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PARTE I CAPTULO 5
Os aminocidos tm curvas de titulao caractersticas
A titulao cido-base consiste na adio ou na remoo gradual de
prtons. A curva da forma
diprtica da glicina mostrada na figura abaixo, apresentando dois
estgios distintos, que
correspondem desprotonao dos dois grupos distintos da glicina.
Em pH muito baixo, a
espcie inica predominante +H3H CH2 COOH, forma totalmente
protonada. No ponto
mdio do primeiro estgio da titulao (pH = pK1 = 2,34), o primeiro
ponto de inflexo, no qual
o grupo COOH perde o seu H+, h quantidades equimolares de +H3H
CH2 COOH e de +H3H
CH2 COO-. No segundo ponto de inflexo (pH = pI = 5,97), a remoo
do primeiro prton da
glicina est essencialmente completa e a remoo do segundo apenas
comeou, onde a glicina
est presente majoritariamente como +H3H CH2 COO-. O terceiro
ponto de inflexo (pH =
pK2 = 9,60), ou o segundo estgio da titulao, temos a remoo do
prton do grupo H3N+. A
titulao est completa em pH prximo a 12. Nesse ponto, a forma
predominante H2H CH2
COO- (totalmente desprotonada).
Outra informao importante removida do grfico que a glicina
possui duas regies de poder
tamponante: uma em pK1 1 e outra em pK2 1, as duas regies
relativamente planas da
curva. Nas regies tamponantes da glicina, a equao de
Henderson-Hasselbach pode ser
usada:
As curvas de titulao predizem a carga eltrica dos aminocidos
Outra informao retirada da curva de titulao a relao entre a sua
carga eltrica lquida e
o pH da soluo. O pH caracterstico no qual a carga total igual
zero denominado ponto
Desse grfico, retiramos informaes
sobre o pKa de cada um dos grupos cidos
da glicina. A remoo do primeiro prton
mais fcil em relao ao grupo
carboxlico do cido actico (portanto, seu
pKa menor), pois, alm da repulso entre
o prton que sai e o grupo amino
carregado, as cargas opostas do
zwitterion so estabilizadoras, o que
desloca o equilbrio mais para a direita. O
Pka do grupo amino reduzido em relao
a outros grupos aminos, devido, em
partes, aos oxignios do grupo carboxlico,
que, independente da carga, tendem a
atrair eltrons, o que facilita a remoo de
um prton de um grupo amino. Em
resumo, o Pka de qualquer grupo funcional
afetado pelo seu ambiente qumico.
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isoeltrico (pI) ou pH isoeltrico. Para a glicina, que no possui
grupos ionizveis em sua
cadeia lateral, seu pI simplesmente a mdia aritmtica de seus
dois valores de pKa. Para uma
carga eltrica negativa, o on mover-se- para o eletrodo positivo,
o nodo, e vice-versa. No
ponto em que pH = Pka e metade das molculas esto ionizadas (+H3H
CH2 COOH) e metade
no (+H3H CH2 COO-), a carga mdia ou lquida positiva 0,5.
Os aminocidos diferem em suas propriedades acidobsicas
Aminocidos com um grupo amino e um grupo carboxilatos ligado ao
carbono e sem grupos
ionizveis na cadeia lateral possuem curvas semelhantes da
glicina: pKa do grupo COOH na
regio de 1,8 a 2,4 e pKa do grupo NH3+ na regio de 8,8 a 11,0.
Os aminocidos com grupos R
ionizveis possuem curvas de titulao mais complexas, exibindo trs
valores de pKa: o terceiro
estgio corresponde titulao do grupo R. Se o pI de um aminocido
baixo (menor que o da
glicina), significa que em sua cadeia lateral h um grupo
carregado negativamente (como um
COO-); mas, se o valor do pI for muito alto (maior que o da
glicina), h um grupo carregado
positivamente (como um NH3+).
Existem diversos nveis de estruturas proteicas
Em condies gerais de
exposio ao meio aquoso,
somente a histidina tem um
grupo R (pKa = 6,0) capaz de
exercer funo tamponante em
pH prximo do neutro, como
aquele de fluidos intracelulares e
extracelulares, atuando como
um tampo fisiolgico efetivo.
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- Estrutura primria: descrio das ligaes covalentes (ligaes
peptdicas e dissulfeto) unindo
resduos em cadeia polipeptdica (mais importante a sequncia de
resduos de aminocidos).
