aminoácidos, peptídeos e proteínas

Aminoácidos Peptídeos e Aminoácidos, Peptídeos e ProteínasProteínas

Prof. Dr. André Luís Bacelar Silva Barreiros

DefiniçãoDefiniçãoAminoácidos – ácidos α-amino-carboxílicos

Proteínas e Peptídeos são polímeros de aminoácidos Proteínas e Peptídeos são polímeros de aminoácidos ligados por uma ligação amida

Ligação amida

AminoácidosAminoácidos20 aminoácidos utilizados na biossintese de proteínas

Alguns aminoácidos encontrados em proteínas sãog presultado de modificação após a imcorporação à cadeianucleotídica

300 aminoácidos não protéicosp

AminoácidosAminoácidosNumeração da cadeia

Lisina

Argininag

AminoácidosAminoácidosEstereoquímica – Naturais L

D-gliceraldeídoL-gliceraldeído

L-alanina D-alanina

AminoácidosAminoácidosNotação D e L indica configuração no C-α

(S) ( ) alanina (R) (+) alanina

Fórmula de projeção de Fischer

(S)-(-)-alaninaL-alanina

(R)-(+)-alaninaD-alanina

Modelo de bola e vareta

(S)-(-)-alanina (R)-(+)-alanina

Fórmula em Perspectiva

L-alanina D-alanina

AminoácidosAminoácidosCadeia lateral hidrocarboneto alifático

Gli iGlicina Alanina

Valina

Leucina Isoleucina

AminoácidosAminoácidosCadeia lateral benzênica

FenilalaninaFenilalanina

Tirosina

AminoácidosAminoácidosCadeia lateral álcool

Serina

Treonina

AminoácidosAminoácidosCadeia lateral ácido carboxílico

Aspartato

Glutamato

AminoácidosAminoácidosCadeia lateral amida

Asparagina

Glutamina

AminoácidosAminoácidosCadeia lateral heterocíclica

Prolina

Triptofano

Histidina

Triptofano

AminoácidosAminoácidosCadeia lateral amina

Lisina

Arginina

AminoácidosAminoácidosCadeia lateral com enxofre (tio-compostos)

Cisteína

Metionina

Aminoácidos PolaridadeAminoácidos - PolaridadeApolares

Glicina AlaninaGlicina AlaninaValina Leucina Prolina

IsoleucinaFenilalanina MetioninaTriptofano

Aminoácidos PolaridadeAminoácidos - PolaridadePolares Neutros

Serina

Treonina Asparagina

Glutamina

Tirosina CisteínaHistidina

Aminoácidos PolaridadeAminoácidos - PolaridadePolares Carregados

Aspartato

Glutamato

Lisina

Arginina

Aminoácidos ModificadosAminoácidos ModificadosProteicos por modificação estrutural após incorporação

5 hid i hi tidi

4-hidroxi-prolina

5-hidroxi-histidina

P í d lá

Proteínas da parede celular

Proteínas do colágeno

Aminoácidos ModificadosAminoácidos Modificados

6-N-metil-lisina

Mi iMiosina Protrombina

γ-carboxi-glutamato

Aminoácidos ModificadosAminoácidos Modificados

Elastina

Desmosina(4 unidades de Lisina)

Aminoácidos ModificadosAminoácidos Modificados

Selenocisteína

GSH peroxidase2GS

Glutationa (GSH)

+NADP+2GSHGSH redutase+H+NADPH+GSSG

p2H2O+GSSGH2O2+2GSH

Resumindo:

NADP+2GSHH+NADPH+GSSG

+NADP+2H2OGSH+H+NADPH+H2O2

Glutationa Redutase (GR)

Aminoácidos não protéicosAminoácidos não protéicosExercem outras funções sem constituir proteínas

Ex.: Ornitina e Citrulina são intermediarios na biossíntese daArginina

Ornitina

Citrulina

Aminoácidos EssenciaisAminoácidos EssenciaisNão temos a capacidade de sintetiza-los

Não sintetizamos em quantidade suficienteq

10 aminoácidos essenciais:10 aminoácidos essenciais:Valina, Leucina, Isoleucina, Treonina, Metionina, Lisina, Triptofano, Fenilalanina, Histidina e ArgininaLisina, Triptofano, Fenilalanina, Histidina e Arginina

Histidina e Arginina só são essenciais na infânciaHistidina e Arginina só são essenciais na infância

