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PROTEÍNASPROTEÍNAS
- Palavra grega protos que significa “a primeira” ou a “mais importante”;
- Macromoléculas mais abundantes;
- Imensa diversidade estrutural e funcional;
- Construídas a partir de um repertório de 20 aminoácidos;
- Exercem funções cruciais essencialmente em todos os processos biológicos.
Funções Gerais
• Transporte – ex: hemoglobina/oxigênio
• Atividade catalítica – ex: amilase
Funções Gerais
• Atividade catalítica – ex: amilase
• Transporte – ex: hemoglobina/oxigênio
• Papel estrutural – ex: Suporte mecânico - colágeno
Funções Gerais
• Atividade catalítica – ex: amilase
• Transporte – ex: hemoglobina/oxigênio
• Papel estrutural – ex: Suporte mecânico - colágeno
• Defesa do organismo - ex: Anticorpos
Funções Gerais
• Atividade catalítica – ex: amilase
• Transporte – ex: hemoglobina/oxigênio
• Papel estrutural – ex: Suporte mecânico - colágeno
• Defesa do organismo - ex: Anticorpos
• Sinalização - Transmissão de mensagem – ex: insulina
Funções Gerais
• Atividade catalítica – ex: amilase
• Transporte – ex: hemoglobina/oxigênio
• Papel estrutural – ex: Suporte mecânico - colágeno
• Defesa do organismo - ex: Anticorpos
• Sinalização - Transmissão de mensagem – ex: insulina
• Armazenamento – ex: Ferritina/Ferro
Funções Gerais
• Atividade catalítica – ex: amilase
• Transporte – ex: hemoglobina/oxigênio
• Papel estrutural – ex: Suporte mecânico - colágeno
• Defesa do organismo - ex: Anticorpos
• Sinalização - Transmissão de mensagem – ex: insulina
• Armazenamento – ex: Ferritina/Ferro
• Movimento coordenado – ex: actina e miosina
Proteínas são polímeros de aminoácidos.
R varia em estrutura, tamanho, carga elétricaR influencia solubilidade na água
Os aminoácidos são classificados em 5 grupos segundo R Polaridade ou tendência de interagir com a água
• Grupos R aromáticos
• Grupos R não-polares alifáticos
• Grupos R carregados positivamente
• Grupos R carregados negativamente
• Grupos R não-carregados, mas polares
• Os aminoácidos são quirais;
- Carbono α é um centro quiral. Com exceção da glicina (aquiral), os 4 grupos podem ocupar 2 arranjos espaciais não sobrepostos;
Estereoisômeros enantiômeros
- Maioria dos α-aminoácidos possuem carbono α na configuração L (exceção poucos peptídeos de parede bacteriana e antibióticos;
- Reações celulares são estereoespecíficas;
- Além dos 20 aminoácidos, proteínas podem conter resíduos alternativos criados por modificação de resíduos.
Ex: protrombina (fator II- cascata de coagulação).
Peptídeos e Proteínas
Ligações Peptídicas
Peptídeos e Polipeptídeos Biologicamente Ativos Ocorrem em uma
Ampla Faixa de Tamanhos
• Seqüências primárias diversas determinam diversas funções;
• Algumas proteínas consistem de uma única cadeia polipeptídica. Outras possuem dois ou mais polipeptídeos associados de forma não-covalente. Estas são as proteínas multiméricas.
Mioglobina hemoglobina
Proteínas Conjugadas ou Heteroproteínas
• Apresentam uma porção não-aminoácida denominada grupo prostético (covalentemente ligado à proteína).
Níveis de Organização Estrutural
- A estrutura tridimensional de uma proteína é determinada pela sua seqüência de aminoácidos.
- A função de uma proteína depende de sua estrutura.
- Uma proteína isolada tem uma estrutura singular.
- Existem padrões estruturais comuns.
Estrutura Primária
- Caracterizada pela formação de Ligação Peptídica entre os aminoácidos
- É rígida e plana- Caráter parcial de dupla ligação
Os seis átomos do grupo peptídico situam-seem um mesmo plano
psi
fi
As rígidas ligações peptídicas limitam a faixa de conformações que podem ser assumidas por
uma cadeia polipeptídica
Cada aminoácido está associado com dois ângulos conformacionais: φ e ψ. Uma vez que estes são os únicos graus de liberdade, a conformação de toda
a cadeia principal é completamente determinada quando os ângulos φ e ψ para cada aminoácido são definidos com alta acurácia.