- Estrutura secundria: arranjos particularmente estveis dos
resduos de aminocidos, que
originam padres estruturais recorrentes. Enovelamento de
polipeptdio.
- Estrutura terciria: como a cadeia polipeptdica enovela-se em
trs dimenses.
- Estrutura quaternria: arranjo espacial de duas ou mais
subunidades proteicas subunidades
polipeptdicas.
1. As protenas podem ser separadas e purificadas
1.1 Formao de extrato bruto
O primeiro passo o rompimento das clulas, liberando suas
protenas em um extrato bruto.
Se for necessrio, a centrifugao diferencial isola organelas ou
prepara fraes subcelulares.
1.2 Fracionamento
O extrato submetido ento a tratamentos que separam as protenas
em fraes diferentes,
baseados em alguma de suas propriedades, como carga e tamanho -
fracionamento. As etapas
iniciais empregam diferenas na solubilidade das protenas, que
dependem de fatores como
pH, temperatura, concentrao salina (quanto maior for, menor a
solubilidade da protena a
adio de um sal em quantidades adequadas pode precipitar
seletivamente uma determinada
protena. Exemplo: (NH4)2SO4), etc. Os principais mtodos so:
1.2.1 Cromatografia em coluna diferenas em carga, tamanho,
afinidade de ligao, etc.
Um material slido e poroso com
certas propriedades qumicas
(fase estacionria) mantido em
uma coluna, sendo percolado por
uma soluo tamponada (fase
mvel). A soluo que contm
protenas adicionada ao topo da
coluna, de modo percolar a
matriz slida em uma banda em
contnua expanso pela fase
mvel. As protenas individuais
migram mais rpidas ou mais
devagar pela coluna dependendo
de suas propriedades.
A expanso da banda proteica na fase mvel (soluo proteica) devida
tanto separao de
protenas com propriedades distintas como ao espalhamento devido
difuso. O aumento do
comprimento da coluna geralmente melhora a resoluo entre dois
picos. Entretanto, cada
banda proteica individual tambm se alarga com o tempo, em
virtude do espalhamento por
difuso, um processo que diminui a resoluo. medida que as
protenas migram pela coluna,
so retardadas em graus diferentes pelas suas diferentes interaes
com o material da matriz.
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I. Cromatografia de troca inica separao por pI
II. Cromatografia de excluso por tamanho
Tambm denominada de filtrao
em gel, separa as protenas de
acordo com seu tamanho. A
matriz da coluna um polmero
que contm ligaes cruzadas
com poros de um determinado
tamanho. As protenas maiores
migram mais rapidamente do que
as menores por serem grandes
demais para penetrar nos poros
das esferas, o que faz com que
tenham um percurso mais direto
atravs da coluna. As protenas
menores penetram nos poros e
so retardadas pelo caminho
tortuoso que executam atravs da
coluna.
Explora as diferenas no sinal e na magnitude
das cargas eltricas liquidas das protenas em
um determinado pH. A matriz da coluna
formado por um polmero sinttico que
contm grupos carregados ligados a ela. As
que possuem grupos aninicos so
denominadas de trocadoras catinicas e as
com grupos catinicos so denominadas
trocadoras aninicas. A afinidade de cada
protena pelos grupos carregados afetada
pelo pH (define o estado de ionizao da
molcula) e pela concentrao dos ons
salinos livres da soluo envolvente que com
ela competem. A separao pode ser
otimizada alterando-se o pH e/ou a
concentrao salina da fase mvel de modo a
criar um gradiente de pH e/ou um gradiente
salino.
Troca aninica: utilizar tampo fosfato (pH 8) protenas carregadas
negativamente
Troca catinica: utilizar tampo acetato (pH 5) protenas
carregadas positivamente pI > 7
Para remover as protenas que ficaram retidas na coluna,
aumentar a fora inica adicionando NaCl troca de ons.
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III. Cromatografia de afinidade
H tambm a cromatografia de alta eficincia, a HPLC, que limita o
espalhamento por difuso
e melhora intensamente a resoluo.
1.3 Alterao da soluo que contenha a protena de interesse
A dilise um procedimento que separa protenas de solventes,
utilizando o maior tamanho
das protenas como fator determinante. O extrato colocado em um
tubo com membrana
semipermevel. Quando essa membrana que contm a protena suspensa
em um volume
maior de soluo tamponante de fora inica apropriada, a membrana
permite a livre
passagem de sais e do tampo, mas no da protena. Assim, a dilise
retm grandes protenas
em uma bolsa ou tubo membranoso.
