Características Gerais das Proteínas. Estrutura das Proteínas Globulare e Proteínas Fibrosas PDF

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Possui descrição das diferentes estruturas (primária, secundária, terciária, quaternária) que compõe uma proteínas, cada uma com suas descrições e exemplos específicos, como os diferentes tipos de ligações químicas entre as moléculas e como isso influencia na formação de diferentes proteínas. Há com...

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Proteínas (Características Gerais) As proteínas são polímeros de aminoácidos. Elas apresentam dobramentos tridimensionais devidos às interações entre as cadeias, podendo ser: Estrutura primária: é a sequência de aminoácidos de uma proteína. Sua compreensão é importante, pois muitas doenças genéticas resultam de falhas nas cadeias de aminoácidos (mutações na cadeia ou trocas), tornando a compreensão das estruturas algo muito importante para o diagnóstico. ● Ligação Peptídica: é resultado de uma reação de desidratação entre o grupo amino de um aminoácido e o grupo alfa-carboxila de outro. É uma ligação resistente à temperatura e a uréia, é necessário várias horas de exposição em ácido ou base fortes em altas temperaturas para quebrá-la sem a ajuda enzimática. ○ Nomenclatura: sempre o aminoácido que fica com o grupo amina “livre” ficará à direita e o com o grupo alfa-carboxila, a esquerda, além disso, a não ser o último grupo da direita, todos os sufixos são trocados po “il”. Ex.:  valina+alanina, como nesta ligação a valina faz a ligação com a alanina por meio de sua carboxila, ela fica com seu grupo amino livre, sendo assim, o nome do dipeptídeo será valilalanina. ○ Características da ligação: como a ligação peptídica é muito rígida, o carbono da carbonila e o nitrogênio que a compõe não possui grande capacidade de rotação, entretanto, os carbonos alfa dos aminoácidos possuem um certo grau de rotação, o que permite a formação de diversas estruturas. Estas estruturas podem ser CIS ou TRANS, tomando como referência as cadeias laterais dos aminoácidos. Também, a ligação peptídica é polar, porém, a carbonila e amina envolvidos nela não doam e nem recebem prótons (em pH de 2 à 12).

Estrutura secundária: o esqueleto do polipeptídio não forma um arranjo tridimensional aleatoriamente, mas sim por meio de arranjos regulares denominados, alfa-hélice, folha-beta e dobra/curva-beta. ● Alfa-hélice: são cadeias polipeptídicas de conformação em espiral,  cuja são estabilizadas por ligações de hidrogênio, que estão dispostas paralelamente à hélice e são individualmente fracas, mas estabilizam a hélice. As cadeias laterais R ficam todas voltadas para a parte externa, evitando interferência externas. Existem tipos variados de proteínas em espiral, mas as alfa-hélice são as mais comuns e aparecem, sobretudo, em proteínas fibrosas,  com

2 características variadas, por exemplo, na queratina, proporciona rigidez e resistência, já o colágeno, que é globular mas possui grande quantidade de alfa-hélice, é bastante flexível. ○ Quebra da hélice: a prolina tem a capacidade de quebrar o arranjo devido a sua conformação espacial, também os aminoácidos carregados e volumosos tem essa capacidade de quebrar a hélice para formar outros arranjos ao longo da proteína. ●

Folha-beta: neste modelo, existem duas ou mais cadeias de polipeptídeos, dispostos de forma paralela, com os grupos N-terminal e C-terminal juntos, ou antiparalela, alternando os grupo N-terminal e C-terminal. Este arranjo dá a superfície da estrutura uma espécie de folha pregueada, por isso, muitas vezes são chamadas de folhas-betas pregueadas. Neste modelo de arranjo, diferentemente das alfa-hélices, as ligações de H estão dispostas perpendicularmente em relação às cadeias de polipeptídeos, estes, por sua vez, encontram-se estendidos por todo arranjo. As cadeias laterais R estão em lados opostos em relação às ligações de H.

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Curva/Dobra-beta: as curvas-beta revertem a direção da sequência dos polipeptídeos envolvidos em uma proteína, auxiliando na formação de uma estrutura globular. Normalmente são compostas por 4 aminoácidos, sendo que um é a prolina, responsável pela torção, e também pela glicina, que possui o menor grupo R. São estabilizadas por ligações iônicas e de hidrogênio. Normalmente são encontradas nas extremidades das proteínas e, por isso, podem conter resíduos. Por fim, possuem este nome pois normalmente estão ligadas à folhas-betas antiparalelas, e também são estabilizadas por ligações de H.

