Estrutura tridimensional de proteínas

1. Estrutura tridimensional de proteínas Prof. Dr. Francisco Prosdocimi

2. Níveis de Estruturas Protéicas

3. A conformação espacial das proteínas • As proteínas não são traços rígidos porque suas ligações químicas podem realizar rotação • A maioria das ligações químicas não são planares • Cada proteína tem uma estrutura específica que depende de • sua estrutura primária • interações químicas resultantes entre as cadeias laterais dos aminoácidos • modificações pós-traducionais • condições do meio em que elas estão inseridas

4. Temas importantes • A conformação tridimensional (3D) depende da seqüência de aminoácidos • A função depende da estrutura • Cada proteína existe em um ou em pequeno número de formas estruturalmente estáveis • As principais forças para a estabilização de estruturas são forças não-covalentes • Existem padrões estruturais comuns que ajudam a organizar o entendimento  apolipoprotein A-I (PDB code 1AV1)Estrutura formada apenas por alfas-hélices

5. Conformação nativa • Proteína dobrada em conformação funcional • Dobramento espacial se dá principalmente por interações fracas – principalmente hidrofóbicas • Ligações de H e iônicas são otimizadas em estruturas termodinamente mais favoráveis • Estabilidade estrutural • Tendência a manter a conformação nativa • Ligações dissulfeto são incomuns, mas estabilizam proteínas de organismos termófilos • Camada de solvatação: formada pela água envolvendo uma molécula hidrofóbica Estrutura de uma treptavidina, proteína modificada a partir da estreptavidina humana que funciona biotecnologicamente para ligar outras moléculas, como a biotina. Formada apenas por folhas beta e loops (2Y3E)

6. Ligações peptídicas e o ângulo omega • Ligações peptídicas teem geometria rígida e planar Trans: ω = 180º

7. Ângulos torsionais, phi e psi • Responsáveis pela curvatura na estrutura da proteína • Entre o C-αe o N (do NH2)e o C (do COOH)

8. Omega, phi e psi

9. Diagrama de Ramachandran • Devido a restrições espaciais, nem todos os ângulos são possíveis • Impedimento estérico: dois átomos não podem ocupar o mesmo lugar • Azul escuro: áreas semsobreposição • Assimetria do diagrama vem do fato de que os resíduos das proteínas são L-aminoácidos – Gly tem menos impedimentos estéricos

10. Estrutura secundária de proteínas Prof. Dr. Francisco Prosdocimi

11. Estruturas secundárias • Descreve o arranjo espacial dos átomos na cadeia principal • Ocorre quando os ângulos diedros (phi e psi) permanecem quase iguais durante todo um segmento da proteína • Tipos • Hélices α • Conformações β • Voltas β • Indefinida (loops, coils, turns)

12. Alfa-hélices • O arranjo mais simples que as proteínas podem assumir é um arranjo helicoidal • Esqueleto polipeptídico fica enrolado em torno de um eixo imaginário • Cada volta contém 3,6 resíduos • Φ = -57º; ψ = -47º • Grupos R se voltam para forado eixo • Em média, 25% dos aminoácidos de qualquer proteína estão em hélices α

13. All-alpha proteins

14. Estabilidade da alfa hélice • A hélice é comum porque nesse modelo as posições das ligações de hidrogênio estão otimizadas • Entre um H ligado ao NH2 e um O do COOH • Cada ligação peptídica participa de ligação de hidrogênio, conferindo estabilidade • Para isso, todos os aminoácidos precisam ter o mesmo tipo de isomeria óptica (L ou D)

15. Tendência dos aa’s em formar hélices • O grupo lateral interfere na capacidade do aminoácido em formar hélices • Volume e forma de Asp, Ser, Thre Cysdesestabilizam se estiverem muito próximos • Pro e Glydificultam a formação de hélices • Relações com o vizinho também são importantes • Componentes amino a carbonil formam dipolo elétrico

16. Restrições para a formação de hélice-α 1951 • Tendência do resíduo em formar hélice • Interações entre os grupos R espaçados 3-4 aa • Volumes dos grupos R adjacentes • Ocorrência de Pro e Gly • Interações entre resíduos das extremidades com o dipolo