Plot de Ramachandran para Resíduos de L-Ala
Azul-escura – conformações totalmente permitidasAzul-média – conformações permitidas nos limites extremos para os contatos atômicos desfavoráveis
Azul-clara – conformações permitidas se houver uma pequena flexibilidade nos ângulos de ligação
Estrutura SecundáriaEstrutura Secundária
• Início do dobramento da cadeia peptídica;• Conformação local de alguma porção de um polipeptídeo.
As principais estruturas secundárias são:
- alfa-hélice
- folhas beta pregueadas
- voltas ou dobras beta
Alfa-hélice
• 3,6 resíduos por volta;
• Grupamentos R voltados para o exterior;
• Alfa-hélices presentes em proteínas espiralizam sempre no sentido anti-horário;
• Altamente estáveis devido à presença de um grande número de pontes de hidrogênio;
• Estas pontes se estabelecem entre um determinado resíduo e o resíduo quatro posições a frente (CO-HN cadeias principais de aminoácidos diferentes)
• O interior da hélice é muito empacotado. Seus átomos fazem contatos de van der waals.
São 4 os fatores que facilitam ou dificultam a formação de uma alfa-hélice:
- Repulsão ou atração eletrostática entre resíduos carregados positiva e negativamente;
- O tamanho das cadeias laterais de resíduos vizinhos;
- As interações entre resíduos separados entre si 3 ou 4 aminoácidos de distância na seqüência primária;
- A presença de prolinas e glicinas.
Folhas β-pregueadas
- Forma distendida;
- Estabilizada por pontes de hidrogênio entre os grupos NH e CO de diferentes fitas, que podem ser paralelas ou anti-paralelas;
Alças e Voltas β
Prolina e glicina são excelentes formadoras de voltas!
Regiões de Alças e Voltas-Possuem variados tamanhos e formas irregulares;
-Em geral, estão na superfície da molécula;
-Em geral, não se formam pontes de hidrogênio entre os AAs da alça;
- São ricos em AAs hidrofílicos polares e carregados;
- Em geral, são muito flexíveis, estando envolvidos na função da proteína.
Estrutura terciáriaEstrutura terciária
- Obtenção da estrutura tridimensional;
- Forças que mantêm a estrutura das proteínas:
• Pontes de hidrogênio• Interações hidrofóbicas• Interações iônicas• Forças de van der Waals• Pontes de enxofre
Motivos – arranjos estáveis de diversos elementos de estrutura secundária e das conexões entre eles
• Estruturas com motivos α e α/β
MioglobinaTriose fosfato isomerase
Aspartato transcabomilase (síntese bases pirimidínicas)
Plastocianina
Estruturas com motivos β
Plastocianina (fotossíntese)
Flavodoxina (ligada a FMN)
Estruturas protéicas com motivos hélice-volta-hélice (HTH)
EF HAND Motif Troponina
Estruturas protéicas com motivos β
GFP – “Green Fluorescent
Protein”
A proteína verde fluorescente, mais conhecida por GFP (abreviatura do inglês green fluorescent protein), é uma proteína produzida pelo cnidário Aequorea victoria que emite fluorescência . O gene que codifica esta proteína foi já isolado e é atualmente usado na produção de proteínas de fusão, constituídas por um gene de interesse fundido com o da GFP, de modo a monitorizar, por exemplo, a localização dessa proteína in vivo.
Domínios protéicos
- Vários motivos combinam-se em geral para formar estruturas globulares compactas;
Pontes de EnxofreMuito importantes para a manutenção de estrutura terciária!!!
Estrutura QuaternáriaEstrutura Quaternária
- Uma proteína apresenta nível de organização quaternário quando possui mais de uma subunidade
Classificação das Proteínas
- Fibrosas (fornecem suporte, forma e proteção externa aos vertebrados)
- Globulares
Proteínas Fibrosas
COLÁGENO
- Encontrado em tecidos conjuntivos como tendões, cartilagens, matriz dos ossos e na córnea;
- A alfa-hélice do colágeno é orientada para esquerda. Três cadeias alfa são superenoveladas para direita;
- O colágeno apresenta 35% de Gly, 11% de Ala e 21% de Pro e HyPro;
Fibroína (proteína da seda)
Suas cadeias polipeptídicas estão
predominantemente na conformação beta.