N i b l d di d í difNecessitamos obte-los da dieta de proteínas diferentes

Aminoácidos EssenciaisAminoácidos EssenciaisValina

PeixeCottageLentilha

A d i G liFrango Amendoim GergelimFrango

Aminoácidos EssenciaisAminoácidos EssenciaisLeucina

Proteína de soja AmendoimProteína de soja Amendoim

TofúA ê d F ijãAmêndoas Feijão

Aminoácidos EssenciaisAminoácidos EssenciaisIsoleucina

FrangoOvos Perúg Perú

Proteína de soja Algas marinhas Queijo

Aminoácidos EssenciaisAminoácidos EssenciaisTreonina

Cottage Carne Gergelimg Carne Gergelim

PeixeLentilha

Aves domésticas

Aminoácidos EssenciaisAminoácidos EssenciaisMetionina

GergelimProteína de soja

GergelimAveia

Castanha do Pará AmendoimCastanha-do-Pará

Germem de trigo

Amendoim

Aminoácidos EssenciaisAminoácidos EssenciaisLisina

Carne OvosProteína de sojaCarne

LentilhaFeijãoFeijão

Aminoácidos EssenciaisAminoácidos EssenciaisTriptofano

Clara de ovos Bacalhau

Soja Queijo Parmesão

Aminoácidos EssenciaisAminoácidos EssenciaisFenilalanina

Proteína de soja Peixej Peixe

AmendoimTofú

Clara de ovos

Aminoácidos Semi EssenciaisAminoácidos Semi-EssenciaisHistidina

Laticínios

Aves domésticas

TrigoArroz

Aminoácidos Semi EssenciaisAminoácidos Semi-EssenciaisArginina

Aves domésticas

Porco

Laticínios

Porco

CarneAmendoimAmendoim

Granola

Abreviaturas Polaridade e OcorrênciaAbreviaturas, Polaridade e Ocorrência

Propriedades Ácido BasePropriedades Ácido-BaseEm pH fisiológico os aminoácidos existem como íons dipolares

É impossível um aminoácido existir na forma neutraÉ impossível um aminoácido existir na forma neutra

Forma neutra Zwitterion

Propriedades Ácido BasePropriedades Ácido-BaseCurva de titulação Glicina

Ponto Isoelétrico

pI = pK1 + pK2

2

pH onde carga = 0

2

Propriedades Ácido BasePropriedades Ácido-BasePonto Isoelétrico

Al iAlanina

Propriedades Ácido BasePropriedades Ácido-BaseComparação com ácidos carboxílicos e aminas

Propriedades Ácido BasePropriedades Ácido-BaseCadeia lateral ionizável

Hi tidiHistidina

pH = 0 pH = 3 pH = 7 pH = 12

Glutamato

Propriedades Ácido BasePropriedades Ácido-BaseCurva de titulação

Histidina

Propriedades Ácido BasePropriedades Ácido-BaseCurva de titulação

Glutamato

Propriedades Ácido BasePropriedades Ácido-BasePonto Isoelétrico

Lisina

Glutamato

Propriedades Ácido BasePropriedades Ácido-Base

Separação de AminoácidosSeparação de AminoácidosEletroforese – Separa por pI

pI > pH ⇒ positivo migra para o cátodopI < pH ⇒ negativo migra pro ânodoM > ⇒ migra mais lentamente

Separação de AminoácidosSeparação de AminoácidosForma de detecção

nindrina aminoácido

produto violeta

Separação de AminoácidosSeparação de AminoácidosCromatografia em papel – Separa por polaridade

Apolares ⇒ arrastados pela fase móvelPolares ⇒ retidos pelo papel (polar)CCD usa placa recoberta com fase estacionária

Aminoácido menos polarp

Aminoácido mais polarO iOrigem

Separação de AminoácidosSeparação de AminoácidosCromatografia de Troca Iônica – Separa por afinidade

Resina de troca CatiônicaRetém positivos

Resina de troca AniônicaRetém negativosRetém negativos

Fase móvel = TampãoFase móvel = Tampão

Separação de AminoácidosSeparação de AminoácidosResina Trocadora de Cátions

Separação de AminoácidosSeparação de AminoácidosResina Trocadora de Ânions

CH2N+(CH3)3Cl- CH2N+(CH3)3Cl- CH2N+(CH3)3Cl

CH2N+(CH3)3Cl- CH2N+(CH3)3Cl-

Separação de AminoácidosSeparação de Aminoácidos

Separação de AminoácidosSeparação de AminoácidosCromatograma obtido num analisador automático

Separação de AminoácidosSeparação de AminoácidosDetecção e Quantificação por UV/VIS

Separação de AminoácidosSeparação de AminoácidosDetecção e Quantificação por UV/VIS

Aminoácidos aromáticos – direta UV

Outros aminoácidos - nindrina

Produto violetaλmax = 570 nm

Síntese de AminoácidosSíntese de AminoácidosSubstituição do H-α por Br (Hell-Volhard-Zelinski)

Reação SN2 com NH3ç N 3

O O O

RCH2COH

O 1) Br2, PBr3

2) H2ORCHCOH

O

B

NH3 excessoRCHCO-

NH +

O

+ NH4+Br-

Br NH3

Síntese de AminoácidosSíntese de AminoácidosMecanismo da reação de Hell-Volhard-Zelinski

