Aula 5-2

Introdução à Bioquímica
Função das Proteínas
Dra. Fernanda Canduri
Laboratório de Sistemas BioMoleculares.
Departamento de Física. UNESP
São José do Rio Preto. SP.
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BioMoleculares. Departamento de Física.
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Tópicos
! Mioglobina
! Hemoglobina
! Miosina e actina
! Anticorpos
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Miosina e Actina
Uma das características mais
extraordinárias dos seres vivos é a
sua capacidade de executar
movimentos organizados.
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Músculo estriado
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Base estrutural e química do seu movimento
Os músculos voluntários que incluem os músculos
esqueléticos, apresentam uma aparência estriada
(listrada).
São formados por células longas multinucleadas
que contêm feixes paralelos de miofibrilas.
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Músculo estriado
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As estriações se originam da estrutura em
bandas de miofibrilas múltiplas. As bandas
são formadas pela alternância de regiões de
maior e menor densidade eletrônica – as
bandas A e as bandas I.
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Do tendão à miofibrila
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O sarcômero
A unidade de repetição é chamado sarcômero, que
está ligado ao centro da banda I pelo disco Z.
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Um músculo contraído pode encurtar até um
terço do comprimento que atinge quando
relaxado. A contração é resultado de uma
redução no comprimento do sarcômero, causada
por reduções nos comprimentos da banda I e da
zona H – modelo de deslizamento.
Banda I
Zona H
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Estrutura dos filamentos grossos (banda A) e
finos (banda I)
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Os filamentos grossos dos vertebrados são
compostos quase exclusivamente por um único
tipo de proteína - a miosina.
A miosina consiste de um longo segmento em
forma de bastão com 1600Å e duas cabeças
globulares.
Consiste de seis cadeias polipeptídicas: duas
cadeias pesadas de 220kDa e dois pares de cadeias
leves diferentes, denominadas essenciais (CLE) e
regulatórias (CLR).
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As subunidades CLE e CLR ligam-se à região N-terminal
de cada cadeia pesada.
A seqüência de aminoácidos da região da cauda em αhélice possui uma pseudo-repetição de sete resíduos a, b,
c, d, e, f, g com predominância de resíduos apolares nas
posições a e d.
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Estrutura do filamento grosso
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Sob condições fisiológicas, centenas de moléculas de
miosina agregam-se para formar um filamento grosso.
A cabeça da miosina é uma ATPase
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Os filamentos finos
consistem de três proteínas
– actina, tropomiosina e
troponina
A actina é uma proteína
globular que forma uma
fibra na região central do
filamento
A tropomiosina é formada
por uma espiral-enrolada
de duas cadeias de αhélice.
Cada tropomiosina liga-se
a uma molécula
heterotrimérica de
troponina, a qual liga Ca2+
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Cada monômero de actina pode ligar uma cabeça de
miosina, provavelmente por pareamento iônico e por
associação das regiões hidrofóbicas nas duas proteínas.
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O complexo tropomiosina-troponina regula a
contração muscular por meio do controle do
acesso das cabeças de miosina dos filamentos
grossos a seus sítios de ligação na actina dos
filamentos finos.
A miosina e a actina perfazem entre 60 a 95%
do total das proteínas musculares.
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Mecansimo de contração muscular
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4.
Edwin Taylor elaborou um modelo para a hidrólise do
ATP mediada por miosina.
O modelo foi aperfeiçoado pelos estudos estruturais
realizados posteriormente.
A ligação do ATP à cabeça da miosina promove a
abertura do sítio de ligação à actina e a liberação desta.
O sítio ativo fecha-se ao redor do ATP. A hidrólise do
ATP “energiza” a cabeça da miosina, colocando-a quase
perpendicular ao filamento grosso.
A cabeça da miosina liga-se a uma actina mais próxima
do disco Z do que aquela a qual estava ligada
anteriormente
A miosina libera Pi, causando uma mudança
conformacional que aumenta a afinidade da miosina pela
actina.
5. O estado transiente é imediatamente seguido pela
geração de força, uma mudança conformacional
adicional que provoca o deslizamento da cauda Cterminal da cabeça da miosina
6. O ADP é liberado.
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Controle da contração muscular
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Extratos brutos de músculo contraem-se somente na
presença de Ca2+
A sensibilidade ao Ca2+ é devida a uma subunidade da
troponina, a troponina C.
A estimulação de uma miofibrila por um impulso nervoso
resulta na liberação de Ca2+, aumentando a sua
concentração
Então, o Ca2+ liga-se a troponina C, causando uma
mudança de conformação no complexo troponinatropomiosina.
quando a concentração de Ca2+ na miofibrila for baixa, o
complexo troponina-tropomiosina retornará à sua
conformação de repouso, bloqueando a ligação da miosina
à actina, e fazendo o músculo relaxar.
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Actina nas células não-musculares
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A actina é a proteína citoplasmática mais abundante nas
células eucarióticas.
Forma fibras de cerca de 70Å de diâmetro conhecidas
como microfilamentos.
Os microfilamentos são elementos do citoesqueleto,
juntamente com outras fibras protéicas
A polimerização dos monômeros em fibras necessita de
ATP.
A polimerização e a despolimerização dos filamentos de
actina são a base de processos celulares, como o
movimento amebóide, a citocinese, as correntes
citoplasmáticas, e a extensão e a retração de várias
protuberâncias celulares.
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Anticorpos
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Todos os organismos vivos estão continuamente
sujeitos ao ataque de outros organismos
Nos animais superiores, esses patógenos rompem
a barreira física representada pela pele e pelas
mucosas, sendo identificadas como invasores e
destruídos pelo sistema imune.