17. Conformação β (beta) • Esqueleto estendido em forma de zigue-zague • Folhas β paralelas e anti-paralelas • Paralela: Φ = -119º; ψ = 113º • Anti-par: Φ = -139º; ψ = 135º • Quanto as folhas são próximas, os grupos R devem ser pequenos • Teias e queratinas... Gly e Ala

18. Estruturas em folhas Beta • Beta-propeller Beta-barril

19. Voltas-β • A presença de resíduos em voltas ou alças invertem a direção da cadeia

20. Ramachandran para estruturas 2D • Valores de phi e psi bem definidos

21. Dicroismo circular (CD) • Uma assimetria estrutural em uma molécula leva a diferenças de absorção de luz polarizada • A medida dessa diferença permite-nos ter uma ideia da estrutura secundária de uma proteína

22. Estruturas terciárias e quaternárias de proteínas Prof. Dr. Francisco Prosdocimi

23. Estrutura terciária (3D) • Arranjo tridimensional total de todos os átomos de uma proteína • Alcance mais longo e dimensão total, quando comparado com 2D • Segmentos distantes na estrutura 1D podem ser atraídos por interações fracas • Algumas proteínas são formadas por mais de um complexo polipeptídico (quaternária) • Proteínas fibrosas e globulares

24. Proteínas fibrosas • Queratina, colágeno, fibroína • Proteínas estruturais: força e elasticidade • Insolúveis em água: aa’s hidrofóbicos (Ala, Val, Leu, Ile, Met e Phe) • Alfa queratina: cabelo, pelo, unhas, garras, penas, chifres, cascos e parte externa da pele • Pontes dissulfetoestabilizam e dão mais resistências às cadeias

25. Colágeno • Tecidos conectivos: tendões, cartilagens • Garante resistência • Hélice específica (phi = -51º; psi = 153º) • Existem mais de 30 variantes do colágeno dependendo do tecido e da função

26. Fibroínas de seda • Folhas beta • Rica em A e G • Alto empacotamento • Ligações de H entre as cadeias B • Não é elástica, mas é flexível

27. Proteínas globulares • Diversidade estrutural reflete diversidade funcional • Dobramento gera estrutura compacta • Teem partes em hélices-a e partes em folhas-B • Motivos estruturais • Padrão identificável • Envolve elementos 2De conexões entre eles

28. Classificação estrutural das proteínas

29. Classificação estrutural das proteínas

30. SCOP – Famílias de proteínas

31. Estrutura quaternária • Dímeros, homodímeros, heterodímeros • Trímero, tetrâmero • Oligômero, multímero

32. Desnaturação de proteínas • Condições diferentes das celulares levam as proteínas à desnaturação • Perda da estrutura leva também à perda da função • Calor, pHs extremos, temperatura (?), solventes orgânicos, detergentes

33. Renaturação de proteínas • A sequência terciária é determinada pela sequência primária, certo? • As proteínas desnaturadas, portanto, podem voltar aos estados nativos através de renaturação, quando o estímulo é retirado

34. Enovelamento protéico • Lento e gradual • Diminuição da entropiaaté alcançar um estadoestável • Algumas proteínas se dobramde forma assistida pelasproteínas chaperonas

35. Vaca louca • A doença de Creutzfeldt-Jakob, é causada por uma falha no enovelamento de proteínas • Mecanismo não muito entendido, mas parece que as proteínas em forma priônica transformam as outras tbm em proteínas com esse formato

36. Conclusões • Estrutura da proteína é estabilizada principalmente por interações fracas • Estrutura secundária consiste no arranjo espacial de átomos de trechos de proteínas, definidas por ângulos phi e psi específicos • A estrutura 3D das proteínas tem dois tipos básicos: proteínas fibrosas e globulares • A estrutura quaternária vem da junção de várias subunidades terciárias oriundas de genes • A estrutura das proteínas pode ser destruída pela desnaturação, o que mostra que a função depende da estrutura • Enovelamento de proteínas envolve múltiplos mecanismos