Ácido carboxílico Brometo de acila Enol

Ácido α-bromo-carboxílico

Síntese de AminoácidosSíntese de AminoácidosAminação redutiva de α-cetoácidos

O NH3 excesso O+

R C

O

C OHH2/Ni Raney

R CH

NH3+

C O- + NH4+

Mecanismo

Separação de AminoácidosSeparação de AminoácidosSeparação de mistura racêmica - Resolução

Amilocinase do rim de porco

D aminoácido N acetil D aminoácido L-aminoácido

rim de porco

D-aminoácido+

L-aminoácido

N-acetil-D-aminoácido+

N-acetil-L-aminoácido

N-acetil-D-aminoácido

PeptídeosPeptídeosLigação Peptídica (Amida)

PeptídeosPeptídeosPor convenção o grupo amino livre é representado a esquerda e o grupo carboxila livre a direita

Gr o amino terminalLigações peptidicas

Gr o carbo ila terminalGrupo amino terminal Grupo carboxila terminalTripeptídeo

PeptídeosPeptídeosRotação livre não permitida – Caráter parcial de dupla

Configuração trans

Carbono α

Carbono α

Trans

PeptídeosPeptídeosLigação Dissulfeto

Cisteína

Cistina

Ci íCisteína

PeptídeosPeptídeosLigação Dissulfeto - Mecanismo

PeptídeosPeptídeosLigação Dissulfeto – forma das proteínas

PeptídeosPeptídeosInsulina

Regula o metabolismo da glicose

Ponte dissulfeto intracadeia

Pontes dissulfeto intercadeias

PeptídeosPeptídeosEncefalinas

Controlam a dor

Tyr-Gly-Gly-Phe-LeuLeucina-encefalina

T Gl Gl Ph MTyr-Gly-Gly-Phe-Met

M i i f liMetionina-encefalina

PeptídeosPeptídeosBradicinina

Hormônio que inibe inflamação dos tecidos

Arg-Pro-Pro-Gly-Phe-Ser-Pro-Phe-Arg

Bradicinina

PeptídeosPeptídeosVasopressina (antidiurético)

Controla a pressão sangüinea através da retenção de água nos rins

Cys Tyr Phe Gln Asn Cys Pro Arg Gly NHCys-Tyr-Phe-Gln-Asn-Cys-Pro-Arg-Gly-NH2

S SVasopressina

PeptídeosPeptídeosOcitocina

Induz a dor do parto e controla a produção de leite

Cys Tyr Ile Gln Asn Cys Pro Leu Gly NHCys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys-Pro-Leu-Gly-NH2

S SOcitocina

PeptídeosPeptídeosGramicidina

Antibiótico produzido por bactérias

D-PheD-Orn

PeptídeosPeptídeosAspartame Asp-Phe-CH

Adoçante sintético Asp-Phe-CH3

PeptídeosPeptídeosGlutationa

Antioxidante Glu-Cys-Gli

Gl C GliS

Glu-Cys-GliGSH SGSH

Glu-Cys-GliGSSG

y

Síntese de PeptídeosSíntese de PeptídeosProblemas com a Síntese

Síntese de PeptídeosSíntese de PeptídeosEstratégia de Síntese

ProtegidoProtegido

Ativado

A ligação peptídica se

Ativado

g p pforma aquí

Síntese de PeptídeosSíntese de PeptídeosProteção do grupo amino terminal (t-BOC)

GlDicarbonado de di-terc-butila

GlicinaGlicina N-protegida

Síntese de PeptídeosSíntese de PeptídeosAtivação do grupo ácido (DCC)

Transferência de H+

Glicina N-protegida

Diciclo-hexil-carbodiimidaDiciclo-hexil-carbodiimidaDCC

ProtegidoProtegido

Ativado

Síntese de PeptídeosSíntese de PeptídeosSíntese - Adição

Alanina

Nova ligação peptídica

diciclo-hexil-uréia

Síntese de PeptídeosSíntese de PeptídeosPropagação

Repetição da ativação e adição

Dipeptídeo N-protegido Tripeptídeo N-protegidoDipeptídeo N-protegido Tripeptídeo N-protegido

Síntese de PeptídeosSíntese de PeptídeosRemoção do grupo N-protetor (t-BOC)

Tripeptídeo N-protegido

T i ídTripeptídeo

Síntese de PeptídeosSíntese de PeptídeosProblemas com a metodologia

Rendimento de 80% por etapa

Aminoácidos 2 3 4 5 6 7 8 9

Rendimento 80% 64% 51% 41% 33% 26% 21% 17%

Método demorado

Necessidade de purificar o produto a cada etapa

Síntese de PeptídeosSíntese de PeptídeosSíntese automatizada de peptídeos em fase sólida

Grupo ácido ligado a suporte sólido

Síntese no sentido inverso (C para N)

Fácil remoção de subprodutosRobert Bruce Merrifield

Altos rendimentos(1921- 2006)

