proteínas

Carlos Capela
PROTEÍNAS
PROTEÍNAS .............................................................1
A.
INTRODUÇÃO ....................................................... 3
B.
FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS ................................... 4
1.
FUNÇÃO DINÂMICA ....................................................4
1.a.
1.b.
1.c.
1.d.
1.e.
1.f.
1.g.
2.
C.
FUNÇÃO ESTRUTURAL................................................6
CLASSIFICAÇÃO................................................... 7
1.
QUANTO À FORMA ......................................................7
1.a.
1.b.
2.
Proteínas Fibrosas................................................................ 7
Proteínas globulares............................................................. 7
QUANTO À COMPOSIÇÃO ...........................................8
2.a.
2.b.
2.c.
3.
Proteínas simples.................................................................. 8
Proteínas Conjugadas .......................................................... 8
Proteínas Derivadas ............................................................. 8
QUANTO AO NÚMERO DE CADEIAS POLIPEPTÍDICAS 9
3.a.
3.b.
D.
Função Hormonal................................................................ 4
Função de Defesa................................................................. 4
Função Nutritiva .................................................................. 5
Função Reguladora.............................................................. 5
Função Enzimática .............................................................. 5
Coagulação sanguínea......................................................... 5
Transporte............................................................................. 6
Proteínas Monoméricas ....................................................... 9
Proteínas Oligoméricas ........................................................ 9
A LIGAÇÃO PEPTÍDICA ..................................... 10
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E.
ORGANIZAÇÃO ESTRUTURAL DAS PROTEÍNAS 12
1.
ESTRUTURA PRIMÁRIA.............................................12
2.
ESTRUTURA SECUNDÁRIA ........................................12
2.a.
2.b.
Hélices................................................................................. 12
Folha β ............................................................................... 12
2.B.I.
2.c.
2.d.
3.
3.a.
3.b.
3.c.
3.d.
OS COTOVELOS β ....................................................................... 12
Estrutura Secundária Não Repetitiva ou “Random Coil”12
Estruturas Supersecundárias............................................. 12
ESTRUTURA TERCIÁRIA ...........................................12
Estruturas α/α .................................................................. 12
Estruturas β/β ................................................................... 12
Estruturas α/β .................................................................. 12
Estruturas α+β ................................................................. 12
4.
ESTRUTURA QUATERNÁRIA .....................................12
5.
A CONFIGURAÇÃO NATIVA ......................................12
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A. INTRODUÇÃO
As proteínas são compostos orgânicos de alto peso molecular, são formadas pelo
encadeamento de aminoácidos. Representam cerca do 50 a 80% do peso seco da
célula sendo, portanto, o composto orgânico mais abundante da matéria viva.
Características:
•
Natureza macromolecular: Possuem um tamanho compreendido entre 0,001 a
0,2 µm de diâmetro formando, na água, uma solução coloidal.
•
Natureza anfotérica: Constituem, assim, um dos melhores sistema tampão do
organismo.
Em geral, o termo proteína é usado para moléculas compostas por mais de 50
aminoácidos (resíduos) e o termo péptido é usado para moléculas com menos de 50
aminoácidos.
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B. FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS
As proteínas exercem na célula uma grande variedade de funções, que podem ser
divididas em 2 grupos:
•
Dinâmicas – Transporte, defesa, catálise de reacções, controlo do
metabolismo e contracção, por exemplo;
•
Estruturais – Proteínas como o colágenio e elastina, por exemplo, que
promovem a sustentação estrutural da célula e dos tecidos.
1.FUNÇÃO DINÂMICA
1.a. Função Hormonal
Muitas hormonas são, na verdade, proteínas especializadas na função de estimular
ou inibir a actividade de determinados órgãos. Um exemplo bem característico é a
hormona pancreática, a insulina que, lançada no sangue, contribui para a manutenção
da taxa de glicemia.
1.b. Função de Defesa
No nosso sistema imunológico, existem células especializadas na identificação de
proteínas presentes nos organismos invasores, que serão consideradas “estranhas”.
