Capítulo 2Aminoácidos e proteínas- estruturas e

propriedadesOs aminoácidos são as unidades estruturais básicas das proteínas

A quiralidade do carbono alfa (ligação a 4 grupos diferentes) confere aos aminoácidos actividade óptica

Em projecção de Ficher um aminoácido L- representa-se com um grupo NH2 à esquerda

Aminoácidos comuns das proteínasSão 20 os aminoácidos que intervêm na estrutura das proteínas

Dois deles contêm também o grupo funcional amida (glutamina e asparagina)

Também podem ocorrer no estado livre (600), não intervindo na composição das proteínas sendo intermediários de sequências metabólicas fundamentais e isolados tanto em tecidos animais comovegetais

Nomenclatura de aminoácidosAs recomendações IUPAC-IUBMB apoiam o uso de nomes triviais. A forma maislógica da sua classificação baseia-se na polaridade do grupo R (e na sua carga para valores biológicos de pH) o que permitir dividi-los em 4 tipos:

1) não polares ou hidrófobos;2) polares mas não carregados;3) carregados negativamente a pH 6-7 (ácidos);4) carregados positivamente a pH 6-7 (básicos).

(Campos, 1998)

(Campos, 1998)

(Campos, 1998)

Ligação amida ou peptídica e cadeia polipeptídica

A ligação entre cada dois aminoácidos consecutivos de uma cadeia peptídica – ligação peptídica- é formada por eliminação de uma molécula de água entre o grupo OH do carboxilo de um aminoácido e um H do grupo amina do aminoácido seguinte.

(Campos, 1998)

Cadeia polipeptídica- é uma sequência de mais de dois resíduos deaminoácidos. Geralmente denominada cadeia peptídica

Esta ligação é responsável pelo estabelecimento de uma estrutura primária (a sequência dos aminoácidos na cadeia peptídica de um polipétido ou de uma proteína).

(Campos, 1998)

Pequenos péptidos com interesse fisiológico (2 até cerca de 30 resíduos de aminoácidos) que representam funções biológicas relevantes em organismos vegetais e animais:

- encefalinas – pentapeptídos presente no cérebro que funcionam como analgésicos (acção semelhante aos opiácios e à morfina)

- ocitocina:

- aumenta o número dos seus receptores na gradidez, induzindo contracções do músculo uterino => parto;

- estimula o fluxo de leite da mãe na fase de aleitamento.

- vasopressina – controlo da pressão arterial através de regulação da contracção muscular

Diferença entre um polipéptido de uma proteína:N< 80 a 100 aminoácidos => cadeia polipeptídicaN> 80 a 100 aminoácidos => proteína

Estrutura das proteínas:Estrutura secundária

As rotações em torno das ligações adjacentes à ligação peptídica originam essencialmente dois tipos de estrutura: as hélices e as folhas pregueadas (aparecem em mais de 60 % da estrutura das proteínas)

Tanto as hélices (entre grupos da mesma cadeia)como as folhas pregueadas (entre grupos de cadeias diferentes) são estabilizadas por pontes de hidrogénio estabelecida entre o oxigénio do carbonilo de umas ligações peptídicas e o hidrogénio do grupo amina de outras ligações peptídicas.

(Campos, 1998)

A estrutura dos diferentes aminoácidos influenciam a adopção, pela cadeia, de um determinado tipo de estrutura secundária, havendo uma correlação entre sequência e conformação:

- ácido glutâmico, alanina, leucina=> hélices

- valina e isoleucina => folhas

- prolina, glicina, aspargina => reversões

(Campos, 1998)

(Campos, 1998)

(Campos, 1998)

Paralela e

Estrutura secundária

O terceiro tipo de estrutura secundária, muito vulgar nos animais superiores, corresponde a uma proteína fibrosa do tecido conjuntivo, o colagénio, que aí se apresenta sob a forma de três cadeias polipetídicas helicoidais imbricadas como numa trança. A sequência de aminoácidos é regular e por isso de 3 em 3 resíduos encontra-se a glicina.

É a proteína mais abundante nos mamíferos e o principal componente fibroso da pele, ossos, tendões, cartilagens e dentes. Cada cadeia possui 1000 resíduos.