Rápida

Síntese de PeptídeosSíntese de PeptídeosLigação à Resina

A i á id N t idAminoácido N-protegido

Síntese de PeptídeosSíntese de PeptídeosSaída do Grupo Protetor (t-BOC)

Síntese de PeptídeosSíntese de PeptídeosAtivação (DCC)

Síntese de PeptídeosSíntese de PeptídeosAdição

Síntese de PeptídeosSíntese de PeptídeosSaída do Grupo Protetor (t-BOC)

Síntese de PeptídeosSíntese de PeptídeosPropagação

Síntese de PeptídeosSíntese de PeptídeosPropagação

Síntese de PeptídeosSíntese de PeptídeosRecuperação do Produto

ProteínasProteínasPolímeros de aminoácidos unidos por ligação covalente do tipo amida (ligação peptídica)Exercem as mais diferentes funções

Peptídeos até 100 resíduos de aminoácidos

Luciferina Hemoglobina Queratina

Peptídeos – até 100 resíduos de aminoácidos ou massa molar M < 10.000 g/mol

ProteínasProteínasDados moleculares de algumas proteínas

ProteínasProteínasGrupos Prostéticos

Grupos químicos diferentes de aminoácidos ligados a cadeia

Proteínas SeparaçãoProteínas - SeparaçãoExtração – quebra das células

Fracionamento por solubilidadep

pHp

Temperatura

Adição de Sal (NH4)2SO4 (Efeito salting out)

Dialise (tubo com membrana semi-permeável)

Proteínas SeparaçãoProteínas - SeparaçãoCromatografia em Coluna

Troca-Iônica

Exclusão

Bio-Afinidade

Proteínas SeparaçãoProteínas - SeparaçãoCromatografia por Troca-Iônica

Separa por diferença de cargas

Fase móvel = tampão

Fase estacionáriaResina CatiônicaResina Aniônica

Mudança na F.M. altera cargas

Proteínas SeparaçãoProteínas - SeparaçãoCromatografia por Exclusão

Separa por Tamanho

Fase Estacionária – Polímero Poroso

Maiores não entram nos porosSeparadas Primeiro

M Menores entram nos porosSeparadas por ultimo

Proteínas SeparaçãoProteínas - SeparaçãoCromatografia por Bio-Afinidade

Separa por afinidade com F.E.

Separa primeiro proteínas que nãose ligam

Ligante forte separa proteínade interesse

Proteínas SeparaçãoProteínas - SeparaçãoEletroforese

Separa pela relação massa/carga

Modificação com DSS

Todas com mesma carga = separa por massa

ProteínasProteínasEstruturas

PrimáriaSecundáriaTerciáriaQuaternária

Proteínas Estrutura PrimáriaProteínas – Estrutura PrimáriaSeqüência de Aminoácidos

Quebra das ligações dissulfetoQ g ç

Identificação dos aminoácidos terminaisIdentificação dos aminoácidos terminais

Quebras seletivas da cadeiaQuebras seletivas da cadeia

Proteínas Estrutura PrimáriaProteínas – Estrutura PrimáriaQuebra das ligações dissulfeto

Ditiotetrol (DTT)

AcetilaçãoResíduos ácidos

de cisteínaIodo-acetato

de cisteína

Resíduos acetilados de cisteína

Proteínas Estrutura PrimáriaProteínas – Estrutura PrimáriaQuebra das ligações dissulfeto

Proteínas Estrutura PrimáriaProteínas – Estrutura PrimáriaEstratégias para determinar seqüência de aminoácidos

Proteínas Estrutura PrimáriaProteínas – Estrutura PrimáriaEstratégias para determinar seqüência de aminoácidos

Quebra seletiva da cadeia

Proteínas Estrutura PrimáriaProteínas – Estrutura Primária

Proteínas Estrutura PrimáriaProteínas – Estrutura PrimáriaHidrólise ácida

P t í i á id

100°C24 h

Proteína aminoácidos

6 N HCl

Asparagina e Glutaminalidas como lidas como

Aspartato e Glutamato

Proteínas Estrutura PrimáriaProteínas – Estrutura PrimáriaAminoácido N-terminal (Degradação de Edman)

Isotiocianato de fenilaPITCPITC

Reagente de Edman

Proteínas Estrutura PrimáriaProteínas – Estrutura PrimáriaAminoácido N-terminal (Degradação de Edman)

Derivado TiazolinonaPeptídeo sem aminoácido

N-terminal originalDerivado Tiazolinona N terminal original

Proteínas Estrutura PrimáriaProteínas – Estrutura PrimáriaAminoácido N-terminal (Degradação de Edman)

O PHT-aminoácido é determinado por pcromatografia com uso de padrões

Degradações de Edman sucessivas sãoinviáveis em proteínas inviáveis em proteínas

Proteínas Estrutura PrimáriaProteínas – Estrutura PrimáriaAminoácido C-terminal (Carboxi-peptidase)

