estrutura geral dos α-aminoácidos. - iq.usp.br · • a alfa-hélice é um dos dois tipos de...
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Peptídios • Os peptídios são polímeros de aminoácidos. • Duas moléculas de aminoácidos podem ser
unidas covalentemente através de uma ligação amida.
• Essa ligação é a ligação peptídica. • Tal ligação é formada pela remoção de água
de um grupo alfa-carboxila de um aminoácido e do grupo amino de outro
• É uma reação de condensação.
Condensação de 2 α-aminoácidos para formar um dipeptídeo
Ligação Peptídica (Emil Fischer & Franz Hofmeister 1902)
Ligação Peptídica tem caráter de dupla ligação
A ressonância de elétrons confere uma característica de dupla ligação para ligação C-N, prevenindo a rotação e criando um arranjo planar na região envolvendo os 6 átomos…
A ligação peptídica é a ligação covalente mais importante que
une os aminoácidos para formar os peptídios
A ligação peptídica
• Essa reação tem um ponto de equilíbrio que favorece os reagentes.
• Para facilitar essa reação o grupo carboxila precisa ser quimicamente modificado, ativado.
• A maneira biológica de resolver isso é fazer a síntese nos ribossomas utilizando uma sequência de enzimas.
Os 20 aminoácidos variam consideravelmente em suas propriedades físico-químicas, tais como:
Polaridade Acidez Basicidade Aromaticidade Tamanho Flexibilidade conformacional Capacidade de estabelecer ligações cruzadas Capacidade de formar ligações/pontes de hidrogênio
Essas características influenciam a conformação tridimensional e as propriedades das proteínas...
Polipeptídio • Três aminoácos reunidos = tripeptídio • 4 aa = tetrapeptídio • 5 aa = pentapeptídio • Quando um pequeno número de aminoácidos está
ligado por ligação peptídica a estrutura é chamada de oligopeptídio.
• Quando muitos aminoácidos estão reunidos é um polipeptídio.
• Embora os termos proteínas e polipeptídios possam ser intercambiáveis, as moléculas referidas como polipeptídios geralmente têm PM< 10.000
A ligação peptídica é a ligação covalente mais importante que
une os aminoácidos para formar os peptídios
Outro tipo de ligação covalente que ocorre é a ligação dissulfeto
O comportamento ácido-base de um peptídeo vai depender de seu alfa-amino e alfa-carboxilo livres e de
amino ácidos com grupo R ionizável.
Os outros grupos alfa-amino e alfa-carboxilo estão comprometidos na
ligação peptídica
pI de peptídios
Ala-Lys- Ser Ala ( N-terminal NH3
+) Ser (Carboxi-terminal)
NH3+------Lys------COO-
(9,69) (10,53) (2,21)
Os peptídios participam de reações características
• As ligações peptídicas podem ser hidrolisadas por aquecimento com ácido forte (HCl 6 M) ou com base forte ou por proteases encontradas em todas células.
• A hidrólise de aminoácidos é um passo necessário para determinação da composição das proteínas.
Alguns polipeptídios pequenos possuem atividade biológica
• O tripeptídio sintetizados comercialmente, o L-aspartilfenilalanil-metil ester, por exemplo.
• Este composto é um adoçante artificial mais conhecido como aspartame ou como NutraSweet, seu nome comercial
Ocitocina
• Um peptídio com 9 resíduos de aminoácidos.
• É secretada pela hipófise e estimula as contrações uterinas na hora do parto.
Vasopressina
• Desempenha papel no controle da pressão sanguínea, pela regulação da contração da musculatura lisa. Também estimula a reabsorção de água pelo rim tendo ação antidiurética. Mais água é retida e a pressão do sangue aumenta.
A conformação das proteínas é estabilizada principalmente por interações fracas.
• Conformação: arranjo espacial dos átomos na proteína.