A prolina (com configuração estrutural em anel) está presente em proporção muito elevada sendo responsável pela estabilização da estrutura

(Campos, 1998)

(Campos, 1998)

Estrutura “supersecundária”

A ocorrência de dobras em “gancho de cabelo” a ligar entre si folhas Beta ou hélices alfa ou ambos os tipos de estrutura secundária, origina conformações => “estrutura supersecundária”

As razões de adopção destas estruturas de forma generalizada pelas proteínas decorre de que:

- as conformações das folhas Beta e hélices Alfa permitem uma compactação da estrutura

- as ligações por pontes de hidrogénio entre os grupos polares (CO e NH) das cadeias principais compensam, a energia gasta para desviá-los das interacções com a água

- as proteínas só beneficiam se as duas estruturas (folhas Beta e hélices) estiverem associadas entre si

Estrutura “supersecundária”

(Campos, 1998)

Proteínas fibrosas e proteínas globulares:Proteínas fibrosas (escleroproteínas)

São proteínas estruturais, insolúveis, na sua maior parte constituídas por cadeias estendidas ou em hélice alfa, enroladas juntas ou associadas em fibras:

- queratinas => proteínas dos tecidos como os cabelos, lã, unhas, garras, bicos das aves, os chifres.

- fibroína da seda => fios de seda constituídos por folhas de glicina, serina e alanina.

- colagénio => principal proteína dos tecidos conjuntivos.

Proteínas globulares

Forma esferóide e são hidrossolúveis; o arranjo espacial das hélices alfa e das folhas pregueadas permite e aproximação entre as extremidades das sequências polipeptídicas; apresentam um nível de estrutura terciário e quaternário (ex: mioglobina)

Proteínas globulares

(Campos, 1998)

Estrutura terciária => conformação tridimensional de uma proteìna (ex: mioglobina)

Corresponde à conformação tridimensional das cadeias polipeptídicas

Tem uma importância fundamental para actividade biológica das proteínas, uma vez que resíduos de aminoácidos muito distanciados uns dos outros, na sequência, podem encontrar-se próximos devido aos enrolamentos

forma regiões indispensáveis ao funcionamento da proteína

(ex:centro activo das enzimas)

Estrutura terciária- conformação tridimensional

Segmentos random - Intervêm nas ligações entre segmentos em hélice, em folhas ou em ambos os tipos, permitindo assim o enrolamento e a constituição da estrutura terciária

(Campos, 1998)

A estrutura terciária é estabilizada por ligações de diversos tipos:

iónicas; electrostáticas; pontes de hidrogénio; hidrófobas; covalentes (-S-S-) (Campos, 1998)

A ponte de enxofre (ou ponte dissulfurada) desempenha um papel

fundamental na formação e estabilização da quase totalidade das

proteínas com estrutura terciária.

(Campos, 1998)

Em 1957, Kenny e seus colaboradores visualizam, pela primeira vez, A estrutura tridimensional de uma proteína.

- Extremidades (letras A e H)

Desempenha funções de armazenamento de oxigénio no músculo

(Campos, 1998)

4 grandes tipos de estrutura terciária:

- alfa/alfa – essencialmente com hélices alfa e por poucas ou nenhumas folhas Beta (todas com 8 hélices)- mioglobina e hemoglobina

- beta/beta - principalmente ou exclusivamente por folhas beta imunoglobinas

- alfa/beta – alternância de hélices alfa e folhas beta. Frequentemente as folhas formas leque rodeado por hélices - piruvato-cinase, glicolato-oxidase, aldolase,triose-isomerase, xilulose-isomerase e ribulose-difosfato-carboxilase

- alfa+beta –hélices alfa e folhas beta tendem a ocupar regiões diferentes da cadeia polipeptídica - ribonuclease, insulina e lisozima

• Muitas proteínas apresentam semelhanças estruturais que permitemdefinir classes

• A sua classificação baseia-se na sequência das hélices alfa e de folhas Beta

mioglobinahemoglobina

imunoglobinas

muitas enzimasribonucleaseinsulinalisozima

(Campos, 1998)

Estrutura quaternária (ex: Hemoglobina)

Corresponde a associações quase sempre reversíveis, por ligações fracas, entre vária cadeias polipeptídicas idênticas ou diferentes.

É o nível superior de complexidade da estrutura das proteínas

Hemoglobina :

- desempenha funções de transporte do oxigénio molecular;

- é um tetrâmero constituído por duas cadeias alfa e duas cadeias beta;

- é formada por 153 resíduos;

- em presença de elevadas concentrações de oxigénio (nos pulmões) a molécula de hemoglobina pode ligar a si, reversivelmente , 4 moléculas de Oxigénio;

- em presença de quantidade elevadas de CO2 e de H+, como sucede no tecido respiratório, o oxigénio é libertado

Estrutura quaternária

Se ocorrer qualquer alteração nas cadeias alfa e beta devido a mutações que afectem as suas interacções, as propriedades da hemoglobina são alteradas.