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Visão geral do sistema imune
Há dois tipos de imunidade:
1.
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Imunidade celular – protege contra células infectadas
por vírus, fungos, parasitas e tecidos estranhos. É
mediada pelos linfócitos T (timo)
Imunidade humoral – mais efetiva contra infecções
virais, é mediada por proteínas chamadas anticorpos
ou imunoglobulinas. São produzidos pelos linfócitos
B ou células B e originam-se na medula óssea.
A resposta imune inicia-se pela presença de uma
macromolécula estranha, conhecida como antígeno
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Células B possuem imunoglobulinas em sua superfície. Na ligação
de um antígeno, a célula irá fagocitar o complexo antígenoanticorpo e degradá-lo.
As células T estimulam a proliferação da células B.
Apesar de viver poucos dias sem o estímulo do antígeno, as células
B de memória podem reconhecer os antígenos correspondentes.
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Estrutura dos anticorpos
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As imunoglobulinas formam um grupo de
proteínas relacionadas, apresentando uma enorme
diversidade.
Todas as imunoglobulinas possuem no mínimo 4
subunidades:
Duas cadeias leves (L) idênticas de 23 kDa, e duas cadeias
pesadas (H) idênticas, com 53 a 75 kDa. Essas
subunidades associam-se por pontes dissulfeto e por
interações não covalentes, originando uma molécula
simétrica com a forma aproximada de um Y.
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Classes de imunoglobulinas (Ig)
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As cinco classes de Ig diferem-se entre si quanto ao tipo de
cadeia pesada e quanto à estrutura das subunidades.
IgM: é a mais eficiente contra microrganismos. É a
primeira a ser secretada
IgG: é a mais comum. Distribuída no sangue e no líquido
extracelular.
IgA: predominante no trato gastrointestinal
IgE: protege contra parasitas e está relacionada a reações
alérgicas
IgD: função não conhecida.
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A proteólise limitada da IgG pela enzima papaína
origina três fragmentos: dois Fab e um Fc
!
Fab são os braços do Y e contém uma cadeia L
inteira e a porção N-terminal de uma cadeia H.
!
Tais fragmentos contém os sítios de ligação ao
antígeno
!
Fc deriva-se da haste do anticorpo e consiste das
porções C-terminais das duas cadeias H.
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Região
variável
Região
constante
Fab
Fc
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As imunoglobulinas G
Embora todas as IgGs tenham a mesma
estrutura geral, as que reconhecem
diferentes antígenos tem sequências de
aminoácidos diferentes
! Todas as regiões constantes e variáveis são
semelhantes em sequência e no padrão das
pontes dissulfeto.
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Ligação antígeno-anticorpo
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Todas as unidades homólogas da molécula de Ig tem a
mesma conformação característica: um sanduíche
composto por três ou quatro folhas β pregueadas
antiparalelas, ligadas por uma ponte dissulfeto.
Esta estrutura precisa reconhecer uma variedade de
antígenos.
A capacidade de reconhecimento de antígenos está em
três alças na região variável.
A maioria das variações em aminoácidos está
concentrada em três segmentos curtos – são
seqüências hipervariáveis
Essas seqüências delineariam o sítio de ligação do
antígeno e os seus aminoácidos determinariam sua
especificidade de ligação.
!
!
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!
A associação entre anticorpos e seus antígenos envolve
forças de van der Waals, ligações hidrofóbicas, ligações
de H e interações iônicas.
Suas constantes de dissociação variam de 10-4 a 10-10
M, comparáveis em força ou superiores às associações
entre as enzimas e seus substratos.
A especificidade e a afinidade são decorrentes da
excelente complementaridade estrutural entre o
antígeno e o anticorpo.
A maior parte das Igs é composta por moléculas
divalentes – que podem ligar-se a dois antígenos
idênticos simultaneamente
A IgM e a IgA são multivalentes.
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!
Uma substância ou um organismo estranhos
geralmente possuem regiões antigênicas múltiplas,
e uma resposta imune típica gera uma mistura de
anticorpos com especificidades diferentes.
!
Ligações divalentes permitem aos anticorpos
estabelecerem ligações cruzadas com os antígenos,
formando emaranhados extensos que aceleram a
remoção do antígeno e iniciam a proliferação das
células B.
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Geração de diversidade de anticorpos
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Um antígeno novo não induz a síntese de uma nova Ig
pelas células B.
Um antígeno somente estimula a proliferação de células B
pré-existentes cujos anticorpos reconhecem o antígeno.
O sistema imune tem potencial para produzir bilhões de
anticorpos diferentes o suficiente para reagir com quase
todos os antígenos que o organismo possa encontrar.
O sistema imune é desencadeado somente contra
substâncias estranhas e não contra as dezenas de milhares
de moléculas endógenas
Todas as macromoléculas são antígenos em potencial,
como pode ser observado pelos transplantes de tecidos.
Essa incompatibilidade apresenta desafios óbvios para
terapias, como uma simples transfusão de sangue até os
transplantes múltiplos de órgãos.
!
!
!
!
!
É muito pouco conhecido o mecanismo pelo qual o
sistema imune de um indivíduo distingue o próprio do
não-próprio.
O sistema imune perde a tolerância para alguns dos
seus próprios antígenos, resultando em uma doença
auto-imune.
Estas doenças são em geral crônicas, freqüentemente
com períodos de remissão.
Pode ser resultado de uma malformação inata no
mecanismo do sistema imune.
É desencadeada por um trauma ou uma infecção,
ocasiões em que são expostos aos linfócitos os tecidos
que normalmente não tem contato com o sistema
imune.
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