Existem também as estruturas secundárias não repetitivas, que são simplesmente arranjos aleatórios, normalmente encontrados no interior de proteínas globulares. Há também as estruturas supersecundárias (motivos), estão localizadas na parte central interior da molécula, e são formados por interações das cadeias laterais R dos polipeptídeos Estrutura terciária: a estrutura primária (sequência de aminoácidos) de uma cadeia polipeptídica determina sua estrutura terciária. A palavra “terciária” refere-se aos domínios de uma proteína. ● Domínios: são as unidades funcionais fundamentais com estrutura tridimensional de uma proteína. Os dobramentos do domínio ocorrem independentes de outros domínios, assim, cada um

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dos domínios adquire uma forma semelhante à uma proteína globular pequena e compacta. Interações que estabilizam a estrutura terciária: como os dobramentos dos domínios são promovidos, sobretudo pelas cadeias laterais (estruturas supersecundárias), as cadeias laterais R interagem de diferentes formas para estabilizar o domínio. ○ Ponte dissulfeto: contribui para a estabilidade da conformação tridimensional da molécula proteica e evita que elas se tornem desnaturadas no meio extracelular. Por isso, muitas ligações dissulfetos são encontradas nas imunoglobulinas secretadas pelas células. ○ Interações hidrofóbicas: como se localizam no interior da molécula, permitem uma maior interação de grupos semelhantes (hidrofílicos e hidrofóbicos) e conferem segregação energeticamente mais favorável dos grupos R. ○ Ligação de Hidrogênio: tantos os hidrogênios carregados das cadeias laterais, quantos os dos grupos amina e carboxila, conferem maior estabilidade à molécula e, também, tornam-a solúvel no meio mais externo. ○ Interações Iônicas: é a atração que diferentes aminoácidos carregados possuem devidos ao grupo carbocila (-COO) da cadeia lateral com os grupos alfa-amina e alfa-carboxila.

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Estrutura quaternária: é o arranjo das subunidades polipeptídicas (primária, secundária e terciárias) que são unidas por meio de interações covalentes (Ligações de H, iônicas e interações hidrofóbicas). Essas subunidades podem trabalhar independentemente umas das outras ou em conjunto, como é o caso da Hemoglobina, em que a ligação do oxigênio a uma subunidade do tetrâmero aumenta a afinidade das outras subunidades para oxigênio.

Dobramentos Inadequados de Proteínas: o dobramentos das proteínas é um processo de tentativa e erro, portanto, muitas vezes proteínas podem ser dobradas incorretamente. Normalmente, estas proteínas são marcadas e degradadas dentro da célula, porém, como o organismo está predisposto à falhas, algumas vezes essas proteínas defeituosas passam despercebidas e podem ser um forte fator gerador de doenças. ● Amiloidoses (agregados proteicos): longos feixes de proteínas fibrilares defeituosas, compostos por folhas-beta, se agrupam espontaneamente e formam os agregados insolúveis chamados de amiloides, que estão relacionados a diversas doenças, sobretudo, o Alzheimer ● Doença do Príon: é uma proteína encontrada no encéfalo dos mamíferos. Porém, possui duas formas que não diferem nas estruturas primárias, mas sim, nas secundárias. A PrP celular é a componente normal, formada, sobretudo, por alfa-hélices. Já a PrP scapie é a sua forma infecciosa, onde as alfa-hélices são substituídas por folhas-beta, o que a torna resistente à degradação proteolítica que ataca o sistema neurológico. Atualmente, não se possui nenhum tratamento capaz de alterar as chamadas Encefalopatias Espongiformes Transmissíveis (EETs), causadas, em diversos casos, pelo príon. Também causam a doença do Parkinson (alfa-sinucleína) e a doença de Huntington (huntingtina)

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Função das proteínas (algumas): ● Estrutura: responsáveis pela forma e estabilidade de células e tecidos. Ex.: Colágeno, queratina, etc. ● Transporte: transportam moléculas essenciais para a vida. Ex.: Hemoglobina, albumina, canais iônicos, etc. ● Proteção e Defesa:: sistema imune protege o organismo contra agentes tóxicos ou estranhos. Ex.: imunoglobulinas. ● Controle e Regulação: regulam o metabolismo. Ex.:  hormônios e seus receptores. ● Catálise: enzimas. Maior grupo, com > 2000 representantes. ● Movimento:: proteínas contráteis que realizam o movimento. Ex.:  Actina, tropomiosina, etc. Tipos de Proteínas: ● Fibrosas: tem forma cilíndrica; fornecem resistência e possuem baixa solubilidade.Estão ligadas a função estrutural. Exemplos: ○ Alfa-queratina (alfa-hélice): fornece mais força e resistência aos cabelos, unhas e camada externa da pele ○ Colágeno (alfa-hélice): é  uma proteína fibrosa e rígida. O peso seco dos tendões é composto 80% de colágeno. Também está presente nas cartilagens, pele, osso, dentina. ●

Globulares: são solúveis e tem esse formato devido aos dobramentos. Fazem diversas funções: ○ catalisadores (enzimas) ○ transporte (hemoglobina e mioglobina) ○ reguladores de expressão gênica (histonas) ○ proteínas motoras (actina e tropomiosina

