introduction to protein

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Voet, Donald, Voet Judith G & Pratt, Charlotte W.

Fundamentos de Bioquímica

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS