Classificação quanto à Cadeia lateral em solução Os aminoácidos

Classificação quanto à Cadeia lateral em solução
Os aminoácidos são classificados, de acordo com a polaridade do grupo R,
em duas grandes categorias: aminoácidos apolares (grupo R hidrofóbico) e
aminoácidos polares (grupo R hidrofilico).
Os aminoácidos apolares ("oleosos", porque são hidrofóbicos como os
lipídeos) têm grupos R constituídos por cadeias orgânicas com caráter
de hidrocarboneto, que não interagem com a água.
Têm geralmente uma localização interna na molécula de proteína,
quando esta é globular (nas proteínas de membrana, ficam
mergulhadas na bicamada lipídica). Pertencem a este grupo: glicina,
alanina, valina, leucina, isoleucina, metionina, prolina, fenilalanina e
triptofano.
Os aminoácidos classificados como polares são os que têm, nas cadeias
laterais, grupos com carga elétrica líquida ou grupos com cargas residuais,
que os capacitam a interagir com a água.
Classificação quanto à Cadeia lateral em solução
Os aminoácidos são classificados, de acordo com a polaridade do grupo R,
em duas grandes categorias: aminoácidos apolares (grupo R hidrofóbico) e
aminoácidos polares (grupo R hidrofilico).
Os aminoácidos apolares ("oleosos", porque são hidrofóbicos como os
lipídeos) têm grupos R constituídos por cadeias orgânicas com caráter
de hidrocarboneto, que não interagem com a água.
Têm geralmente uma localização interna na molécula de proteína,
quando esta é globular (nas proteínas de membrana, ficam
mergulhadas na bicamada lipídica). Pertencem a este grupo: glicina,
alanina, valina, leucina, isoleucina, metionina, prolina, fenilalanina e
triptofano.
Os aminoácidos classificados como polares são os que têm, nas cadeias
laterais, grupos com carga elétrica líquida ou grupos com cargas residuais,
que os capacitam a interagir com a água.
Comparação da sequência de aminoácidos na hemoglobina e na mioglobina
Foi recentemente concluído que a evolução relacionada com os membros das
famílias das proteínas pode ser deduzido por observação e comparação das
sequências equivalentes. Esta aproximação baseia-se no facto de que as
sequências mais semelhantes tenham tido menos tempo evolutivo para divergir
do que aquelas que apresentam mais diferenças. Os estudos efectuados
permitiram a construção da árvore de evolução em que o comprimento de cada
ramo que liga cada par de proteínas é proporcional ao número de aminoácidos
que diferem em ambas as sequências.
Figura 3 -Sequência de aminoácidos da hemoglobina humana (cadeia α) e
mioglobina humana
Figura 4 - Comparação da sequência de aminoácidos da hemoglobina humana
(cadeia α) e mioglobina humana
Hemoglobina é constituída por quatro cadeias polipeptídicas.
A hemoglobina dos vertebrados, o transportador de oxigénio nas hemácias, é
constituída por quatro cadeias polipeptídicas, duas de um tipo, e duas de outro.
As quatro são mantidas juntas por ligações não covalentes. Cada uma contém
um grupo heme e um só centro de ligação ao oxigénio. A hemoglobina A, a
principal dos adultos, é constituída por duas cadeias alfa (α) e duas beta (β). Uma
outra hemoglobina nos adultos (cerca de 2% da hemoglobina total) é a
hemoglobina A2, na qual as cadeias β são substituídas por cadeias delta (δ).
Sendo assim, a composição da hemoglobina A é α2 β2 e da hemoglobina A2 é α2δ2.
Os embriões e fetos apresentam hemoglobinas diferentes. Logo após a
concepção, os embriões sintetizam cadeias zeta (ξ), que são cadeias do tipo α; e
cadeias épsilon (ε), que são do tipo (β). No decurso do desenvolvimento, ξ é
trocado por α, e ε é trocado por gama (γ) e depois por β.
A principal hemoglobina durante os dois terços terminais da vida fetal é a
hemoglobina F, cuja composição em sub-unidades é α2γ2. As cadeias α e ξ contém
141 aminoácidos e as cadeias β, γ e δ contém 146. Logo, a hemoglobina consiste
em vários polipéptideos que diferem entre si. As interacções das subunidades
determinam a capacidade da hemoglobina de transportar O 2, CO2 e H+, atendendo
às condições fisiológicas.
Figura 5 - Estrutura quaternária da hemoglobina
A estrutura quaternária da hemoglobina muda acentuadamente pela oxigenação
A hemoglobina pode ser dissociada nas cadeias que a constituem. As
propriedades da cadeia α isolada são muito parecidas com as da mioglobina. A
cadeia α, por si só, tem uma grande afinidade para o oxigénio. As cadeias β
isoladas associam-se para formar um tetrâmero (β4). Da mesma forma que a
cadeia α e que a mioglobina, β4 não tem as propriedades alostéricas da
hemoglobina, e tem uma alta afinidade pelo oxigénio. As propriedades
alostéricas da hemoglobina surgem de interacções entre as suas subunidades. A
unidade funcional da hemoglobina é um tetrâmero que consiste em dois tipos de
cadeias polipeptídicas.
Em 1938, Félix Haurowitz descobriu que cristais de desoxi-hemoglobina se
fragmentavam
quando
eram
expostos
ao
oxigénio.
