Graduação em Biotecnologia
Disciplina de ProteômicaCaroline Rizzi
Doutoranda em Biotecnologia -UFPel
A ligação peptídica ocorre entre o grupo
-carboxila de um aminoácido e o grupo
-amino de outro aminoácido.
um dipeptídeo
Aminoácido 1 Aminoácido 2
Não são reações espontâneas
A ligação peptídica é uma amida.
O
-C
NH2
Ligação peptídica
Ligação peptídica
Ressonância eletrônica: nuvem de elétrons oscilando entre o C e o N.
O
CNH
O
CNH
Híbrido de duas estruturas contribuintes:Elétrons distribuídos nos átomos da ligação
Caráter de dupla ligação
A ligação peptídica é plana e rígida!!!
Ressonância: Distância de 1,32 A°
Os quatro átomos da ligação peptídica e os dois carbonos α ficam no plano com ângulos de 120 ° entre o C e N
Ligação estável Quebra a altas temperaturas pH ácido ou baseProteasesNão há rotaçãoNão tem carga elétricaPermite duas configurações espaciais:cis e trans
Ligação cis e trans
Trans: os grupamentos dos carbonos αestão em lados
opostos da ligação peptídica
Prolina: configurações cis e trans→ choques estéricos
em ambas as formas
• Espinha dorsal - formada pela união dos aminoácidos
- presença da ligação peptídica
- formação de pontes de hidrogênio
•Grupamento N-terminal (NH3+ livre)
C- terminal (COO- livre)
•Resíduos de aminoácidos
•Radicais dos aminoácidos - ligados a espinha dorsal
- radicais são responsáveis pelas
propriedades dos peptídios
O
A ponta amídica é considerada sendo o início da cadeia peptídica
Peso molecular de 1 aa:110 Da
Possui polaridade
A perda da carga dos NH e COOH, a interação com outros grupos R do peptídeo podem afetaros valores de pK.
Flexibilidade da Cadeia Peptídica
Embora a ligação peptídica seja plana, há rotação ao redor das
ligações ao carbono α de cada resíduo de aminoácido,
permitindo o enovelamento da proteína
α
Dois ângulos de rotação:(fi) – ângulo de rotação entre o C e N
- (psi ) – ângulo de rotação entre o C e o C
Determinam o trajeto da ligação peptídica
No caso da prolina, a rotação entre o C e N não é possível.
Conformação espacial da Cadeia peptídica
Ramachandran: teoria sobre os ângulos possíveis de torção da ligação peptídica. Valores permitidos e não permitidos são revelados no gráfico
Diagrama /
Área verde: enovelamento estável das proteínasRosa: combinações proibidasAmarela: energeticamente menosfavorável, mas possível
Folha paralela
C
Colágenotripla hélice
D E
-hélice(esquerda)
-hélice(direita)
Folha antiparalela
BA
AB
C
D
E
Oligopeptídeos, peptídeos, proteínas
Oligopeptídeos: di, tri, tetra: até 30 aas
Polipeptídeos: 30 a 50 aas
Proteínas: ↑50 a 2000 aas
Classificação das proteínas
• de acordo com a conformação
- globulares
- fibrosas
• de acordo com os produtos de hidrólise
- simples
- conjugadas
Conformação
Fibrosas
• Formadas aas hidrofóbicos;
• Fibras resistentes e elásticas;
• Função estrutural e contração;
• Repetição de estruturas secundárias;
• Proteínas longas no formato de
cordas;
• Elastina, queratina.
Globulares
• Regulação, catálise, proteção..
• Altamente hidrofílicas;
• Não formam agregados;
• Grande variedade de proteínas;
• Enzimas, hormônios, transportadores,
receptores...
Produtos de Hidrólise
Simples
• Formadas apenas por aas
Conjugadas
• Possuem em sua estrutura
aminoácidos e compostos de origem
não protéica
– Glicoproteínas
– Fosfoproteínas
– Lipoproteínas
– Metaloproteínas
– Cromoproteínas
– Nucleoproteínas
Proteínas Conjugadas
Proteínas Conjugadas
Glicoproteínas• Imunoglobulinas: 4% de glicídios
• Glicoproteínas de membrana: 20% de
glicídios
• Mucinas: podem conter 60% de glicídios
• Colágeno: glicose ou galactose
Fosfoproteínas• Serina, treonina ou tirosina
• Caseína, vitelina
• Histonas
• Telomerases
Nucleoproteínas
Proteínas Conjugadas
Lipoproteínas• Metal diretamente ligado à proteína
Metaloproteínas
Proteínas Conjugadas
Cromoproteína
Estrutura quaternária:
• Associação de mais de uma
cadeia polipeptídica
x 4
Estrutura terciária:
• Enovelamento de uma cadeia
como um todo.