2. As protenas podem ser separadas e caracterizadas por
eletroforese
Outra tcnica importante para a separao de protenas a migrao de
protenas carregadas
por um campo eltrico, a eletroforese. Porm, esse processo no
utilizado para purificar
protenas em grandes quantidades, pois com frequncia afetam a
estrutura e a funo das
protenas.
- Especialmente til como mtodo analtico: protenas podem ser
separadas e visualizadas,
alm de permitir a determinao de ponto isoeltrico e peso
molecular aproximado
- Geralmente executada em gis de um polmero com ligaes cruzadas,
a poliacrilamida, que
age como uma peneira molecular, permitindo a migrao de protenas
de acordo com a sua
razo entre a carga e a massa.
Separa as protenas por sua
especificidade de ligao. As protenas
retidas na coluna so aquelas que se
ligam especificamente a um ligante
que, por sua vez, est ligado s
esferas. Aps a eliminao por
lavagem das protenas que no se
ligaram matriz, a protena ligada de
interesse eluda (eliminada da
coluna) por uma soluo que contm o
ligante livre.
pH, fora inica e temperatura devem
ser mantidas constantes.
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A migrao pode ser afetada tambm pela forma da protena:
- Migrao durante a eletroforese funo do tamanho e da forma da
protena
Um mtodo comumente utilizado para determinar pureza e peso
molecular de protena utiliza
o SDS, o detergente dodecil sulfato de sdio. O SDS liga-se
maioria das protenas (acredita-se
que atravs de interaes hidrofbicas) em quantidades
aproximadamente proporcionais ao
peso molecular da protena. Como o SDS torna a carga da protena
insignificante (contribui
com uma grande carga negativa liquida) e altera a conformao
nativa de uma protena, a
maioria das protenas possui uma razo entre a carga e a massa e
uma forma semelhantes. Por
esse motivo, so separadas quase que exclusivamente a partir de
seu peso molecular, com os
polipeptdeos menores migrando mais rapidamente. Com isso, todas
as protenas possuem
razo massa carga constante e migram a nodo, pois a carga liquida
da protena corresponde
carga lquida do SDS.
- Pode-se monitorar o progresso de um procedimento de purificao
proteica, j que o n de
banda proteicas visveis ao gel (aps a adio de corante) deve
diminuir aps cada nova etapa
de purificao.
As protenas podem ser vistas aps a
eletroforese tratando-se o gel com um
corante que se liga somente s
protenas. Protenas menores movem-
se rapidamente no gel do que protenas
maiores, e, portanto, sero
encontradas mais prximas da regio
inferior do gel. As faixas sucessivas
mostram as protenas presentes aps
cada etapa de purificao. A protena
em questo possui 4 subunidades (visto
na ultima faixa, direita).
Onde a mobilidade eletrofortica, V a velocidade de migrao, E
o
campo eltrico aplicado, Z a carga liquida e f reflete a forma da
protena.
Padres proteicos de pesos
moleculares conhecidos so
submetidos eletroforese (faixa
1). Essas protenas marcadoras
podem ser utilizadas para estimar
o peso molecular de uma protena
desconhecida (faixa 2). Um grfico
de log Mr das protenas
marcadoras contra a migrao
relativa durante a eletroforese
linear, o que permite a leitura, no
grfico, do peso molecular da
protena desconhecida.
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Eletroforese bidimensional
focalizao isoeltrica um processo utilizado para determinar o
ponto isoeltrico (pI) de
protenas. Um gradiente de pH estabelece-se ao se deixar uma
mistura de cidos e bases
orgnicos de baixo peso molecular (anflitos) sob a ao de um campo
eltrico ao longo de
um gel. Quando uma mistura proteica e um campo eltrico so
aplicados, cada protena ira
migrar at a regio em que o pH igual ao seu pI (protenas com pI
diferentes so distribudas
ao longo do gel).
1. Polipeptdios pequenos so sequenciados por procedimentos
automatizados - diversos
procedimentos so utilizados para analisar a estrutura primria
das protenas.
Um deles consiste em hidrolisar a protena (HCl 6M) e determinar
sua composio de
aminocidos. Porm, ela no pode, por si s, ser utilizada para
determinar a sequncia de
aminocidos na protena. Um procedimento usado conjuntamente (com
a hidrolise) a
marcao e a identificao do resduo de aminocido aminoterminal.