• Conformação nativa: conformação funcional
Estrutura de Proteínas • Quatro níveis estruturais em proteínas • Estrutura Primária: todas as ligações covalentes
entre os aminoácidos • Por convenção a estrutura primária é escrita na
direção amino terminal → carboxila terminal • Estrutura Secundária: arranjo regular entre resíduos
de aminoácidos (alfa-hélice e conformação beta) • Estrutura Terciária: estrutura tridimensional
completa do polipeptídeo • Estrutura Quaternária: relação espacial entre
subunidades
A alfa-hélice • São componente principal da epiderme e de
estruturas relacionadas: cabelo, unhas, chifres, lã.. • Nessa estrutura o esqueleto do polipeptídeo está
organizado ao redor de um eixo maior da molécula com os grupos R dos aminoácidos projetando-se para fora.
• Um passo da hélice tem cerca de 0.56 nm (3,6 resíduos).
• A direção da hélice é de mão direita. • A alfa-hélice é um dos dois tipos de estrutura
secundária mais comum em proteínas. É a estrutura predominante das alfa-queratinas
A estabilidade da alfa-hélice • A estrutura é estabilizada por diversas pontes de
hidrogênio internas formadas pelo átomo de hidrogênio ligado ao atómo de nitrogênio eletronegativo de cada ligação peptítica e o oxigênio da carbonila do quarto amino ácido no lado amino-terminal da hélice.
• Nem todos peptídeos podem formar alfa-hélices, por exemplo, se tiver muitos aminoácidos carregados em uma sequência, ou aminoácidos muito volumosos adjacentes, etc
• Prolina desestabiliza a hélice. O átomo de nitrogênio faz parte de um anel rígido.
A conformação beta nas β-queratinas • Essa é uma conformação mais estendida de
cadeias polipeptídicas, como a encontrada na proteína fibroína da seda e teias de aranha, uma beta-queratina, uma classe das proteínas fibrosas.
• A conformação beta, como a alfa-hélice é comum em proteínas.
• O esqueleto da cadeia polipeptídica é extendido em zig-zag.
• Na fibroína, as cadeias polipeptídicas encontram-se dispostas lado a lado formando uma estrutura em folha, chamada folha pregueada beta.
• Na conformação beta, as pontes de hidrogênio podem ser tanto intra-cadeia como inter-cadeias.
• Todas as ligações peptídicas na beta-queratina participam de pontes de hidrogênio inter-cadeias.
• Os grupos R de aminoácidos adjacentes projetam-se em direções opostas na estrutura em zig-zag.
• As cadeias em uma folha pregueada beta podem ser tanto paralelas como anti-paralelas.
Outras estruturas secundárias • Além da alfa-hélice e da folha pregueada beta,
existem outras estruturas secundárias que ocorrem apenas em algumas proteínas especializadas.
• Um exemplo é a volta beta, que ocorre com frequência quando uma cadeia polipeptídica faz uma volta abrupta.
• Envolve 4 amino. A ligação peptídica do primeiro aminoácido forma ponte de H com o quarto.
• Gly e Pro ocorrem com frequência em voltas beta.
Super-hélices • Tanto a alfa-queratina como o colágeno ficam
com a estrutura mais forte através do enrolamento de várias cadeias.
• Em ambas as hélices, o enrolamento das cadeias ocorre em oposição ao enrolamento de uma cadeia única. Isso permite o melhor empacotamento das cadeias.
• A super-hélice é provavelmente de mão esquerda na alfa-queratina e de mão direita no colágeno.
As proteínas fibrosas são adaptadas para função estrutural
• A alfa-queratina, o colágeno e a elastina são exemplos da relação entre estrutura e função.
• Essas proteínas têm propriedades que dão força e/ou elasticidade em suas estruturas.
• Suas estruturas são relativamente simples e são todas insolúveis em água. Essa característica é conferida pela alta concentração de aminoácidos hidrofóbicos
Estrutura secundária e propriedades de proteínas fibrosas
• Estrutura: Alfa-hélices, ligadas por pontes de dissulfeto
• Características: dureza, estruturas protetoras de força e flexibilidade variáveis.
• Exemplo: alfa-queratina do cabelo, penas, unhas.
Colágeno e Elastina: principais proteínas do tecido conjutivo
• O colágeno é encontrado no tecido conjutivo, como tendões, cartilagens, matriz orgânica dos ossos, córnea dos olhos. O tecido conjutivo também envolve os vasos sanguineos. Os tendões que transmitem a força muscular ao esqueleto são compostos proncipalmente de colágeno.