Sítio de ataque da carboxi-peptidase

Carboxi peptidase A separa todos menos Arg e LysCarboxi-peptidase A separa todos menos Arg e Lys

C b d B íf A LCarboxi-peptidase B específica para Arg e Lys

Proteínas Estrutura PrimáriaProteínas – Estrutura PrimáriaHidrólise Parcial

Quebra aleatória da cadeia com ácido diluído

Determina grupo N-terminal dos fragmentos (Edman)

Determina grupo C-terminal dos fragmentos (Carboxi-d )peptidase)

D i i ã d d f hid óli lDetermina composição de cada fragmento por hidrólise total

Ali h d i d t d b i ãAlinha as cadeias procurando pontos de sobreposição

Proteínas Estrutura PrimáriaProteínas – Estrutura PrimáriaEndopeptidases

Hidrolisam ligações peptídicas específicas

Tripsina – hidrolisa a ligação no lado C de Arg e Lys

Proteínas Estrutura PrimáriaProteínas – Estrutura PrimáriaTripsina – Lado C de Arg e Lys

Ala-Lys-Phe-Gly-Asp-Trp-Ser-Arg-Met-Val-Arg-Tyr-Leu-His

Quebra pela Tripsina

Quimotripsina – Lado C aromáticos Phe, Tyr e Trp

Ala-Lys-Phe-Gly-Asp-Trp-Ser-Arg-Met-Val-Arg-Tyr-Leu-His

Quebra pela Quimotripsina

Proteínas Estrutura PrimáriaProteínas – Estrutura PrimáriaElastase – Lado C dos menores Gly e Ala

Ala-Lys-Phe-Gly-Asp-Trp-Ser-Arg-Met-Val-Arg-Tyr-Leu-His

Quebra pela Elastase

Submaxillarus protease – Lado C de Arg

Ala-Lys-Phe-Gly-Asp-Trp-Ser-Arg-Met-Val-Arg-Tyr-Leu-His

Quebra pela Submaxillarus protease

Proteínas Estrutura PrimáriaProteínas – Estrutura PrimáriaStaphylococcus aureusV8 protease – Lado C Asp e Glu

Ala-Lys-Phe-Gly-Asp-Trp-Ser-Arg-Met-Val-Arg-Tyr-Leu-His

Quebra pela V8 protease

Pepsina - Lado N aromáticos Phe, Tyr e Trp

Ala-Lys-Phe-Gly-Asp-Trp-Ser-Arg-Met-Val-Arg-Tyr-Leu-His

Quebra pela Pepsina

Proteínas Estrutura PrimáriaProteínas – Estrutura PrimáriaNenhuma peptidase quebra ao lado de Pro

Ala-Lys-Pro Leu-Phe-Pro Pro-Phe-Val

Tripsina não quebra Quimotripsina não quebra Quimotripsina quebra

Brometo de Cianogênio (BrC≡N) quebra Lado C Met

Ala-Lys-Phe-Gly-Asp-Trp-Ser-Arg-Met-Val-Arg-Tyr-Leu-His

Quebra pelo BrC≡N

Proteínas Estrutura PrimáriaProteínas – Estrutura PrimáriaBrometo de Cianogênio - Mecanismo

Proteínas Estrutura PrimáriaProteínas – Estrutura PrimáriaBrometo de Cianogênio - Mecanismo

Proteínas Estrutura PrimáriaProteínas – Estrutura PrimáriaSequenciador de Proteínas – Reações de Edman

Mais de 50 resíduos

99% de eficiência

Proteínas maiores são quebradas antes

Proteínas Estrutura PrimáriaProteínas – Estrutura PrimáriaMALDI/MS – Espectrometria da Massas com dessorção/ionização a laser com matriz assistidaIonização por Eletron-Spray (ESI/MS)

Proteínas Estrutura PrimáriaProteínas – Estrutura PrimáriaSeqüênciamento por MS/MS

Proteínas Estrutura SecundáriaProteínas – Estrutura SecundáriaComformação regular assumida pelo segmento protéico

Planaridade regional em torno da ligaçãopeptídica (caráter parcial de dupla)

Maior número de Ligações de H

Maior separação dos grupos R (impedimento estérico)(impedimento estérico)

Proteínas Estrutura SecundáriaProteínas – Estrutura SecundáriaGiro livre em torno da ligação N-Cα (φ)

Giro livre em torno da ligação C1-Cα (ψ)g ç 1 α (ψ)

Ângulo de 0° proibido em proteínas e peptídeos φ = ψ = 0°Ângulo de 0 proibido em proteínas e peptídeos φ = ψ = 0

φ = ψ = 180° ou -180°

Proteínas Estrutura SecundáriaProteínas – Estrutura SecundáriaConformações

Hélice α

Folha Pregueada βParalelaAntiparalela

Curva β

Espiralada ou Em Laço

Proteínas Estrutura SecundáriaProteínas – Estrutura SecundáriaHélice α – Arranjo mais simples