Para isso, temos o
reagente FDNB. Aps a marcao do aminoterminal com esse reagente,
o polipeptdio
hidrolisado a seus aminocidos constituintes e o aminocido
marcado identificado. Como a
etapa de hidrolise destri o polipeptdio, o procedimento no pode
ser utilizado para
sequenciar um polipeptdio, alm de seu resduo aminoterminal.
Porm, ajuda a determinao
do nmero de polipeptdios distintos quimicamente em uma protena,
desde que cada um
possua um grupo aminoterminal distinto.
Combinando-se a focalizao isoeltrica
com a eletroforese na presena de SDS de
maneira sequencial, podem-se resolver
misturas complexas de protenas, pois se
separam protenas com valores de pI
iguais, mas pesos moleculares diferentes,
e protenas com peso molecular igual,
mas pI diferentes.
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Para sequenciar INTEIRAMENTE um polipeptdio, geralmente se
utiliza um procedimento
chamado de degradao de Edman, que marca e remove apenas o resduo
aminoterminal de
um polipeptdio, deixando as demais ligaes peptdicas intactas.
Aps a remoo e tambm a
identificao do resduo aminoterminal, o novo resduo aminoterminal
agora exposto pode ser
marcado, removido e identificado pela mesma sequncia de reaes. O
procedimento ento
repetido at que toda a sequncia seja determinada. Esse processo
indicado para peptdeos
de tamanho pequeno (com 30 a 50 resduos de aminocidos).
2. Grandes protenas devem ser sequenciadas
1 passo: Rompendo as ligaes dissulfeto: duas maneiras - oxidao
(com cido perfrmico)
ou reduo (com ditiotreitol (DTT)). Separar os peptdeos da
protena.
2 passo: Determinando o resduo aminoterminal teste de Sanger:
reao com FDNB
(marcao fluorescente do 1 aminocido), hidrlise e separao de
aminocidos.
3 passo: Hidrlise dos polipeptdeos e anlise dos fragmentos por
anlise cromatogrfica ou
eletrofortica: anlise da composio de aminocidos a partir da
hidrlise com HCl 6M, na
qual descreve quantos de cada aminocido podemos esperar.
4 passo: Clivagem da cadeia polipeptdica: por degradao de Edman
no caso de protenas
com pequeno numero de aminocidos (de 30 a 50) ou com enzimas,
denominadas proteases,
que catalisam a clivagem hidroltica de ligaes peptdicas, para
protenas com grande nmero
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de aminocidos. Dentre todas, a enzima tripsina catalisa a
hidrlise das ligaes peptdicas
cujo grupo carbonila pertence e um resduo de lisina (K) ou
argenina (R). Os fragmentos
produzidos pela tripsina (ou por outro mtodo qumico ou
enzimtico) podem ser separados
por mtodos cromatogrficos ou eletroforticos. Em seguida, outra
amostra da cadeia
polipeptdica original clivada em fragmentos, usando-se outra
enzima que clive ligaes
peptdicas em outras posies. O brometo de cianognio cliva ligaes
peptdicas nas quais o
grupo carbonila se origina da metionina (M).
5 passo: Separao e sequenciamento de peptdeos: cada um dos
fragmentos peptdicos
resultantes da ao da tripsina ou da ao do brometo de cianognio
so sequenciados
separadamente pelo procedimento de Edman.
6 passo: Ordenamento dos fragmentos peptdicos: os peptdeos
sobreponveis, obtidos na
segunda fragmentao (feita com brometo de cianognio), fornecem a
ordem correta dos
fragmentos peptdicos produzidos pela primeira (feita com
tripsina).
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PARTE II CAPTULO 6
1. A conformao de uma protena estabilizada em grande parte por
interaes fracas
O termo estabilidade pode ser definido como a tendncia manuteno
de uma conformao
nativa. As protenas nativas so apenas ligeiramente estveis; o G
que separa os estados
enovelado e desenovelado em protenas tpicas em condies
fisiolgicas muito pequeno.
Uma dada cadeia polipeptdica pode assumir, em teoria, incontveis
conformaes distintas, e,
como resultado disso, o estado desenovelado de uma protena
caracterizado por um grande
grau de entropia conformacional, que, juntamente com as interaes
por meio de ligaes de
hidrognio entre os diversos grupos da cadeia polipeptdica e o
solvente (gua) tendem a
manter o estado desenovelado. As interaes qumicas que se
contrapem a esses efeitos e
estabilizam a conformao nativa incluem as ligaes dissulfeto e as
interaes fracas (ou no
covalentes) como ligaes de hidrognio, interaes hidrofbicas e
inicas.