• É uma hélice como as alfa-queratinas mas é peculiar por ser uma hélice de mão esquerda e tem 3 aminoácidos por volta (3,6 na alfa-queratina)
• A sequência de aminoácidos no colágeno é geralmente uma unidade tripeptídica repetitiva
• Gly-X-Pro ou Gly-X-Hyp (Hyp= 4-hidroxiprolina). • A comida gelatina é derivada do colágeno. Tem pouco
valor nutricional porque não contém todos amino necessários para a dieta.
conformação beta
• Estrutura: conformação beta • Características: macio, filamentos
flexíveis • Exemplo:fibroína da seda
Sequência de Aminoácidos
Conformação Local Regular do Esqueleto Conformação
Tridimensional
Interação entre subunidades
Estrutura Terciária • Descreve o dobramento final da proteína por interação entre
regiões com estrutruras regulares (alfa-helices e follhas beta) ou não regulares (regiões conectoras: alças, voltas).
• Neste nível de organização segmentos distantes podem se aproximar e interagir.
• A estrutura é mantida por ligações fracas (não-covalentes) entre as cadeias laterais dos resíduos de aminoácidos.
• Ligações covalentes (ligações de –S-S-) também estão envolvidos.
Os quatro tipos de interações fracas
1.
2.
3.
4.
~ 20 kJ/mole
20-40 kJ/mole
~ 8 kJ/mole
~ 4 kJ/mole
Approx. energy
Proteínas Fibrosas
Características: - Moléculas alongadas;
- Estão envolvidos em papel estrutural na célula;
Exemplos: alfa-queratina do cabelo, penas, unhas e colágeno.
Fibrilas de Colágeno
• O colágeno é constituído de uma hélice tripla chamada tropocolágeno.
• Monômero possui ~ 1000 aa
• As cadeias podem ter sequência de aa diferentes
• Tripla hélice possui ligações cruzadas que conferem maior resistência a fibra
• A sequência de aminoácidos no colágeno é geralmente uma unidade tripeptídica repetitiva Gly-X-Pro ou Gly-X-Hyp (Hyp= 4-hidroxiprolina).
Estrutura do Colágeno Alfa-hélice Hélice Tripla
Glicina
• É uma hélice como as alfa-queratinas mas é peculiar por ser uma hélice de mão esquerda e tem 3 aminoácidos por volta (3,6 na alfa-queratina).
Ligações covalentes entre cadeias aumenta a força dessas estruturas
• Na alfa-queratina, as ligações cruzadas têm a contribuição de pontes de dissulfeto.
• No colágeno ocorre uma ligação não usual entre resíduos de lisina.
O enrijecimento do tecido conectivo em pessoas idosas é o resultado de acúmulo de ligações cruzadas no colágeno.
A associação entre as cadeias é frequentemente reforçada pela presença de pontes de dissulfeto
- Aumento da resistência da fibra - Padrão de distribuição dessas pontes estão relacionadas ao grau de ondulação do cabelo
Insulina
- Frederick Sanger 1953
- Sequenciamento envolveu o trabalho de muitos cientistas
- App.100 g de insulina foram utilizados
Estrutura da Fibroína
- Fibras formadas por folhas β antiparalelas estabilizada por pontes de H
- Alto conteúdo de Ala e Gly que permite maior empacotamento das cadeias
Proteínas Globulares
Características: - Forma “esférica”;
- Composto basicamente da associação de estruturas secundarias;
- As proteínas globulares incluem: enzimas, proteínas de transporte, alguns hormônios peptídicos e imunoglobulinas.
Mioglobina (John Kendrew, 1950)
• É uma proteína armazenadora de oxigênio
• Relativamente pequena (PM= 16.700).
• Contém uma única cadeia polipeptídica com 153 resíduos de aa e um grupo ferro-porfirínico
The Heme Group
“Heme is present in myoglobin, hemoglobin , cytochrome and other heme proteins”
Heme is consists of protoporphyrin and iron atom.