Estas proteínas invasoras denominam-se antígenes e estimulam o organismo a
produzir outras proteínas especializadas no combate às invasoras. Estas proteínas de
defesa são denominadas anticorpos e combinam-se quimicamente com os antígenes
com o objectivo de neutralizá-los. Deve-se salientar o facto de que existe uma
determinada especificidade entre o antígene e o anticorpo. Ou seja, um anticorpo só
neutralizará o antígene que estimulou a formação desse anticorpo. Os anticorpos são
produzidos em células especializadas do sistema imunológico denominadas
plasmócitos.
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1.c. Função Nutritiva
Todos os alimentos ricos em proteínas, como as carnes em geral, são fontes
naturais de aminoácidos indispensáveis aos seres vivos para a produção de outras
proteínas. Nos ovos de muitos animais, existe um material nutritivo chamado vitelo,
que se destina à sustentação do embrião em formação.
1.d. Função Reguladora
Esta função é desempenhada por um grupo especial de proteínas denominadas
vitaminas. As células dos vegetais clorofilados e certos microorganismos, como as
bactérias, possuem a capacidade de produzirem vitaminas. Nos animais dá-se através
do processo de nutrição. Cada vitamina tem um papel biológico próprio, por isso não
pode ser substituída por outra. A carência de uma determinada vitamina faz surgir um
quadro de distúrbios orgânicos denominado hipovitaminose. O excesso de vitaminas
pode conduzir a uma hipervitaminose. As vitaminas são classificadas de acordo com
a sua solubilidade em água ou em lípidos. Existem as vitaminas hidrossolúveis, como
as do complexo B (B1, B2, B6, B12 e ácido fólico) e a vitamina C. As lipossolúveis são
as vitaminas A, D, E, K.
1.e. Função Enzimática
As enzimas são proteínas especiais com função catalítica, ou seja, aceleram ou
retardam reacções bioquímicas que ocorrem nas células. Assim como os anticorpos,
apresentam especificidade em relação à reacção ou substância em que actuam. Isto
deve-se ao facto de que cada enzima possui na sua estrutura um ou mais pontos que
se encaixam perfeitamente na substância ou reacção que sofrerá a sua acção.
1.f. Coagulação sanguínea
Vários são os factores da coagulação que possuem natureza proteica, como por
exemplo: fibrinogénio, globulina anti-hemofílica, etc.
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1.g. Transporte
Pode-se citar como exemplo a hemoglobina, proteína responsável pelo transporte
de oxigénio no sangue.
2.FUNÇÃO ESTRUTURAL
As proteínas estruturais participam como matéria-prima na construção de
estruturas celulares e histológicas. Como exemplos de proteínas estruturais, temos o
colágenio, que é uma proteína com considerável resistência à tracção. Ela pode ser
encontrada nos ossos, tendões, cartilagens e na pele. A queratina, que é uma
escleroproteína encontrada na pele, unhas e cabelo, possui propriedades
impermeabilizantes que dificultam a perda de água pelos animais. A albumina,
presente em abundância no plasma sanguíneo, contribui para a manutenção da sua
viscosidade e do equilíbrio hídrico.
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C. CLASSIFICAÇÃO
Podem-se classificar as proteínas tendo em atenção a sua estrutura e composição.
1.QUANTO À FORMA
Aquando da tradução, ou síntese proteica, forma-se a cadeia polipeptídica,
sequência das moléculas dos aminoácidos, que é a estrutura primária das proteínas.
No entanto muitas proteínas, após a formação desta estrutura primária espiralizam-se
e enovelam-se, num arranjo ou conformação tridimensional. De acordo com esta
conformação podemos, então, identificar duas classes principais de proteínas, que são
as fibrosas e as globulares.
1.a. Proteínas Fibrosas
As proteínas fibrosas são insolúveis em água e são fisicamente
resistentes; tais proteínas são formadas por cadeias polipeptídicas
enroladas em espiral ou em hélice com ligações cruzadas por intermédio
de pontes dissulfídicas bem como pontes de hidrogénio. São insolúveis em
meio aquoso. Como exemplo de proteínas fibrosas temos o colágenio
(tendões e osso), a queratina (cabelo, pele, chifre e unha), e a elastina
(tecido conjuntivo elástico).
