Capítulo 2 Aminoácidos e proteínas- estruturas e propriedades

1. Capítulo 2Aminoácidos e proteínas- estruturas e propriedades Os aminoácidos são as unidades estruturais básicas das proteínas A quiralidade do carbono alfa (ligação a 4 grupos diferentes) confere aos aminoácidos actividade óptica Em projecção de Ficher um aminoácido L- representa-se com um grupo NH2 à esquerda

2. São 20 os aminoácidos que intervêm na estrutura das proteínas Dois deles contêm também o grupo funcional amida (glutamina e asparagina) Também podem ocorrer no estado livre (600), não intervindo na composição das proteínas sendo intermediários de sequências metabólicas fundamentais e isolados tanto em tecidos animais como vegetais Nomenclatura de aminoácidos As recomendações IUPAC-IUBMB apoiam o uso de nomes triviais. A forma mais lógica da sua classificação baseia-se na polaridade do grupo R (e na sua carga para valores biológicos de pH) o que permitir dividi-los em 4 tipos: 1) não polares ou hidrófobos; 2) polares mas não carregados; 3) carregados negativamente a pH 6-7 (ácidos); 4) carregados positivamente a pH 6-7 (básicos). Aminoácidos comuns das proteínas

3. (Campos, 1998)

4. (Campos, 1998)

5. (Campos, 1998)

6. Ligação amida ou peptídica e cadeia polipeptídica A ligação entre cada dois aminoácidos consecutivos de uma cadeia peptídica – ligação peptídica- é formada por eliminação de uma molécula de água entre o grupo OH do carboxilo de um aminoácido e um H do grupo amina do aminoácido seguinte. (Campos, 1998)

7. Cadeia polipeptídica- é uma sequência de mais de dois resíduos de aminoácidos. Geralmente denominada cadeia peptídica (Campos, 1998) Esta ligação é responsável pelo estabelecimento de uma estrutura primária (a sequência dos aminoácidos na cadeia peptídica de um polipétido ou de uma proteína).

8. Diferença entre um polipéptido de uma proteína: N< 80 a 100 aminoácidos => cadeia polipeptídica N> 80 a 100 aminoácidos => proteína • Pequenos péptidos com interesse fisiológico (2 até cerca de 30 resíduos de aminoácidos)que representam funções biológicas relevantes em organismos vegetais e animais: • encefalinas – pentapeptídos presente no cérebro que funcionam como analgésicos (acção semelhante aos opiácios e à morfina) • ocitocina: • aumenta o número dos seus receptores na gradidez, induzindo contracções do músculo uterino => parto; • estimula o fluxo de leite da mãe na fase de aleitamento. • vasopressina – controlo da pressão arterial através de regulação da contracção muscular

9. Estrutura das proteínas: Estrutura secundária As rotações em torno das ligações adjacentes à ligação peptídica originam essencialmente dois tipos de estrutura: as hélices e as folhas pregueadas (aparecem em mais de 60 % da estrutura das proteínas) Tanto as hélices (entre grupos da mesma cadeia)como as folhas pregueadas(entre grupos de cadeias diferentes) são estabilizadas por pontes de hidrogénio estabelecida entre o oxigénio do carbonilo de umas ligações peptídicas e o hidrogénio do grupo amina de outras ligações peptídicas. (Campos, 1998)

10. A estrutura dos diferentes aminoácidos influenciam a adopção, pela cadeia, de um determinado tipo de estrutura secundária, havendo uma correlação entre sequência e conformação: • ácido glutâmico, alanina, leucina=> hélices • valina e isoleucina => folhas • prolina, glicina, aspargina => reversões (Campos, 1998)

11. (Campos, 1998)

12. Paralela e (Campos, 1998)

13. Estrutura secundária O terceiro tipo de estrutura secundária, muito vulgar nos animais superiores, corresponde a uma proteína fibrosa do tecido conjuntivo, o colagénio, que aí se apresenta sob a forma de três cadeias polipetídicas helicoidais imbricadas como numa trança. A sequência de aminoácidos é regular e por isso de 3 em 3 resíduos encontra-se a glicina. É a proteína mais abundante nos mamíferos e o principal componente fibroso da pele, ossos, tendões, cartilagens e dentes. Cada cadeia possui 1000 resíduos. A prolina (com configuração estrutural em anel) está presente em proporção muito elevada sendo responsável pela estabilização da estrutura

14. (Campos, 1998)

15. (Campos, 1998)