Hélice destra

-45° < ψ < -50° e φ = -60°

Gira no sentido horário descendo

3,6 resíduos por giro

DestraEsquerdaq

Proteínas Estrutura SecundáriaProteínas – Estrutura SecundáriaHélice α – Substituintes para fora da héliceminimizam impedimento estérico

Topo Lateral

Proteínas Estrutura SecundáriaProteínas – Estrutura SecundáriaHélice α – Ligações de H a cada 4 resíduos

Proteínas Estrutura SecundáriaProteínas – Estrutura SecundáriaHélice α - Estabilização

Ligações de H justificam estabilidade

Interações entre grupos R distantes 3 a 4resíduos estabilizam a Hélice α favorecendo sua formação

Resíduos positivos e negativos⇒ atração e formação do par iônico⇒ atração e formação do par-iônico

Resíduos aromáticos ⇒ atração hidrofóbica

Par-Iônico

Proteínas Estrutura SecundáriaProteínas – Estrutura SecundáriaHélice α - Desestabilização

Interações entre grupos R vizinhos desestabilizam a Hélice α

Glu e/ou Asp vizinhos = repulsão entre cargas negativas

Lys e/ou Arg vizinhas = repulsão entre cargas positivas

V l L Il l i i h i di é iVal, Leu e Ile volumosos vizinhos = impedimento estérico

OutrosOutros

Pro rigidez do anel impede giro N-Cα e N não forma ligação de H

Gly flexibilidade conformacional forma outras hélices = desestabiliza

Proteínas Estrutura SecundáriaProteínas – Estrutura SecundáriaFolha Pregueada β

Estrutura estendida em zig-zag

Ligação de H entre cadeias peptídicas vizinhas

As cadeias podem ser:

Paralelas = se estendem na mesma direção

Antiparalelas = se estendem em direções opostas

Proteínas Estrutura SecundáriaProteínas – Estrutura SecundáriaFolha Pregueada β - Paralela

Proteínas Estrutura SecundáriaProteínas – Estrutura SecundáriaFolha Pregueada β - Antiparalela

Proteínas Estrutura SecundáriaProteínas – Estrutura SecundáriaFolha Pregueada β - Estabilidade

Grupos R pequenos Gly e Ala favorecem ligação de H

Paralelas Antiparalelas

Proteínas Estrutura SecundáriaProteínas – Estrutura SecundáriaCurva β - Conecta os diferentes segmentos protéicoscomo as Hélices α e as Folhas Pregueadas β

Conecta também folhas pregueadas β antiparalelas

Em proteínas globulares (compactas) 1/3 dos resíduos podem ser curvas βpodem ser curvas β

Envolve 4 resíduos de aminoácidos e gira 180°Envolve 4 resíduos de aminoácidos e gira 180°

Ligação de H entre resíduos 1 e 4

Proteínas Estrutura SecundáriaProteínas – Estrutura SecundáriaCurva β - Tipo I

3º. Resíduo de Pro em cis

Li ã d H t 1º 4º R ídLigação de H entre 1º. e 4º. Resíduos

Proteínas Estrutura SecundáriaProteínas – Estrutura SecundáriaCurva β - Tipo II

3º. Resíduo de Gly

Li ã d H t 1º 4º R ídLigação de H entre 1º. e 4º. Resíduos

Proteínas Estrutura SecundáriaProteínas – Estrutura SecundáriaConformação Espiralada ou Em Laço

Ordenada, mas difícil de descrever

Hélice α - Espiral violeta

Folha β - Seta Verde

Curva β - Curva na seta

L C dã dLaço – Cordão verde

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaEstrutura tridimensional de todo o polipeptídeo

Interações fortes dissulfetoç

Interações fracasInterações fracasLigações de HApolares (Van der Waals)Apolares (Van der Waals)

TiposTiposFibrosasGlobularesGlobulares

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaTipos de Interação Ligações de H

Laço

Ligações de HLigações de HFolhas βLigações de H

Hélice α

Ligação de HgCurva β

Ponte dissulfeto Van der Waals

Par-Iônico

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaFibrosas

Possuem cadeia polipeptídica arranjada em longos filamentos ou folhas

Consistem principalmente de um único tipo de estrutura secundária

Funções: suporte, forma, proteção externa

Solubilidade: Insolúveis em água

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaFibrosas – Queratina

Estrutura predominante Hélice α

2 Hélices se enrolam em forma de bobina – super-hélice esquerda

R íd h d fób Al V l L Il M PhResíduos hidrofóbicos – Ala, Val, Leu, Ile, Met e Phe

S héli li di lfSuper-hélices se ligam por pontes dissulfeto

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaFibrosas – Queratina

Hélice α

Super-hélice Células

Proto-fibrila

Filamentosintermediários

Proto-filamento Proto-filamento

Hélice α

Super-hélice

Proto-fibrila

é ce α

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaFibrosas – Queratina: Pontes dissulfeto do cabelo