1.b. Proteínas globulares
As proteínas globulares são formadas por cadeias polipeptídicas
que se dobram adquirindo a forma esférica ou globular. Na maioria,
são solúveis em água. As proteínas globulares têm uma função
dinâmica e incluem a maioria das enzimas, os anticorpos, muitas
hormonas e proteínas transportadoras, como a albumina sérica e a
hemoglobina.
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Proteínas como a miosina e o fibrinogénio apresentam tanto características de
proteínas fibrosas, pois são formadas por cadeias paralelas, como de proteínas
globulares, pois são solúveis em água.
2.QUANTO À COMPOSIÇÃO
2.a. Proteínas simples
São também denominadas de homoproteínas e são constituídas, exclusivamente
por aminoácidos. Por outras palavras, fornecem exclusivamente uma mistura de
aminoácidos por hidrólise. Pode-se mencionar como exemplo: as Albuminas, as
Globulinas, as Escleroproteínas ou proteínas fibrosas, as Protaminas e as Histonas.
2.b. Proteínas Conjugadas
São também denominadas heteroproteínas. As proteínas conjugadas são
constituídas por aminoácidos mais outro componente não-protéico. Dependendo do
componente não-protéico temos: as Cromoproteínas, as Fosfoproteínas, as
Glicoproteínas, as Lipoproteínas e as Nucleoproteínas.
2.c. Proteínas Derivadas
As proteínas derivadas formam-se a partir de outras por desnaturação ou hidrólise.
Pode-se citar como exemplos desse tipo de proteínas as proteoses e as peptonas,
formadas durante a digestão.
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3.QUANTO
AO
NÚMERO
DE
CADEIAS
POLIPEPTÍDICAS
3.a. Proteínas Monoméricas
São proteínas formadas por apenas uma cadeia polipeptídica.
3.b. Proteínas Oligoméricas
São proteínas formadas por mais de uma cadeia polipeptídica. São as proteínas de
estrutura e função mais complexas.
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D. A LIGAÇÃO PEPTÍDICA
A polimerização dos 20 aminoácidos comuns em cadeias polipeptídicas ocorre
nas células e é catalisada nos ribossomas.
Quimicamente, essa polimerização é uma reacção de desidratação. Ocorre entre
os grupos amina e carboxilo ligados ao carbono α dos aminoácidos, com a saída de
uma molécula de água.
As ligações peptídicas possuem propriedades especiais, tais como um carácter de
dupla ligação parcial, rígida e planar, e configuração quase sempre “Trans”.
Devido à deslocalização de electrões entre O, C e N, essa ligação apresenta um
certo carácter de ligação dupla, suficiente para impedir a livre rotação.
Apesar disso, o peptído tem grande mobilidade rotacional, pois as ligações entre o
carbono α dos resíduos do aminoácido e os seus radicais, quer carboxilo (Cα-C), quer
amina (Cα-N) possuem rotação livre sobre os seus eixos. Daí decorrerem as diferentes
e numerosas conformações que uma cadeia pode assumir espacialmente.
•
Ligação ψ (psi) – Entre o carbono α e o carbono do carboxilo;
•
Ligação ϕ (phi) – Entre o carbono α e o nitrogénio do grupo amina.
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A ligação peptídica é fundamental para o estabelecimento da estrutura primária de
um polipéptido ou proteína.
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E. ORGANIZAÇÃO ESTRUTURAL
DAS PROTEÍNAS
A forma das proteínas é um factor muito importante na sua actividade, pois se ela
é alterada, a proteína torna-se inactiva. Este processo de alteração da forma da
proteína é denominado desnaturação, podendo ser provocado por altas temperaturas,
alterações do pH e outros factores. A desnaturação é um processo, geralmente
irreversível, que consiste na quebra das estruturas secundária e terciária de uma
proteína.
As proteínas possuem complexas estruturas espaciais, que podem ser organizadas
em 4 níveis, crescentes em complexidade:
1.ESTRUTURA PRIMÁRIA
Dada pela sequência de aminoácidos, ligações peptídicas da molécula, e
localização das pontes de dissulfeto (se existentes). Por outras palavras, é o Esqueleto
Covalente da molécula. É o nível estrutural mais simples e mais importante, pois dele
deriva todo o arranjo espacial da molécula. Pode variar em 3 aspectos, definidos pela
informação genética da célula:
•
Número de AA;
•
Sequência de AA;
•
Natureza dos AA.