• Ligações entre os átomos dos
radicais R de todos os
aminoácidos da molécula
Estrutura secundária:
• Enovelamento de partes da cadeia
• Formada somente pelos átomos da
ligação peptídica
Estrutura primária: é a sequência dos
aminoácidos na cadeia polipeptídica; mantida
por ligações peptídicas
aminoácido
É o esqueleto covalente (fio do colar),
formado pela seqüência dos átomos (-N-
C-Cα-)n na proteína.
Níveis organizacionais das estruturas das proteínas
Conformação protéica
• Arranjo espacial dos átomos: conformação
• Mudanças na conformação: sem quebra de ligações
covalentes
• Conformação mais estável
• Proteínas que estão em uma conformação as quais
apresentam-se funcionais: Proteínas Nativas
Características da conformação de
uma proteína
• Função protéica: depende da sua estrutura;
• Proteínas isoladas: existem em uma ou pequeno número de formas deestruturas estáveis;
• Forças mais fortes de estabilização proteíca: interações não covalentes;• Estrutura tridimensional:
– Determinada pela seqüência de aas;– Deve exibir condições de flexibilidade e rigidez adequados a sua função;– Superfície externa apropriada para o ambiente;– Conformação estável que pode se redobrar sem perder função ou precipitar
no interior celular;– Facilmente degradada quando for danificada ou não é mais necessária.
• Padrões estruturais comuns: facilitam a compreensão da arquitetura dasproteínas.
Estrutura Secundária
Características
• Conformação local de uma porção daproteína;
• Padrão regular de enovelamento→ estáveis eamplamente distribuídas;
• Mais comuns: alfa hélices e conformaçõesbeta
Alfa hélices
Estudos da estrutura 3D deproteínas: 1930: William Astbury, raios-X para
analisar cristais de queratina(proteína da lã de carneiro)→estrutura regular repetida a cada5.2 Å.
1951: Pauling e Corey→ prováveisconformações das proteínas
Representadas como fitasretorcidas ou bastões
Presente em proteínas globulares,domínios de proteínastransmembrana e proteínasligantes de DNA.
Alfa hélices Alfa-hélice: padrão de pontes de hidrogênio;
Espiral da hélice: horário (D ou destro) ou anti-
horário (E ou sinistro);
3,6 aas por volta; 13 átomos;
4 pontes de hidrogênio por volta→ estabilidade
C=O é ligada ao hidrogênio do N-H do quarto
aminoácido adiante;
Pontes de hidrogênio: paralelos ao eixo;
Radicais: fora da hélice;
Comprimento médio: 12 resíduos (~18 Aº menos de
45 A );
5,4Å
Alfa hélices
Seqüências de resíduos com valores repetidos de
e ;
Interações entre as cadeias laterais: estabilizar ou
desestabilizar;
Cadeias carregadas com glutamato, aspartato ou
arginina: não formam alfa hélice→ repulsão das
cargas;
Tamanho e formato de Asn, Ser, Thr e Cys:
desestabilizam a hélice se estiverem próximos;
Espaçamento de grupos carregados e volumosos
de 3 a 4 resíduos;
Entrelaçamento de alfa hélices: super-hélices.
Regiões hidrofóbicas e função mecânica
Ferritina
queratina
Alfa hélices
Colágeno: glicina, prolina, hidroxiprolina
Alfa hélices
Folhas beta
grupos R alternados,
Primeiro abaixo e depois
acima do plano
Grupos NH e CO
perpendiculares ao eixo da folha
União de dois ou mais filamentos beta
unidos por pontes de hidrogênio
Presentes em proteínas ligadoras de ácidos
graxos
Folhas beta
Paralela, torção à esquerda
antiparalelaN
C
C
C
Elementos de conexão: Beta
turns
4 aminoácidos (glicina e prolina);
Estabiliza mudanças de sentido da cadeia
peptídica
Maioria das voltas: curtas e localizadas em
regiões próximas à superfície
Podem estar presentes no sítio catalítico de
enzimas
Motivos ou estruturas
supersecundárias
Arranjos estáveis de vários elementos de estrutura secundária e suas
conexões;
Padrão comum de interação;
Interação das cadeias laterais de duas ou mais estruturas
secundárias;
Um único e grande motivo: proteína inteira;
Proteínas globulares não relacionadas;
Significância tanto estrutural quanto funcional;
Motivos
Beta-alfa-beta Só beta Só alfa
Barril betaBarril alfa-beta
Motivos
dedos de zinco ziper de leucina
dobramento estrutural estável
de pequenas porções da proteínaSuper hélice de alfa hélice
Estrutura terciária: Dobramento das estruturas secundárias
Especifica as posições de cada átomo na proteína, inclusive osde cadeia lateral
A complexidade da estrutura terciária é diminuída considerandosubestruturas: Domínios
Estrutura Terciária
Forças não covalentes
Pontes de H
-Aminoácidos polares
Ligações iônicas
- Aminoácidos carregados
Interações hidrofóbicas
-Aminoácidos apolares
Forças de Van der Waals
-Qualquer aminoácido
ProteínaProteína
NH
— CH2 — OH ... O — C — CH2 — CH2 —
2
ProteínaProteína
O—CH
Ponte de Hidrogênio
Interações hidrofóbicase Forças de van der Waals
2
CH —CH3
CH3 CH3
CH3 — CH — CH2 —
— CH — CH3 H3C — CH —
CH3CH3
++—CH2—CH2—NH3 O
C —CH2—CH2—Ligação Iônica
Forças que mantém a 3D
Insulina
A
B
Pontes dissulfeto: covalentes e só
podem ser rompidas por agentes
redutores
RE: Proteínas secretadas
Forças que mantém a 3D
* O valor indicado para cada ligação refere- se à quantidade
de energia necessária para rompê-la.