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaFibrosas - Queratina

Lã Unhas Cabelo

Garras Espinhos Chifres

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaFibrosas – Colágeno

Estrutura predominante Hélice esquerda

3 Hélices se enrolam em forma de bobina – super-hélice destra

Resíduos: 35% Gly, 11% Ala, 21% Pro e 4-Hyp, HyLys

5-hidroxi-lisina

S héli li d L H L

4-hidroxi-prolina

5-hidroxi-lisina

Super-hélices ligadas Lys-HyLys

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaFibrosas – Colágeno

Hélice esquerdaSuper-hélice destra

Lateral Topo

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaFibrosas – Colágeno

Cabeças Estrias cruzadas

Super-hélice (3 hélices)

Polipeptídeo PolipeptídeoLys HyLys

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaFibrosas – Colágeno

Córnea

Tendões Cartilagem

Matriz Orgânica dos OssosHipoderme

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura Terciária

Fibroína da SedaFibroína da Seda

Estrutura predominante folhas βp β

Estrutura antiparalela de empacotamento compacto

Resíduos predominantes: Gly e Ala

Folhas unidas por Ligações de H e forças de Van der Waals

Não estira pois estrutura já é estendida

Flexível

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaFibroína da Seda

Ala Gly

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaFibroína da Seda

Bicho da seda

Teia de Aranha

Seda Aranha tecendo a teia

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaGlobulares

Possuem cadeia polipeptídica dobrada em estrutura esférica ou globular

Consiste de vários tipos de estruturas secundárias dobradas entre elas num arranjo compacto

Funções: enzimas, proteínas regulatórias, proteínas motoras, imunoglobulinas proteínas de transporte etcimunoglobulinas, proteínas de transporte, etc.

Solubilidade: Podem ser Solúveis ou Insolúveis em águaSolubilidade: Podem ser Solúveis ou Insolúveis em água

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaGlobulares

Percentagem de Estruturas Secundárias pode variar

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaGlobulares – Mioglobina

Pequena – 16.700g/mol

Transporte de O2 nos músculos

1 cadeia peptídica, 153 resíduos

1 grupo heme

78% Hélice αMi l bi0% Folha β Mioglobina

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaGlobulares – Mioglobina

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaGlobulares – Mioglobina

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaGlobulares – Mioglobina

Grupo Heme

H li d HHeme ligado a Hys

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaGlobulares – Citocromo C

Pequena – 12.400g/mol

Cadeia respiratória (mitocôndria)

1 cadeia peptídica, 104 resíduos

1 grupo heme

39% Hélice αCitocromo C

0% Folha β

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaGlobulares – Lisozima

Pequena – 14.600g/mol

Enzima Bactericida (lagrimas e clara de ovo)(lagrimas e clara de ovo)

1 cadeia peptídica, 129 resíduosp p ,

Pontes dissulfetoLisozima

40% Hélice α12% F lh β12% Folha β

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaGlobulares – Ribonuclease

Pequena – 13.700g/mol

Secretada pelo Pâncreashidrolise de ácidos nucléicoshidrolise de ácidos nucléicos

1 cadeia peptídica, 124 resíduosp p ,

Ligações de H e interações IônicasRibonuclease

26% Hélice α35% F lh β35% Folha β

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaEstrutura Supersecundária

Sinonímia: Motivos (Temas) ou Dobras

Definição: Arranjos particularmente estáveis de vários elementos da estrutura secundária e as conexões entre eleselementos da estrutura secundária e as conexões entre eles

Maneira como as estruturas secundárias se conectam umas as outras

Maneira como as estruturas secundárias se dobram

Segmentos que conectam as estruturas secundárias

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaEstrutura Supersecundária: Loop β-α-β

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaEstrutura Supersecundária: Esquina α-α

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaEstrutura Supersecundária: Motivo Todo-β

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaConexões entre elementos secundários não podem se cruzar ou formar nós

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaEstrutura Supersecundária: Conexão Destra entre folhas-β

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaConeção Esquerda entre folhas-β rara ou não se forma

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaEstrutura Supersecundária: Barril β

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaEstrutura Supersecundária: Folha-βTorcida

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaEstrutura Supersecundária: Barril α/β

Loop β-α-β Barril α/β

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaSCOP – Classificação Estrutural das Proteínas

http://scop.mrc-lmb.cam.ac.uk/scop

Toda α

Toda β

α/β (α e β alternados)

α + β (α e β isolados)

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaSCOP – Toda α

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaSCOP – Toda β

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaSCOP – α/β

Proteínas Estrutura TerciáriaProteínas – Estrutura TerciáriaSCOP – α + β

Proteínas Estrutura QuartenáriaProteínas – Estrutura QuartenáriaApenas para proteínas com mais de uma cadeiapolipeptídica