A estrutura primária da proteína resulta numa longa cadeia de AA semelhante a
um “colar de contas”, com uma extremidade “Amino Terminal” e uma extremidade
“Carboxilo Terminal”. A estrutura primária de uma proteína é destruída por hidrólise
química ou enzimática das ligações peptídicas, com libertação de péptidos menores e
aminoácidos livres.
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Estrutura Primária da Insulina Humana
2.ESTRUTURA SECUNDÁRIA
É dada pelo arranjo espacial dos aminoácidos, próximos entre si na sequência
primária da proteína. É o último nível de organização das proteínas fibrosas,
estruturalmente mais simples. Ocorre graças à possibilidade de rotação das ligações
entre os carbonos α dos aminoácidos e seus grupos amina e carboxilo. O arranjo
secundário de um polipéptido pode ocorrer de forma regular; isso acontece quando os
ângulos das ligações entre os carbonos α e os seus ligantes são iguais e se repetem ao
longo de um segmento da molécula.
São 2 os tipos principais de arranjo secundário regular:
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2.a. Hélices
É a forma mais comum de estrutura
secundária regular.
α-hélice Hélice 310 Hélice π (pi)
A mais abundante das estruturas helicoidais
é a α-Hélice que se caracteriza por uma hélice
em espiral formada por 3,6 resíduos de
aminoácidos por volta. As cadeias laterais dos
aminoácidos distribuem-se para fora da hélice,
evitando assim o impedimento estérico. A
principal força de estabilização da α – Hélice é
a ponte de hidrogénio. Os aminoácidos mais
comuns nesta estrutura são: ácido glutâmico,
alanina e a leucina.
Encontram-se
nas
proteínas
outras
conformações helicoidais:
•
Hélice π (4,4 resíduos por espiral)
•
Hélice 310 (3 resíduos por espiral)
•
Hélice esquerda (no colagénio)
2.b. Folha β
Também denominada por folha pregueada, ou ainda estrutura β. Ao contrário da
α-Hélice, a folha β envolve 2 ou mais segmentos polipeptídicos da mesma molécula
ou de moléculas diferentes, arranjados em paralelo ou em sentido anti-paralelo. Os
segmentos em folha β da proteína adquirem um aspecto de uma folha de papel
dobrada em pregas. As pontes de hidrogénio mais uma vez são a força de
estabilização principal desta estrutura.
Os aminoácidos mais comuns nesta estrutura são: Valina e Isoleucina.
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2.b.i. OS COTOVELOS β
Para a inversão das cadeias polipeptídicas existem estruturas importantes
denominados por cotovelos ou dobras β, sendo constituídas fundamentalmente por 4
resíduos de aminoácidos nos quais os mais prováveis para a formação dessas
estruturas são: prolina, glicina, asparagina. Estabelece-se uma ponte de hidrogénio
entre o 1º e o 4º resíduo e em geral a prolina encontra-se numa posição Trans.
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2.c. Estrutura Secundária Não Repetitiva ou
“Random Coil”
Em média cerca de 50% da estrutura de uma proteína globular está em α-hélice
ou em folha β. O restante da molécula assume uma estrutura secundária não
repetitiva, menos regular que as acima citadas.
2.d. Estruturas Supersecundárias
Estruturas que resultam da combinação de segmentos com arranjo secundário em
“Motivos”, longos padrões que se repetem ao longo de uma proteína. São exemplos
mais comuns de motivos supersecundários:
•
Associação de hélices;
•
Associação de folhas;
•
O loop βαβ;
•
Cotovelos αα;
•
Barris β;
•
Caracóis β.
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3.ESTRUTURA TERCIÁRIA
Dada pelo arranjo espacial de aminoácidos distantes entre si na sequência
polipeptídica. É a forma tridimensional como a proteína se “enrola”. Ocorre nas
proteínas globulares, mais complexas estrutural e funcionalmente. A estrutura
terciária de uma proteína é determinada e estabilizada por factores primários como:
•
Resíduos de Prolina – interrompem estruturas secundárias regulares,
causando dobras na molécula;
•
Impedimento estérico – cadeias laterais muito grandes que precisam de se
“acomodar” no espaço;
•
Pontes dissulfeto – ligações covalentes entre radicais sulfidrilo de resíduos de
cisteína, formando um resíduo de Cistina;
•
Pontes de hidrogénio;
•
Interacções hidrofóbicas – tendência dos AA com radical “R” apolar de se
acomodar no interior de uma estrutura dobrada, “fugindo” do contacto com a
água;
•
Interacções Iónicas – forças de atracção entre AA com radicais “R”
carregados com cargas opostas.