Embora ligaes de dissulfeto (covalentes), que unem partes
separadas de uma nica cadeia
polipeptdica, sejam muito mais fortes do que as interaes fracas
individuais (no covalentes),
so essas ultimas a fora predominante na manuteno da estrutura
proteica, devido ao fato
de serem numerosas. Em geral, a conformao proteica com a menor
energia livre (isto , a
conformao mais estvel) aquela que possui o maior numero de
interaes fracas.
A gua pura contm uma rede de molculas de H2O unidas por ligaes
de hidrognio. Quando
a gua envolve uma molcula hidrofbica, a disposio tima das ligaes
de hidrognio
resulta em um envoltrio altamente estruturado ou camada de
solvatao na vizinha imediata
a ordenao aumentada das molculas de gua na camada de solvatao
correlaciona-se
com uma diminuio desfavorvel na entropia da gua. Entretanto,
quando grupos apolares
so reunidos, h uma reduo na extenso da camada de solvatao,
resultando em um
aumento favorvel na entropia. Essa entropia a principal fora
termodinamicamente atuante
no sentido da associao de grupos hidrofbicos em soluo aquosa. As
cadeias laterais de
aminocidos hidrofbicos tendem, portanto, a se reunir em um
ambiente interno da protena,
afastadas da gua.
Os grupos polares podem, em geral, formar ligaes de hidrognio
com a gua, sendo assim
nela solveis. Porm, h um limite de solubilidade at mesmo a esses
grupos, que diminuem o
numero de ligaes de hidrognio por unidade de massa. Assim, haver
certa formao de
camada de solvatao de molculas estruturadas de gua at mesmo em
torno de molculas
polares. Porm, a liberao das molculas estruturadas de gua,
quando interaes
intramoleculares so formadas (como ligaes de hidrognio ou
interaes inicas), fornece a
fora motora entrpica para o enovelamento. A maior pare da
alterao da energia livre que
ocorre quando interaes fracas se formam no interior de uma
protena , portanto, derivada
do aumento na entropia na soluo aquosa circundante como
resultado do encobrimento das
superfcies hidrofbicas.
Interaes hidrofbicas so claramente importantes para a
estabilizao de uma conformao
proteica; o interior de uma protena geralmente constitudo por um
ncleo densamente
empacotado de cadeias laterais de aminocidos que so hidrofbicos.
Tambm importante
-
que quaisquer grupos polares ou carregados que estejam presentes
no interior da protena
possuam pares adequados para estabelecer ligaes de hidrognio ou
interaes inicas.
2. A estrutura secundria das protenas - refere-se conformao
local de alguma poro de
um polipeptdio, centrada nos padres regulares de enovelamento da
estrutura polipeptdica.
2.1 A -hlice uma estrutura secundria comum
A -hlice se forma mais facilmente do que outras conformaes, pois
ela otimiza o uso das
ligaes de hidrognio internas. A estrutura estabilizada por uma
ligao de hidrognio entre
o tomo de hidrognio ligado ao tomo de nitrognio eletronegativo
de uma ligao que
peptdica com o tomo de oxignio eletronegativo do grupo carbonila
do quarto aminocido
na extremidade aminoterminal dessa ligao peptdica. Todas as
ligaes peptdicas (exceto
aquelas prximas de cada uma das extremidades da hlice)
participam dessas ligaes de
hidrognio. Cada volta simples da hlice unida a outra volta
adjacente por 3 ou 4 ligaes de
hidrognio.
Fatores que afetam a estabilidade de uma -hlice:
I. A repulso eletrosttica (ou atrao) entre residuos de
aminocidos sucessivos com
grupos R carregados
II. O volume dos grupos R adjacentes
III. As interaes entre as cadeias laterais de aminocidos
espaados entre si por trs ou
quatro residuos
IV. A ocorrncia de residuos de prolina ou glicina
Na prolina, o tomo de nitrognio faz parte de um anel rgido que
introduz uma dobra
desestabilizadora na -hlice, alm de no possuir hidrognios
ligados a ele que
possam participar de ligaes de hidrognio e na glicina a
flexibilidade conformacional
maior que a dos demais residuos.
Os resduos hidrofbicos esto, em sua maioria, mantidos no
interior da molcula proteica,
afastados da gua, e o nmero de ligaes de hidrognio dentro da
protena maximizado.