Rica em resíduos de Ala e Gly.
Produzida pelo bicho-da-seda (Bombix mori)
A seda também é a substância produzida por aranhas: aqui a teia é tecida com a seda produzida das fiandeiras da aranha
As fiandeiras ( glândulas no abdomen dos aracnídeos que produzem a seda de que são feitas a teias de uma aranha. As duas a esquerda da primeira foto estão ampliadas na foto da direita, e a seda que exsuda pode ser vista
Proteínas Globulares Incluem as enzimas, as proteínas transportadoras, as proteínas
motoras, as proteínas regulatórias, as imunoglobulinas etc.
Enovelamento Protéico
O Experimento de Anfinsen
. Realizado na década de 60.. Ribonuclease A (proteína
monomérica, que apresenta 4 pontes de enxofre).
. Desnaturar a proteína..Recebeu o prêmio Nobel em 1972.
As proteínas podem ser desnaturadas pelo calor, variação de pH, por solventes orgânicos miscíveis em água, como álcool e acetona, por
certos solutos como uréia e cloridrato de guanidino ou por detergentes.
Nenhuma ligação covalente na cadeia polipeptídica é rompida com estes tratamentos.
Primeiro passo de experimento:Para desenovelar completamente a proteína, Anfinsen usou dois agentes que perturbam a estrutura de proteínas: a uréia (agente
desnaturante) e o β-mercaptoetanol (agente redutor de pontes de enxofre).
N D
Perda da estrutura protéica resulta na perda de função.
Segundo passo de experimento:
Anfinsen fez uma diálise para remover a uréia e o β-mercaptoetanol.
Terceiro passo de experimento:Anfinsen mediu a atividade da ribonuclease após a diálise e observou que a atividade era quase idêntica à proteína não tratada com uréia e b-mercaptoetanol.
D N
Os 8 resíduos de Cys poderiam se recombinar ao acaso para formar ligações
dissulfeto de 105 modos diferentes.
Ligações “erradas” são formadas quando o β-
mercaptoetanol é removido e a uréia permanece no meio.
Conclusão do experimento:
Seqüência primária
Estruturas secundária e terciária
Proteína Funcional “...toda a informação necessária para especificar a estrutura completa de uma proteína reside em sua seqüência primária.”
Relação Estrutura-Função
Enovelamento Protéico assistido
- Algumas proteínas não são capazes de se enovelar sozinhas e precisam de uma “mãozinha”
- Em nossas células existem proteínas denominadas chaperones moleculares, que interagem com proteínas que precisam enovelar-se.
Exemplo: sistema GroEL/GroES(10 a 15% das ptns de E. coli necessitam deste sistema)
Existem duas classes de chaperones moleculares:
• Proteínas de choque térmico – Ex: HSP70
• Chaperoninas
Sob condições de stress como choque térmico ou hipóxia, a expressão aumentada das proteínas de choque térmico protegem a célula estabilizando os peptídeos com erro de enovelamento ou não enovelados, dando tempo a célula para reparo ou possibilitando novo enovelamento das proteínas danificadas.
Modelos de agregação Protéica
1) Mutação pontualEx: Anemia falciforme
mutação
Hemoglobina – cadeia β
Os genes γ , δ , e β são encontrados no cromossomo 11
Normal
• forma de disco
• flexibilidade
• facilidade de fluir através dos pequenos vasos sanguineos
• vida : 120 dias
Falciforme
• forma de foice
• rígida
• com frequência obstrue pequenos vasos sanguineos
• vida : 10 a 20 dias
Processo fisiopatológico de falcização
2) Formação de Intermediário AmiloidogênicoEx: Transtirretina
• Transporta tiroxina e retinol junto com a proteína ligadora de retinol
• Rica em folhas beta
• Proteína tetramérica, plasmática
• Forma fibras tanto a forma selvagem quanto mutantes pontuais
3) Mudança conformacional
Ex: Prion
A proteína PrPC passa a assumir uma conformação diferente que apresenta grande propensão em sofrer agregação
Prion
O que são prions ?
Como surgiram as doenças priônicas ?