Os
cristais
de
desoximioglobina, por outro lado, ligam-se e libertam oxigénio sem alteração da
sua forma. A fragmentação dos cristais da hemoglobina sugeriu que a proteína
passa por uma mudança conformacional importante quando se liga ao O2. de
facto, estudos de cristalografia com raios X mostraram qua a oxi e a
desoxi-hemoglobina diferem acentuadamente nas suas estruturas quaternárias.
A molécula oxigenada é mais compacta. A estrutura quaternária da
desoxi-hemoglobina é chamada de forma T (Tensa), a da oxi-hemoglobina é
chamada de forma R (relaxada).
O Ferro Move-se em Direcção ao Plano do Heme Quando o Oxigénio se Liga
Na mioglobina não oxigenada, o ferro do heme situa-se cerca de 0,03 nm (0,3 Ǻ)
fora do plano do anel, na direcção de His F8. Na mioglobina oxigenada, uma
molécula de oxigénio ocupa a sexta posição de coordenação do átomo de ferro
que, então, se situa apenas a cerca de 0,01 nm (0,1 Ǻ) fora do plano do heme. A
oxigenação da hemoglobina é, portanto, acompanhada pelo movimento do átomo
de ferro e, consequentemente, pelo movimento de His F8 e os resíduos ligados
covalentemente a His F8, em direcção ao plano do anel. Este movimento gera
uma nova conformação das porções da proteína.
Figura 6 - Transição da hemoglobina da forma T para a forma R
Ao contrário da mioglobina, a hemoglobina é uma proteína tetramérica
Ao contrário da mioglobina, que não apresenta estrutura quaternária, as
hemoglobinas são proteínas tetraméricas, consistindo de pares de 2
polipeptídeos diferentes ou unidades monoméricas (denominadas ą, ß, γ ...). Não
obstante similares nos seus comprimentos, os polipeptídeos ą (141 resíduos) e ß
(146 resíduos) da hemoglobina A (HbA), são codificados por diferentes genes e
apresentam diferentes estruturas primárias. Em contraste, as estruturas
primárias, ß, γ, δ das cadeias polipeptídicas das hemoglobinas humanas
conservaram firmemente as suas estruturas primárias. As estruturas
tetraméricas das hemoglobinas comuns são: HbA (hemoglobina normal adulto) =
ą,2ß2 ,HbF (hemoglobina fetal) = ą,2γ2 HbS (hemoglobina da célula falciforme) =
ą,2S2 e HbA2 (hemoglobina adulta “minor”) = ą,2δ2.
Figura 7 - Comparação entre mioglobina e hemoglobina
As estruturas secundárias e terciárias da mioglobina e das subunidades β da
Hemoglobina são quase idênticas
Embora ocorram diferenças no tipo e número de aminoácidos presentes na
mioglobina e no polipeptídeo β das HbA, apresentam as estruturas secundárias e
terciárias quase idênticas. Essa notável semelhança, que se estende à
localização do grupo heme e à região das 8 hélices, resulta, em parte, da
substituição de aminoácidos de propriedades análogas em pontos equivalentes
nas estruturas primárias da mioglobina e da subunidade β da HbA. Além disso, o
polipeptídeo β assemelha-se muito à mioglobina, apesar de possuir 7 regiões em
hélice em vez de 8. Como no caso da mioglobina, os resíduos hidrofóbicos são
internos e (com excepção dos 2 resíduos de Hys por subunidade) os resíduos
hidrofílicos estão na superfície das subunidades α e β da HbA.
Figura 8 - Mioglobina e Sub-unidade β da Hemoglobina
( http://www.iq.usp.br/wwwdocentes/chsfarah/Aula_Chuck_3.ppt )
O 2,3-Difosfoglicerato (DPG) estabiliza a estrutura T da hemoglobina
Nos tecidos periféricos, a deficiência de oxigénio determina uma acumulação de
2,3- difosfoglicerato (DPG). Este composto é formado de um intermediário
glicolítico, o 1,2-difosfoglicerato. Uma molécula de DPG liga-se à hemoglobina
tetramérica, numa cavidade central, formada pelas 4 subunidades. A cavidade
central tem tamanho suficiente para acomodar o DPG somente quando o espaço
entre as hélices da cadeia β é suficientemente largo, isto é, quando a
hemoglobina está na sua forma T.
O DPG está ligado por pontes salinas entre os seus átomos de oxigénio e ambas
as cadeias beta via resíduos de amino, grupos N-terminais (Val NA1), Lys EF6 e
His H21. Assim, o DPG estabiliza a forma T, a forma desoxigenada, da
hemoglobina, por ligação cruzada das cadeias beta, e contribui, adicionalmente,
para a formação de pontes salinas, que devem ser rompidas para que a forma T
se “transforme” na forma R da hemoglobina.
O DPG liga-se com menor afinidade à hemoglobina fetal, do que à adulta, porque
o resíduo H21, da cadeia gama da hemoglobina fetal é a serina em vez da His que
não pode participar na formação da ponte salina (que mantém o DPG na cavidade
central). Portanto, o DPG tem um efeito menos pronunciado na estabilidade da
forma T da hemoglobina fetal e é responsável pela maior afinidade que a
hemoglobina fetal apresenta para o oxigénio quando comparada com a
hemoglobina do adulto. (saber mais...)
O indicador da transição entre as formas R e T da hemoglobina é o movimento do
ferro para dentro e para fora do anel porfirínico. Factores estéricos e
electrostáticos regulam a iniciação com uma energia livre de 3000 calorias por
mol. Assim, a mudança mínima da posição do Fe 2- em relação ao anel porfirínico
induz significativa mudança na conformação da hemoglobina e produz efeitos
cruciais nas suas funções biológicas, em resposta a factores externos.