O arranjo mais simples no qual uma cadeia
polipeptdica pode assumir com suas ligaes
peptdicas rgidas uma estrutura helicoidal. Nesse
caso, a cadeia polipeptdica fortemente retorcida
em torno de um eixo imaginrio longitudinal que
passa pelo centro da hlice, com os grupos R dos
resduos de aminocidos projetando-se para a face
externa da hlice. A unidade repetitiva uma volta
simples da hlice (passo) que inclui 3,6 resduos de
aminocidos. Cada resduo apresenta ngulos = -
60 e = - 45 . A hlice sempre orientada para a
direita.
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V. A interao entre os resduos de aminocidos nas extremidades do
segmento
helicoidal e o dipolo eltrico inerente a uma -hlice
O dipolo eltrico de uma ligao peptdica transmitido ao longo de
um segmento
helicoidal por meio de ligaes de hidrognio intracadeia,
resultando em um dipolo
que abrange toda a hlice.
2.2 A conformao organiza as cadeias polipeptdicas em folhas
Na conformao , a cadeia polipeptdica estende-se em uma estrutura
em ziguezague em vez
de helicoidal. Nesse arranjo, denominado de folha , as cadeias
polipeptdicas podem ser
dispostas lado a lado, sendo que as ligaes de hidrognio so
formadas entre os segmentos
adjacentes da cadeia polipeptdica.
Folhas paralelas
Folhas antiparalelas
Quando duas ou mais folhas so mantidas juntas em uma protena, os
grupos R dos residuos
de aminocidos das superfcies em contato devem ser relativamente
pequenos.
-hlice: estrutura secundria ordenada, com ligaes de hidrognio
entre o 1 e o 4 aminocido da
sequncia. Uma folha possui, no mnimo, 11 aminocidos. As ligaes
de hidrognio ocorrem entre as
ligaes peptdicas. Esse tipo de estrutura mais comum em fibrilas
mais rgidas.
Folhas-: estrutura secundrio ordenada, com ligaes de hidrognio
entre as ligaes peptdicas entre
aminocidos que esto distantes. Podem ser do tipo paralela ou
antiparalela e ocorrem, geralmente,
em fibrilas menos rgidas, mas mais longas.
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2.3 As dobras so comuns nas protenas
As dobras so os elementos de conexo entre trechos sucessivos de
-hlices ou ento de
conformaes . So particularmente comuns as dobras que conectam as
extremidades de
dois segmentos adjacentes de uma folha antiparalela. A estrutura
uma dobra de 180 que
envolve quatro residuos de aminocidos, com o grupo de oxignio
carbonlico do primeiro
resduo de aminocido formando uma ligao de hidrognio com o
hidrognio do grupo amino
do quarto. As dobras so frequentemente encontradas prximo da
superfcie das protenas,
na qual os grupos peptdicos dos residuos centrais de aminocidos
na dobra podem formar
ligaes de hidrognio com a gua.
3. Estruturas tercirias e quaternrias das protenas
O arranjo tridimensional global de todos os tomos em uma protena
denominado estrutura
terciria das protenas. Enquanto o termo estrutura secundria se
refere ao arranjo espacial
dos resduos de aminocidos que so adjacentes na estrutura
primaria, a estrutura terciria
inclui aspectos envolvendo distncias mais longas dentro da
sequncia de aminocidos.
Aminocidos que esto distantes na sequncia polipeptdica e que
residem em tipos diferentes
de estruturas secundrias podem interagir no interior de uma
estrutura totalmente enovelada
de uma protena. Segmentos interagentes de cadeias polipeptdicas
so mantidos em suas
posies tercirias caractersticas por tipos distintos de interaes
fracas (e, s vezes, por
ligaes covalentes tais como ligaes dissulfeto) entre os
segmentos.
Ligao de hidrognio entre C = O
do resduo 1 com N H do
resduo 4. O resduo 3 no
definido.
Ligao de hidrognio entre C = O
do resduo 1 e N H do resduo 4,
mas o resduo 3 ,
necessariamente, uma glicina
(cadeia lateral possui somente
hidrognio).
Um resduo muito comum nesse tipo de estrutura
a prolina, pois as ligaes peptdicas que
envolvem o nitrognio facilmente assumem uma
configurao cis, susceptvel a dobra.
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Alguns peptdeos contm duas ou mais cadeias polipeptdicas
separadas ou subunidades que
podem ser idnticas ou no. O arranjo dessas subunidades em
complexos tridimensionais
constitui a estrutura quaternria.
Ao considerarmos esses nveis mais elevados de organizao
estrutural, torna-se interessante
classificar as protenas em dois grupos principais: as protenas
fibrosas (consistem, sobretudo,
de um nico tipo de estrutura secundria) e as globulares
(costumam conter diversos tipos de
estruturas secundrias).