É nas enzimas que regulam reacções –chave de sequências metabólicas fundamentais que vamos encontrar este tipo de estruturas

A estrutura quaternária confere às células um nível suplementar na regulação de determinadas proteínas funcionais, pois a dissociação destas estruturas permite à célula retardar ou parar, portanto controlar a actividade dessas proteínas

Conceitos sistematizados por Linderstrom-Lang

Funções biológicas das proteínas

Estruturais – definindo e mantendo diferentes estruturas celulares e orgânicas Vertebrados => colagénio => tecido conjuntivo e ósseo

queratina => estrutura do pelo e das unhasNível celular => estrutura das membranas e de partículas funcionais como os ribossomas e microtúbulos.

Catalíticas – como catalizadores das reacções que se produzem nas células => enzimas (grupo mais numerosos das proteínas celulares) e que possuem grande especificidade no reconhecimento dos susbstratos

Hormonais – várias hormonas possuem estruturas polipetídicas e proteicas => pâncreas e insulina, hipófises, hormona do crescimento (GH) e adrenocorticotrofina (ACTH)

Defesa – imunoglobinas e anticorpos que formam parte das defesas dos organismos superiores para com moléculas estranhas, formando um complexo antigénio/ anticorpo que vai imobilizar , por precipitação a molécula estranha

Transporte – levando moléculas específicas de uma parte do organismo a outra.

- Albumina - que transporta os ácidos gordos livres no sangue

- Hemoglobina – que transporta o oxigénio nos eritrócitos desde os pulmões aos tecidos

- Lipoproteínas – transportam os lípidos insolúveis no plasma sanguíneo

- Ceruloplasmina – transporta Cu no sangue

As células vivas dos organismos heterotróficos e na ausência de luz os autotróficos, obtêm a energia de que imediatamente necessitam a partir da oxidação dos poliósidos de reserva a CO2 e água

Este conjunto de processos e os de síntese das macromoléculas só é possível devido à intervenção dos catalizadores bioquímicos

EnzimasProteínas(globulares)

Classificação das proteínas em função da composição

Holoproteínas – constituídas apenas por aminoácidos

Heteroproteínas- constituídas por uma ou mais cadeias peptídicas epor uma parte não proteica designada de grupo prostético

fosfoproteínas

nucleoproteínas cromoproteínas

glicoproteínas

lipoproteínas

HeteroproteínasCaracterizam-se:

- pela natureza dos grupos prostécticos,

- pelo número de grupos presentes por molécula de proteína

- e pela natureza das ligações entre grupos prostécticos e as cadeias polipeptídicas.

Fosfoproteínas –contêm ácido fosfórico a esterificar as funções álcool da serina e da treonina.Exemplos:

- caseína do leite e a vitelina;

- vitelina e a fosfovitina da gema de ovo

HeteroproteínasCromoproteínas

• Proteínas coradas cujo grupo prostéctico contém muitas vezes um elemento metálico (Fe, Cu, Mg).

• São classificadas:

- consoante o seu grupo prostéctico possui ou não a estrutura tetrapirrólica (porfirina)

- e consoante o seu papel fisiológico, respiratório ou não respiratório:

- Cromoproteínas porfirínicas

- pigmentos respiratórios- com Fe; hemoglobinas, citocromos, e as enzimas hemínicas (catalases e peroxidases)

- pigmentos não respiratórios – cloroplastinas, cujo grupo prostéctico é uma clorofila com Mg

- Cromoproteínas não porfirínicas

- pigmentos respiratórios- de alguns invertebrados (contém Fe), crustáceos e moluscos (contém Cu)

- pigmentos não respiratórios – flavoproteínas e as metaloproteínas (de Fe e Cu) => permitem o armazenamento e o transporte dos metais nos organismos animais.

Glicoproteínas –(ovalbumina, imunoglobinas, fibrinogénio, tireoglobulina)

• são proteínas que incluem na sua molécula resíduos glucídicos ligados à cadeia polipeptídica por covalência => glicano => limita a extracção de proteínas => dificulta a solubilidade do complexo proteico.

• as mais importantes intervêm:• na resposta imunológica => anticorpos (que se ligam aos antigénios –subst. que atacam o organismo – e os imobilizam)• e determinantes antigénicos => grupos sanguíneos nas diferenças entre os 4 grupos A,B,AB e O)

Lipoproteínas – está associada às proteínas uma parte lipídica.

• são moléculas muito grandes e por isso separam-se das outras proteínas;

• o colestrol, triglicéridos e os fosfolípidos são transportados na circulação sanguínea por diferentes lipoproteínas;

•desempenham papel importante no metabolismo celular napermeabilidade selectiva das membranas pelo seu carácter hidrofílico pela parte proteica e hidrofóbico pela parte lipídica

Nucleoproteínas

desoxirribonucleoproteínas - em que

intervêm protaminas e histonas

Ribonucleoproteínas -associações de ácidos ribonucleicos e de

proteínas (os ribossomas)

desempenham papel preponderante na biossíntese proteica