Protoporphyrin
“ The iron atom in the center of the heme group has two bonding position perpendicular to the plane”.
Coordination compound
Histidine(93)
Molecular oxygen
Fe+2 (ferrous)→O2 binding
Fe+3(ferric)→No O2 binding
Sperm whale myoglobinCadeias laterais hidrofóbicas: Leu, Ile, Val, Phe (em azul) Grupo Heme (em vermelho)
DOMÍNIOS
Troponin C : muscle protein
Ca++ binding domain
Regiões compactas de estrutura terciária ligadas por um segmento peptídico
Estrutura Quaternária
• A primeira proteína oligomérica submetida à analise por raios-X foi a hemoglobina (PM=64500).
• A hemoglobina contém 4 cadeias polipeptídicas, e 4 grupos prostéticos heme.
• A parte protéica, chamada globina, consiste de duas cadeias alfa (141 resíduos) e duas cadeias beta (146 resíduos). Alfa e beta não querem dizer conformação.
Interações fracas mantêm a estrutura quaternária
• Apesar de existirem poucos contatos entre as 2 cadeias alfa e as duas beta, existem vários pontos de contato entre alfa e beta.
• Esses contatos,consistem em grande parte, por interações entre resíduos hidrofóbicos, mas também incluem interações iônicas envolvendo grupos carboxila terminal nas 4 subunidades.
Estrutura Quaternária Descreve a estrutura 3 D de proteínas multiméricas
(com mais de uma cadeia polipeptídica)
Estrutura Quaternária
• A hemoglobina contém 4
cadeias polipeptídicas, e 4 grupos prostéticos heme.
• A parte protéica, chamada globina, consiste de duas cadeias alfa (141 resíduos) e duas cadeias beta (146 resíduos). Alfa e beta não querem dizer conformação.
Hemoglobina
Cadeias Alfa
Cadeias Beta
Interações fracas mantêm a estrutura quaternária
• Contato entre cadeias alfa e beta,consistem em grande parte, por interações entre resíduos hidrofóbicos, mas também incluem interações iônicas envolvendo grupos carboxila terminal nas 4 subunidades.
Cadeias Alfa
Cadeias Beta
Desnaturação
• As proteínas perdem a sua estrutura e função quando são denaturadas.
• Isso ocorre quando um ovo é cozido. A clara do ovo que contém albumina, coagula formando um sólido branco. Não adianta tentar redissolver abaixando a temperatura.
Ribonuclease A Anfisem 1950: 1ª evidência de que sequência determina a estrutura 3D
- Uréia: desestabiliza as interações hidrofóbicas
- Mercaptoetanol: Agente redutor (quebra a ponte de dissulfeto)
• A estrutura é dependente do ambiente em que ela está.
• As proteínas perdem a sua estrutura e função quando sofrem alterações na conformação (denaturadas).
Agentes Desnaturantes • Calor, pH, alguns solventes orgânicos miscíveis
com água, como álcool e acetona. Solutos como uréia e cloreto de guanidina.
• Mercaptoetanol (HS-CH2-CH2-OH) rompe pontes de dissulfeto.
• Detergentes.
• Em geral esses são tratamentos brandos, onde as ligações peptídicas não são rompidas.
O enovelamento dos polipeptídios é um processo passo-a -passo
• O processo de enovelamento é complicado. Existem vários modelos para explicar.
• Nem todas as proteínas se enovelam espontâneamente quando são sintetizadas nas células.
• Existem proteínas que facilitam o enovelamento- são chamadas molecular “chaperones” ou proteínas de ligação de cadeias polipeptídicas.
A sequência de aminoácidos determina a estrutura terciária.
• A ribonuclease pode ser denaturada com uréia e agente denaturante.
• Quando são removidos, a enzima volta a ter atividade.
• Por meio da técnica de mutagenese-sítio dirigida pode-se deletar, inserir ou rearranjar aa e verificar efeito na estrutura.
A estrutura terciária não é rígida
• Algumas proteínas como a hemoglobina, têm uma conformação quando o oxigênio liga e outra quando desliga.
• Muitas enzimas também sofrem mudanças conformacionais quando ligam-se os substratos.