3.1 Exemplos de protenas fibrosas: -queratina, colgeno e fibrona
da seda.
As protenas fibrosas apresentam propriedades que conferem
resistncia e/ou flexibilidade s
estruturas nas quais aparecem. Em cada caso, a unidade
estrutural fundamental um simples
elemento repetitivo de estrutura secundria. A resistncia das
protenas fibrosas aumentada
por ligaes covalentes cruzadas entre as cadeias polipeptdicas ou
entre cadeias adjacentes
em estrutura supramolecular. Quanto s protenas fibrosas, todas
so insolveis em gua, uma
propriedade devida elevada concentrao de residuos hidrofbicos
tanto no interior quanto
em sua superfcie. Essas superfcies hidrofbicas so encobertas
pelo empacotamento de
cadeias polipeptdicas juntas semelhantes entre si (formam
elaborados complexos que so
supramoleculares).
-queratina: as hlices da -queratina so -hlices orientadas para a
direita que possuem um
arranjo em forma de espiral. Duas fitas de -queratina,
orientadas em paralelo, enovelam-se
uma outra para formar uma espiral super-retorcida, cujo percurso
orientado para a
esquerda (esse enovelamento de dois polipeptdeos -helicoidais um
exemplo de estrutura
quaternria). As superfcies nas quais ocorre o contato entre duas
hlices so constitudas por
residuos de aminocidos hidrofbicos, cujos grupos R permitem um
empacotamento denso
das cadeias polipeptdicas. As ligaes cruzadas que estabilizam
sua estrutura so as ligaes
dissulfeto.
Colgeno: sua cadeia apresenta uma estrutura secundria repetitiva
que caracterstica. A
sequncia tripeptidica repetitiva Gly-X-Pro ou Gly-X-HyPro adota
uma estrutura helicoidal
orientada para a esquerda com trs residuos por passo. Trs dessas
hlices enovelam-se umas
s outras em um superenovelamento orientado para a direita. As
cadeias e as fibrilas de
colgeno so unidas por tipos no habituais de ligaes covalentes
cruzadas.
Fibrona da seda: suas cadeias polipeptdicas esto
predominantemente na conformao . A
fibrona rica em residuos de Ala e Gly, permitindo um
empacotamento denso dos grupos R e
um arranjo em que os grupos R esto em contato uns com os outros.
Toda a estrutura
estabilizada por diversas ligaes de hidrognio existentes entre
todas as ligaes peptdicas
nos polipeptdeos de cada folha e pela otimizao das interaes de
Van der Waals
existentes entre as folhas. A estrutura flexvel, porque as
folhas so mantidas juntas por
numerosas interaes fracas e no por ligaes covalentes.
3.2 As protenas globulares
Em uma protena globular, os diferentes segmentos de uma cadeia
polipeptdica (ou mltiplas
cadeias polipeptdicas) enovelam-se uns sobre os outros, gerando
uma forma compacta em
-
relao aos polipeptdios em uma conformao totalmente estendida,
cujos grupos R ocupam
quase todo o espao no interior da cadeia enovelada (esse ncleo
hidrofbico denso tpico
das protenas globulares). Nesse meio densamente empacotado, as
interaes fracas so
reforadas entre si. Assim, as protenas so enoveladas de forma
compacta e as cadeias
laterais de aminocidos hidrofbicos esto orientadas para o
interior das molculas (afastadas
da gua), enquanto as cadeias laterais hidroflicas se situam na
superfcie. As estruturas so
estabilizadas por grande quantidade de ligaes de hidrognio e
algumas interaes fracas.
A estrutura tridimensional de uma protena globular tpica pode
ser considerada como uma
montagem de segmentos polipeptdicos nas conformaes de -hlice e
folhas , unidos por
segmentos ligantes.
O enovelamento de polipeptdios est sujeito a um conjunto de
regras:
I. As interaes hidrofbicas contribuem bastante para a
estabilidade das estruturas
proteicas. Ocultar os grupos R de aminocidos hidrofbicos de modo
a excluir a gua
requer pelo menos duas camadas de estrutura secundria. Dois
motivos simples, o
lao -- e a quilha - criam duas camadas.
II. Onde quer que apaream as protenas, -hlices e conformaes
geralmente se
encontram em diferentes camadas estruturais. Isso ocorre porque
a estrutura de um
segmento polipeptdico na conformao geralmente no pode fazer
ligaes de
hidrognio facilmente com uma -hlice alinhada com ela.