Tipo deligação
Energia *(Kcal/mol)
Tipo deligação
Energia *(Kcal/mol)
LIGAÇÃO SIMPLES LIGAÇÃO DUPLA
O — H 110 C O 170
H — O 104 C N 147
P — O 100 C C 146
C — H 99 P O 120
N — H 93 LIGAÇÃO TRIPLA
C — O 84
C — C 83
S — H 81 PONTE DE HIDROGÊNIO
C — N 70 NH ...O
C — S 62 OH ... N
N — O 53 NH ... N
S — S 51 OH ... O
4 - 5
C C 195
A ligação peptídica é muito forte e só
se rompe em condições químicas
drásticas, como 6N HCl a 100ºC.
A ponte dissulfeto (-S-S-) é relativa-
mente rara entre as proteínas. Por
ser um laço covalente, não se rompe
quando uma proteína desnatura em
meio ácido ou por calor.
Proteínas são moléculas frágeis e
podem ser desnaturadas, com perda
de suas propriedades biológicas, por
pequenas variações do pH ou da
temperatura do meio. A ponte de H é
uma das principais forças envolvidas
na estabilidade da conformação nativa.
Forças que mantém a 3D
Domínios
Unidades compactas dentro do padrão de enovelamento de umaúnica cadeia que parece ter estabilidade independente
Enovelamento estáveis com funções específicas e essenciais
Regiões compactas semi-independentes com núcleo hidrofóbico e
porção externa polar
Contêm tipicamente de 100 a 150 aa
Domínios estruturais da troponina C
O perfil hidropático da
bacteriorhodopsina prevê
7 regiões hidrofóbicas
e 3 regiões hidrofílicas.
A bacteriorhodopsina é formada por
7 segmentos de -hélices apolares,
que delimitam um canal interno de
natureza polar.
Soma dos índices hidropáticos a cada 9
resíduos de aminoácidos
Permite prever regiões da proteína que
interagem com a membrana plasmática ou com
os meios interno/externo.
citoplasma
meio externo
canal de H+
Perfil hidropático
Estrutura quaternária
Subunidade
(uma cadeia
polipeptídica)
Proteína
(biológicamente ativa; dímero
não covalente )
Subunidades ou protômeros
Mais de uma cadeia polipeptídica:
Multímeros→Homo ou hetero
Monômero, dímero, trímero, oligômero
Regulação
Funções diferentes
Mioglobina de Cavalo
Folding de proteínas
Tendência da manutenção da conformação nativa;
Proteínas Nativas: marginalmente estáveis;
O que induz ao folding? Empacotamento de regiões hidrofóbicas:
Aumento da entropia da água;
Estabilização da estrutura protéica;
Área de solvatação em porções polares: quando estas moléculas deixam de interagir com
água e interagem entre si→ entropia que direciona o folding;
Cadeia primária;
Importância do estudo do folding: Misfolding protéico: agregação e fibrinogênese → patologias;
Superexpressão de proteínas de interesse industrial ou de pesquisa;
Estudo da atividade enzimática para a síntese química;
Chaperonas
Interagem com proteínas não dobradas ou mal dobradas
• HSP70: ligam-se em regiões ricas em aas
hidrofóbicos não dobradas, impedindo a agregação:
– Proteção da desnaturação pelo calor
– Naturação de peptídeos que estão sendo
sintetizados
– Impede o folding de proteínas secretadas
• Chaperoninas: GroEL/GroES
Folding e expressão de
proteínas recombinantes
Proteínas Nativas: maior solubilidade
que as maldobradas
Atividade Biológica: estrutura nativa
Folding e expressão de
proteínas recombinantes
Formação de corpos de inclusão
•Alta densidade;
•Podem conter partículas da membrana externa;
•Altos níveis de expressão, mesmo de proteínas endógenas;
•Não relacionada com hidrofobicidade, peso molecular;
•Só relacionada com ausência de formação de pontes S-S.
Limitar a velocidade da formação de
proteínas recombinantes
Top Related