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Hemiproteínas Globulares: possuem o grupamento heme, que tem por funções: ○ carregar elétrons (citocromo) ○ catalisador (sítios ativo da enzima catalase) ○ ligação reversível de O2 (hemoglobina e mioglobina)

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Proteínas Globulares Hemoglobinas e Mioglobinas: ambas possuem a função de transporte de gases, sendo a hemoglobina responsável por levar o sangue até os tecidos em gerais e a mioglobina apenas para os músculos. Ambas possuem o grupamento heme em seu interior, o qual possui uma estrutura com um átomo de Fe+² em seu interior, que se liga, por um lado ao aminoácido histidina para se fixar na hemoglobina e, pelo outro lado, fica disponível para as moléculas de oxigênio. As duas moléculas diferem quanto a sua forma. Enquanto a mioglobina possui apenas um grupo heme, portanto pode se ligar apenas a um oxigênio, a hemoglobina possui quatro grupos heme, podendo, então, ligar-se a quatro moléculas gasosas.

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Estrutura da Hemoglobina: é formada por alfa-hélice e por curvas-beta (o que causam os dobramentos por meio da prolina). Seu interior possui os aminoácidos apolares e seu exterior os polares. Ela é separada em 4 domínios (extremidades), sendo: alfa 1 e beta 1 (parte superior) e alfa 2 e beta 2 (parte inferior). São ligações de hidrogênio que mantém as partes superiores conectadas às inferiores e ligações hidrofóbicas que unem lateralmente as partes alfa e beta, tanto superiores quanto inferiores. Cada um dos domínios possui uma fenda onde se liga o grupo heme. Sendo assim, a hemoglobina é uma molécula quaternária. Também, a molécula possui uma certa maleabilidade, pois quando não está ligada a nenhuma molécula gasosa ela fica com seus domínios mais “unidos” ou tensionados (Estrutura T, desoxihemoglobina) e quando está ligada a moléculas gasosas, devido a dissociação de algumas ligações de hidrogênio, seus domínios ficam mais “afastados” ou relaxados (Estrutura R, oxiemoglobina) Estrutura da Mioglobina: é mais simple e menos complexa que a hemoglobina. Também formada por alfa-hélices e curvas-beta, possui apenas uma estrutura singular (equivalente a um domínio da hemoglobina) e apenas um grupamento heme.

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Sobre as ligações de oxigênio à mioglobina e à hemoglobina: ○ Pressão Parcial de Oxigênio: existe o efeito pO2 (ou seja, pressão parcial de oxigênio), quanto maior a pO2, mais oxigênio tende a ficar unido ao grupo heme, e o oposto é verdadeiro. Por isso a pressão parcial de oxigênio é maior nos alvéolos e menor perto dos tecidos. ○ Efeito Alostérico: quando um oxigênio se liga a um grupo heme, os outros 3 oxigênios restantes tendem a se ligar mais facilmente nos demais grupos (no caso da hemoglobina), ou seja, o primeiro oxigênio tende a ser mais difícil de se ligar do que os outros, isto se chama efeito alostérico, quando a hemoglobina liga o oxigênio com afinidade crescente. ○ Influências do pH: quanto mais ácido for o pH, mais difícil de manter o oxigênio ligado aos grupos heme. É por isso que o oxigênio tende a se manter mais estável no eritrócito quando este está no alvéolo (menos ácido), do que quando está perto dos tecidos, onde a presença do bicarbonato (que liberou um H+ e tornou o ambiente mais ácido) é maior. ○ Efeito do 2,3-bifosfoglicerato: o também chamado de 2,3-BPG  é resultado de uma das partes da cascata de degradação da glicose, ele é um importante regulador da ligação de oxigênio à hemoglobina.O 2,3-BPG diminui a afinidade da hemoglobina por oxigênio. Portanto, quanto maior sua presença, mais o eritrócito tende a liberar o oxigênio nos tecidos.

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Ligação de CO: o CO tem 220 vezes mais afinidade com a hemoglobina do que o O2. Além disso, quando uma molécula de CO se liga ao grupamento heme (ligação muito forte, mas reversível), a molécula fica em sua forma relaxada e sua afinidade com o Oxigênio fica muito maior, sendo assim, depois que o oxigênio se liga à hemoglobina, a mesma fica incapaz de liberá-lo nos tecidos. Por isso que, mesmo baixas concentrações de CO no meio podem ser extremamente prejudiciais. As terapias usadas nesse caso são inalações de 100% de oxigênio, junto de alta pressão (terapia hiperbárica de oxigênio), para facilitar a dissociação do CO da hemoglobina.

Diferentes Tipos de Hemoglobina: existem 4 modelos de hemoglobinas, a Hb A (90% do total), Hb F(...