Maneira como as cadeias individuais da proteína sãoarranjadas uma em relação asoutras

Proteínas Estrutura QuartenáriaProteínas – Estrutura QuartenáriaProteína com muitas subunidades – Multímero

Proteína com poucas subunidades – Oligômerop g

Caso as unidades se repitam a cadeia peptídica que se Caso as unidades se repitam, a cadeia peptídica que se repete é denominada protômero

Proteínas Estrutura QuartenáriaProteínas – Estrutura QuartenáriaHemoglobina

Média (64.500g/mol)

Transporte

4 cadeias peptídicas2 P ô (141)2 Protômeros α (141)2 Protômeros β (146)

4 grupos hemeHemoglobinaHemoglobina

Proteínas Estrutura QuartenáriaProteínas – Estrutura QuartenáriaHemoglobina

P tô

Tetrâmero

Protômero αProtômero α

Dímero αβ

Protômero β Protômero β

Proteínas Estrutura QuartenáriaProteínas – Estrutura QuartenáriaProtômeros podem estar arranjados em diferentes simetriasEx. 1: Capsídeo Viral – Simetria Icosaédrica

Proteínas Estrutura QuartenáriaProteínas – Estrutura QuartenáriaEx. II: Capsídeo do Vírus do mosáico do Tabaco –Simetria helical RNA

Proteína

Proteínas Estrutura QuartenáriaProteínas – Estrutura QuartenáriaLimites no Tamanho das Proteínas

1 erro a cada 10.000 resíduos de aminoácidos

Códigos Genéticos Muito GrandesCódigos Genéticos Muito Grandes

Proteínas maiores que 100 000g/mol têm váriasProteínas maiores que 100.000g/mol têm váriassubunidades (protômeros) idênticas ou diferentes

Vírus têm código genético pequeno – Proteínas comá i id d tidvárias unidades repetidas

Proteínas Determinação EstruturalProteínas – Determinação EstruturalDeterminar a configuração correta das estruturas terciárias e/ou quaternárias

Difração de Raios-X

Ressonância Magnética nuclear - RMN

Proteínas Determinação EstruturalProteínas – Determinação EstruturalDifração de Raios-X

Técnica mais utilizada

Determina a posição dos átomos e distância relativa entre eles

Análise computacional – número muito grande de átomos

Necessidade de cristalizar estrutura

Perde informações sobre a dinâmica da estrutura em solução

Proteínas Determinação EstruturalProteínas – Determinação EstruturalDifração de Raios-X

Padrões de Difração de Raios-X Mapa tridimensional da densidade eletrônica

Proteínas Determinação EstruturalProteínas – Determinação EstruturalDifração de Raios-X

Localização dos átomos Estrutura completa da proteína

Proteínas Determinação EstruturalProteínas – Determinação EstruturalRessonância Magnética Nuclear – RMN

RMN 1H – Informações sobre os núcleos e suas interaçõesUni-dimensionais (1D) muito complexos para analisar

Proteínas Determinação EstruturalProteínas – Determinação EstruturalRessonância Magnética Nuclear – RMN

Bidimensionais trazem informações valiosas sobre a interação entre os H no espaço (NOESY) e nas vizinhanças (TOCSY)

Proteínas Determinação EstruturalProteínas – Determinação EstruturalRessonância Magnética Nuclear – RMN

Interpretação leva a estrutura

Vantagem: Feito em solução

Desvantagem: Mais complexo

Informações complementares dif ã d R i Xa difração de Raios-X

Proteínas DesnaturaçãoProteínas – DesnaturaçãoPerda de estrutura terciária suficientemente grande para causar perda de função

Não implica perda total da estrutura terciária (proteína desdobrada)

Renaturação – retorno a sua estrutura terdiária e çrecuperação da atividade perdida

Proteínas DesnaturaçãoProteínas – Desnaturação

Desnaturação

Renaturação

Proteínas DesnaturaçãoProteínas – DesnaturaçãoFatores Causadores

Calor – afeta as ligações de H

pH – altera cargas na proteína, causando repulsões e quebra de ligações de Hligações de H

Solventes orgânicos miscíveis em água – quebram interações hidrofóbicas

Detergentes quebram interações hidrofóbicasDetergentes - quebram interações hidrofóbicas

Solutos – Cátions e Ânions – precipitação ou efeito salting-outSolutos Cátions e Ânions precipitação ou efeito salting out

ReferênciasReferênciasBRUICE, P.Y. Química Orgânica. 4a Edição, vol. 2,Pearson/Prentice Hall, 2006, capítulo 23.

LEHNINGER, A. L.; NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípiosde Bioquímica, 4ª. Edição, Editora Sarvier, 2006, capítulos 3e 4.

SOLOMONS, T.W.G., FRYHLE, C.B. Química Orgânica. 9ªEdição, vol. 2, Editora L.T.C., 2009, capítulo 24.