16. Estrutura “supersecundária” • A ocorrência de dobras em “gancho de cabelo” a ligar entre si folhas Beta ou hélices alfa ou ambos os tipos de estrutura secundária, origina conformações => “estrutura supersecundária” • As razões de adopção destas estruturas de forma generalizada pelas proteínas decorre de que: • as conformações das folhas Beta e hélices Alfa permitem uma compactação da estrutura • as ligações por pontes de hidrogénio entre os grupos polares (CO e NH) das cadeias principais compensam, a energia gasta para desviá-los das interacções com a água • as proteínas só beneficiam se as duas estruturas (folhas Beta e hélices) estiverem associadas entre si

17. Estrutura “supersecundária” (Campos, 1998)

18. Proteínas fibrosas e proteínas globulares: • Proteínas fibrosas (escleroproteínas) • São proteínas estruturais, insolúveis, na sua maior parte constituídas por cadeias estendidas ou em hélice alfa, enroladas juntas ou associadas em fibras: • queratinas => proteínas dos tecidos como os cabelos, lã, unhas, garras, bicos das aves, os chifres. • fibroína da seda => fios de seda constituídos por folhas de glicina, serina e alanina. • colagénio => principal proteína dos tecidos conjuntivos. • Proteínas globulares • Forma esferóide e são hidrossolúveis; o arranjo espacial das hélices alfa e das folhas pregueadas permite e aproximação entre as extremidades das sequências polipeptídicas; apresentam um nível de estrutura terciário e quaternário (ex: mioglobina)

19. Proteínasglobulares (Campos, 1998)

20. Estrutura terciária => conformação tridimensional de uma proteìna (ex: mioglobina) Corresponde à conformação tridimensional das cadeias polipeptídicas Tem uma importância fundamental para actividade biológica das proteínas, uma vez que resíduos de aminoácidos muito distanciados uns dos outros, na sequência, podem encontrar-se próximos devido aos enrolamentos forma regiões indispensáveis ao funcionamento da proteína (ex:centro activo das enzimas)

21. Estrutura terciária- conformação tridimensional (Campos, 1998) Segmentos random - Intervêm nas ligações entre segmentos em hélice, em folhas ou em ambos os tipos, permitindo assim o enrolamento e a constituição da estrutura terciária

22. A estrutura terciária é estabilizada por ligações de diversos tipos: iónicas; electrostáticas; pontes de hidrogénio; hidrófobas; covalentes (-S-S-) (Campos, 1998)

23. A ponte de enxofre (ou ponte dissulfurada) desempenha um papel fundamental na formação e estabilização da quase totalidade das proteínas com estrutura terciária. (Campos, 1998)

24. Em 1957, Kenny e seus colaboradores visualizam, pela primeira vez, A estrutura tridimensional de uma proteína. - Extremidades (letras A e H) (Campos, 1998) Desempenha funções de armazenamento de oxigénio no músculo

25. Muitas proteínas apresentam semelhanças estruturais que permitem • definir classes • A sua classificação baseia-se na sequência das hélices alfa e de • folhas Beta • 4 grandes tipos de estrutura terciária: • alfa/alfa – essencialmente com hélices alfa e por poucas ou nenhumas folhas Beta(todas com 8 hélices)- mioglobina e hemoglobina • beta/beta - principalmente ou exclusivamente por folhas beta imunoglobinas • alfa/beta – alternância de hélices alfa e folhas beta. Frequentemente as folhas formas leque rodeado por hélices - piruvato-cinase, glicolato-oxidase, aldolase,triose-isomerase, xilulose-isomerase e ribulose-difosfato-carboxilase • alfa+beta –hélices alfa e folhas beta tendem a ocupar regiões diferentes da cadeia polipeptídica -ribonuclease, insulina e lisozima

26. mioglobina hemoglobina imunoglobinas muitas enzimas ribonuclease insulina lisozima (Campos, 1998)

27. Estrutura quaternária (ex: Hemoglobina) • Corresponde a associações quase sempre reversíveis, por ligações fracas, entre vária cadeias polipeptídicas idênticas ou diferentes. • É o nível superior de complexidade da estrutura das proteínas • Hemoglobina : • - desempenha funções de transporte do oxigénio molecular; • é um tetrâmero constituído por duas cadeias alfa e duas cadeias beta; • é formada por 153 resíduos; • em presença de elevadas concentrações de oxigénio (nos pulmões) a molécula de hemoglobina pode ligar a si, reversivelmente , 4 moléculas de Oxigénio; • em presença de quantidade elevadas de CO2 e de H+, como sucede no tecido respiratório, o oxigénio é libertado

30. Estrutura quaternária Se ocorrer qualquer alteração nas cadeias alfa e beta devido a mutações que afectem as suas interacções, as propriedades da hemoglobina são alteradas. É nas enzimas que regulam reacções –chave de sequências metabólicas fundamentais que vamos encontrar este tipo de estruturas A estrutura quaternária confere às células um nível suplementar na regulação de determinadas proteínas funcionais, pois a dissociação destas estruturas permite à célula retardar ou parar, portanto controlar a actividade dessas proteínas