III. Os segmentos polipeptdicos adjacentes em uma sequncia
primaria so geralmente
arranjados entre si de forma adjacente na estrutura enovelada.
Apesar de segmentos
distantes de um polipeptdio poderem aparecer juntos na estrutura
terciria, isso no
regra geral.
IV. As conexes entre os elementos da estrutura secundria no
podem se cruzar ou
formar ns.
Estruturas supersecundrias, tambm conhecidas como motivos, so
arranjos particularmente
estveis de diversos elementos de estrutura secundria e das
conexes entre eles.
Os polipeptdios que apresentam mais de algumas centenas de
residuos de aminocidos se
dobram, frequentemente, em duas ou mais unidades globulares
estveis denominadas domnios.
-
V. A conformao mais estvel quando os segmentos individuais esto
ligeiramente
dobrados em um sentido orientado para a direita.
Desnaturao proteica e enovelamento (a fim de atingir conformao
nativa)
1.1 A perda da estrutura proteica resulta na perda de funo
As estruturas proteicas adquiriram a sua funo em um meio celular
especifico. Diferentes
condies daquelas presentes no interior das clulas podem resultar
em maiores ou menores
alteraes na estrutura das protenas. Uma perda da estrutura
tridimensional suficiente para
causar perda de funo denominada desnaturao. O estado desnaturado
no corresponde,
necessariamente, a um desenovelamento completo da protena e a
uma randomizao da
conformao. Sob a maioria das condies, as protenas desnaturadas
existem em um
conjunto de estados parcialmente enovelados pouco
conhecidos.
A maioria das protenas pode ser desnaturada pelo calor, que
afeta as interaes fracas em
uma protena (principalmente ligaes de hidrognio) de forma
complexa. Se a temperatura se
eleva lentamente, uma conformao proteica geralmente permanece
intacta at que haja uma
perda abrupta de estrutura (e funo) em uma faixa estreita de
temperatura.
Cada um dos agentes desnaturantes (calor, extremos de pH,
solventes orgnicos miscveis em
agua, solutos como ureia e detergentes) representa um tratamento
relativamente brando no
sentido de que nenhuma ligao covalente na cadeia polipeptdica
rompida.
A estrutura terciaria de uma protena globular determinada pela
sequncia de aminocidos.
A prova mais importante disso vem de experimentos que mostram
que a desnaturao de
algumas protenas reversvel, em um processo denominado
renaturao.
1.2 Os polipeptdeos se enovelam rapidamente por um processo em
etapas
As estruturas secundrias locais forma-se inicialmente. Certas
sequncias de aminocidos
enovelam-se rapidamente em -hlices ou folhas . Seguem-se as
interaes envolvendo
maiores distncias entre duas -hlices que interagem para formar
uma estrutura super-
A transio do estado
enovelado para o
estado desenovelado
um tanto abrupto,
sugerindo
cooperatividade no
processo de
desenovelamento.
-
secundria estvel. O processo continua at a formao de domnios
completos e o completo
enovelamento do polipeptdio. Em um modelo alternativo, o
enovelamento inicia-se pelo
colapso espontneo do polipeptdio em um estado compacto, mediado
por interaes
hidrofbicas entre residuos apolares. O estado resultante desse
colapso hidrofbico pode
ter um contedo elevado de estrutura secundria, mas muitas
cadeias laterais de aminocidos
no estaro totalmente fixas.
A maioria das protenas provavelmente se enovela por um processo
que incorpora os dois
modelos. Em vez de seguir uma nica via, uma populao de molculas
peptdicas pode seguir
diversos caminhos at um mesmo destino final, com a reduo
progressiva das espcies
parcialmente enoveladas medida que o processo de enovelamento se
aproxima da
conformao final.
Termodinamicamente, o processo de enovelamento pode ser
visto como uma espcie de funil de energia livre. Os estados
no-enovelados as caracterizados por um alto grau de energia
conformacional e uma energia livre relativamente elevada.
medida que o enovelamento ocorre, o estreitamento do funil
(no grfico) representa uma reduo do nmero de espcies
conformacionais presentes. Pequenas depresses ao longo das
laterais do funil de energia livre representam intermedirios
semi-estveis que podem alentecer brevemente o processo de
enovelamento. No fundo do funil, um conjunto de
intermedirios de enovelamento reduz-se a uma nica
conformao nativa (ou a um pequeno conjunto delas).