Kuru
� Em 1900, aparece uma doença desconhecida em uma aldeia de Nova Guiné;
� Em 1957, antropologistas (Vicent Zigas e Carleton Gajdusek) declaram surto da doença que chamaram de Kuru;
� No mesmo ano, o governo proíbe o ritual de canibalismo;
� Os cientistas iniciam o estudo da doença não familiar que tem permanecido através de cinco décadas;
� Atualmente, cientistas identificaram Kuru como uma doença priônica
Kuru
Prusiner, 1998
Vacúolos vistos no citoplasma e nos dendritos dos neurônios
Uma criança da aldeia Kuru apresentando a doençaPlacas com características esponjosas (brush-like)
Perda de coordenação motora, seguida de demência e morte
Doenças Neurodegenerativas
Doenças Priônicas
CJD - Doença Creutzfeldt-Jacob
Vacúolos são vistos dentro do citoplasma da células nervosa. Corte histopatológico de
cérebro de humano com CJD Apresenta três formas clássicas:
. esporádica - 85 a 90%
. hereditária - 10 a 15 % (gene que codifica a proteína prion celular apresentava mutações nesses indivíduos)
. infecciosa - rara (nova variante)
- Rara ~ 1/1.000.000 habitantes
- Tem distribuição mundial
- Caracterizada pela demência seguida de perda de coordenação motora e atingindo geralmente indivíduos com mais de 60 anos
GSS – Gerstmann-Sträussler-Scheinker
Sintomas semelhantes à da CJD:
- Aparecimento de alterações de coordenação motora;
FFI – Insônia Familiar Fatal
- Demência é seguida de alterações no sono
OBS: O componente hereditários destas é muito maior que o infeccioso, sendo responsável por mais de 90% dos casos
BSE - Encefalopatia Espongiforme Bovina ou “doença da vaca louca”
Sintomas:
- falta de coordenação motora
- alteração de temperatura
- pobre produção de leite
- perda de peso
- irritabilidade
Em 1986 - epidemiaEm 1994 – 138.359 casos na Grã-Bretanha
Corte histopatológico da medula de uma vaca infectada com BSE
Grandes buracos presentes no cérebro
Vacas comem ovelhas ?
Alimentação - ração preparada com vísceras de ovelhas contaminadas com
“scrapie”
Existe uma barreira entre espécies?
- Prion celular das duas espécies diferem apenas em 7 aminoácidos de um total de mais ou menos 250.
Ocorre transmissão do gado para o homem?
- A proteína destas espécies diferem em pelo menos 30 aminoácidos
MAS O FATOR MAIS IMPORTANTE MAS O FATOR MAIS IMPORTANTE PARA A QUEBRA DA BARREIRA PARA A QUEBRA DA BARREIRA
ENTRE ESPÉCIES É A ENTRE ESPÉCIES É A CONSERVAÇÃO DE AMINOÁCIDOS CONSERVAÇÃO DE AMINOÁCIDOS EM REGIÕES PARTICULARES DA EM REGIÕES PARTICULARES DA
PROTEÍNA PRIONPROTEÍNA PRION
PRP madura é formada por 209 aminoácidos, contém dois sítios de
glicosilação conservados e se encontra ancorada na membrana
celular através da âncora de glicosil fosfatidil inositol (GPI) através da
sua porção carboxi-terminal
1. O prion fica ancorado na membrana dos neurônios 2. A diferença entre a versão infecciosa e a celular está na maneira como os aminoácidos que formam essa proteína se organizam no espaço; 3. Na versão celular predominam as chamadas α-hélices; 4. Quando o animal é contaminado pela proteína prion infecciosa, diminuem as α -hélices e aparecem as folhas β-pregueadas.
PrPc PrPsc
Conclusões:
-Apesar do grande número de pesquisadores trabalhando com o objetivo de encontrar uma terapia para o tratamento ou prevenção das
doenças priônicas, até os dias atuais nenhuma das estratégicas terapêuticas estudadas se mostrou eficaz na cura ou na estabilização
destas doenças;
-Mostram-se promissoras as abordagens terapêuticas baseadas no desenvolvimento de estratégias para se controlar a conversão
conformacional
-Certamente o desenvolvimento de um teste que consiga diagnosticar a TSE ( Encefalopatias espongiformes transmissíveis) pré-clinicamente
seria essencial para uma terapia eficiente.
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