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Cadeias polipeptídicas muito longas podem organizar-se em Domínios, regiões
com estruturas terciárias semi-independentes ligadas entre si por segmentos lineares
da cadeia polipeptídica. Os domínios são considerados as unidades funcionais de
estrutura tridimensional de uma proteína.
Os 4 grandes tipos de estrutura terciária são:
3.a. Estruturas α/α
Constituídas essencialmente por hélices α e por poucas ou nenhumas folhas β.
Esta classe inclui proteínas como a mioglobina e a hemoglobina, esta composta
por quatro subunidades, todas semelhantes à parte proteica da mioglobina. Estas
proteínas ou subunidades são todas compostas por oito hélices α.
3.b. Estruturas β/β
Constituídas principalmente (ou exclusivamente) por folhas β.
Esta classe inclui proteínas como as imunoglobinas
3.c. Estruturas α/β
Com alternância de hélices α e folhas β. Frequentemente as folhas β formam um
leque rodeado por hélices α.
Incluem-se neste tipo muitas enzimas, de que são exemplos a piruvato-cinase,
aldolase, triose-isomerase e xilulose isomerase.
3.d. Estruturas α+β
Hélices α e folhas β tendem a ocupar regiões diferentes da cadeia polipeptídica.
Esta classe inclui proteínas como a ribonuclease, a insulina e a lisozima.
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A vermelho representam-se o heme da subunidade β da hemoglobina, no exemplo da estrutura
α/α, e pontes de enxofre nas estruturas β/β e α+β
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4.ESTRUTURA QUATERNÁRIA
Surge apenas nas proteínas oligoméricas. É dada pela distribuição espacial das
cadeias polipeptídicas no espaço, as subunidades da molécula. Estas subunidades
mantém-se unidas por forças covalentes, como pontes dissulfeto, e ligações não
covalentes, como pontes de hidrogénio, interacções hidrofóbicas, etc. As subunidades
podem actuar de forma independente ou cooperativamente no desempenho da função
bioquímica da proteína.
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5.A CONFIGURAÇÃO NATIVA
As proteínas assumem frequentemente uma única configuração secundária,
terciária e quaternária, determinada pela sequência de aminoácidos particulares,
denominada Configuração Nativa.
O enovelamento das proteínas é um processo que depende da participação de
outras proteínas muito especializadas, a saber:
•
Cis-Trans-Prolil Isomerases – Enzimas que catalisam a interconversão entre
ligações cis e trans dos resíduos de prolina, procurando uma configuração
adequada para estas ligações;
•
Proteína-Dissulfeto Isomerases – Facilitam o arranjo ideal das ligações
dissulfeto, estabilizando-as, de modo que as ligações incorrectas não são
estabilizadas e o arranjo correcto das ligações de cistina para a conformação
enovelada é rapidamente atingida.
•
Chaperones – descobertas como proteínas de choque térmico, uma família de
proteínas cuja síntese está aumentada em temperaturas elevadas. Participam
no processo de enovelamento das cadeias polipeptídicas logo após a sua
biossíntese no ribossoma. As chaperones não alteram o resultado final de
enovelamento, mas actuam impedindo a agregação, antes de completarem o
enovelamento e impedem a formação de intermediários instáveis ou não
produtivos durante o enovelamento. Estas aumentam a velocidade de
enovelamento por limitarem o número de vias de enovelamento não
produtivas disponíveis para o polipéptido. As proteínas chaperones também
são necessárias para o redobramento das proteínas após atravessarem as
membranas celulares.
O resultado da actuação destas proteínas e das forças de estabilização da estrutura
terciária já citadas, garantem a formação de estruturas espaciais estáveis mas
dinâmicas, essenciais para o desempenho funcional das proteínas.
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