31. Conceitos sistematizados por Linderstrom-Lang

32. Funções biológicas das proteínas Estruturais – definindo e mantendo diferentes estruturas celulares e orgânicas Vertebrados => colagénio => tecido conjuntivo e ósseo queratina => estrutura do pelo e das unhas Nível celular => estrutura das membranas e de partículas funcionais como os ribossomas e microtúbulos. Catalíticas – como catalizadores das reacções que se produzem nas células => enzimas (grupo mais numerosos das proteínas celulares) e que possuem grande especificidade no reconhecimento dos susbstratos Hormonais – várias hormonas possuem estruturas polipetídicas e proteicas => pâncreas e insulina, hipófises, hormona do crescimento (GH) e adrenocorticotrofina (ACTH)

33. Defesa – imunoglobinas e anticorpos que formam parte das defesas dos organismos superiores para com moléculas estranhas, formando um complexo antigénio/ anticorpo que vai imobilizar , por precipitação a molécula estranha • Transporte – levando moléculas específicas de uma parte do organismo a outra. • Albumina - que transporta os ácidos gordos livres no sangue • Hemoglobina – que transporta o oxigénio nos eritrócitos desde os pulmões aos tecidos • Lipoproteínas – transportam os lípidos insolúveis no plasma sanguíneo • Ceruloplasmina – transporta Cu no sangue

34. As células vivas dos organismos heterotróficos e na ausência de luz os autotróficos, obtêm a energia de que imediatamente necessitam a partir da oxidação dos poliósidos de reserva a CO2 e água Este conjunto de processos e os de síntese das macromoléculas só é possível devido à intervenção dos catalizadores bioquímicos Proteínas (globulares) Enzimas

35. Classificação das proteínas em função da composição Holoproteínas– constituídas apenas por aminoácidos Heteroproteínas- constituídas por uma ou mais cadeias peptídicas e por uma parte não proteica designada de grupo prostético lipoproteínas fosfoproteínas glicoproteínas nucleoproteínas cromoproteínas

36. Caracterizam-se: • pela natureza dos grupos prostécticos, • pelo número de grupos presentes por molécula de proteína • e pela natureza das ligações entre grupos prostécticos e as cadeias polipeptídicas. • Fosfoproteínas –contêm ácido fosfórico a esterificar as funções álcool da serina e da treonina.Exemplos: • caseína do leite e a vitelina; • vitelina e a fosfovitina da gema de ovo Heteroproteínas

37. Cromoproteínas • Proteínas coradas cujo grupo prostéctico contém muitas vezes um elemento metálico (Fe, Cu, Mg). • São classificadas: • - consoante o seu grupo prostéctico possui ou não a estrutura tetrapirrólica (porfirina) • - e consoante o seu papel fisiológico, respiratório ou não respiratório: • Cromoproteínas porfirínicas • pigmentos respiratórios- com Fe; hemoglobinas, citocromos, e as enzimas hemínicas (catalases e peroxidases) • pigmentos não respiratórios – cloroplastinas, cujo grupo prostéctico é uma clorofila com Mg Heteroproteínas

38. Cromoproteínas não porfirínicas • pigmentos respiratórios- de alguns invertebrados (contém Fe), crustáceos e moluscos (contém Cu) • pigmentos não respiratórios – flavoproteínas e as metaloproteínas (de Fe e Cu) => permitem o armazenamento e o transporte dos metais nos organismos animais.

39. Glicoproteínas –(ovalbumina, imunoglobinas, fibrinogénio, tireoglobulina) • são proteínas que incluem na sua molécula resíduos glucídicos ligados à cadeia polipeptídica por covalência => glicano => limita a extracção de proteínas => dificulta a solubilidade do complexo proteico. • as mais importantes intervêm: • na resposta imunológica => anticorpos (que se ligam aos antigénios –subst. que atacam o organismo – e os imobilizam) • e determinantes antigénicos => grupos sanguíneos nas diferenças entre os 4 grupos A,B,AB e O)

40. Lipoproteínas – está associada às proteínas uma parte lipídica. • são moléculas muito grandes e por isso separam-se das outras proteínas; • o colestrol, triglicéridos e os fosfolípidos são transportados na • circulação sanguínea por diferentes lipoproteínas; • desempenham papel importante no metabolismo celular na • permeabilidade selectiva das membranas pelo seu carácter hidrofílico • pela parte proteica e hidrofóbico pela parte lipídica

41. desoxirribonucleoproteínas - em que intervêm protaminas e histonas Nucleoproteínas Ribonucleoproteínas -associações de ácidos ribonucleicos e de proteínas (os ribossomas) desempenham papel preponderante na biossíntese proteica