Universidade  Federal  do  Rio  de  Janeiro  Ins1tuto  de  Química  

Departamento  de  Bioquímica  

ESTRUTURA  E  FUNÇÃO  DE  PROTEÍNAS  III  

Professor  Rafael  Dias  Mesquita  CT  bloco  A,  sala  535  Slides  gen*lmente  cedidos  pela  Profa  Danielle  Oliveira  

Dois  exemplos  de  função  de  proteínas  globulares:  

Ø Mioglobina  e  hemoglobina  –  transporte  de  oxigênio;  

Ø Enzimas  

•  2  condições  fundamentais  à  vida:  

-­‐    Autoreplicação  

-­‐  Catálise  de  reações  químicas  

Enzimas

•  Catalisadores  de  sistemas  biológicos  

q  Alto  poder  catalíHco  q  Aceleram  as  reações  químicas  

q  Alto  grau  de  especificidade  q  Funcionam  em  ambientes  aquosos  

•  Funcionam  em  condições  brandas  de  reação:  

Catalisadores químicos VS. Enzimas

-­‐  Meio  aquoso  

-­‐Temperatura  ambiente  

-­‐  Pressão  atmosférica  

•  Catálise  química  requer  temperaturas  elevadas  e  condições  extremas  de  pH  (ácida  ou  alcalinas)  

-­‐  pH  ~  neutro  

•  Enzimas  são  centrais  a  todos  os  processos  bioquímicos  

•  Controle  e  regulação  de  vias  metabólicas  

Enzimas  

Ø  Proteínas  globulares  

Ø  Catalisadores  dos  sistemas  biológicos  

Ø  Alto  poder  catalíMco  

Ø  Aceleração  das  reações  químicas  biológicas  

Ø  Altamente  específicas  às  reações  que  catalisam  

Ø  Funcionam  em  ambientes  aquosos  

Ø  CompaTveis  com  a  vida  

Ø  Controlam  e  regulam  as  vias  metabólicas  

Como  as  enzimas  funcionam?  

E  +  S    ES                  EP                                        E  +  P    

•  Catalisador–  aumenta  a  velocidade  da  reação  sem  influenciar  o  equilíbrio  

 S                                P        

Exemplos  de  enzimas  digesHvas  

Enzimas  

Ø Necessidade  de  enovelamento  correto  –  estruturas  primária,  secundária,  terciária  e  quaternária  (se  Mver)  MANTIDAS  

Ø  Estrutura  necessária  para  formação  do  SÍTIO  ATIVO  –  região  da  proteína  onde  ocorre  a  ligação  ao  substrato  e  catálise  

Ø  Algumas  enzimas  dependem  de  outras  moléculas  para  seu  funcionamento  correto:  Co-­‐fatores  (íons,  por  exemplo);  coenzimas  (derivadas  das  vitaminas);  grupos  prostéMcos  

Cofatores  

•  Algumas  enzimas  requerem  somente  os  seus  resíduos  de  aminoácidos  para  a  aHvidade  catalíHca;  

•  Outras  requerem  um  componente  químico  adicional  chamado  de  cofator  e  coenzimas;  

Íons  Inorgânicos  

Vitaminas  como  precursores  de  coenzimas  

Mecanismos  de  controle  sobre  as  enzimas  

Mecanismo  de  Controle  

Expressão  gênica  (controle  lento)  

AMvidade  da  enzima  (controle  rápido)  

Produção  da  enzima  

Modificação  covalente  

Regulação  alostérica  

Enzima  ON  e  OFF   Controle  da  cinéMca  

enzimáMca  

AHvidade  da  enzima  depende  do  pH  óHmo  de  funcionamento  

AHvidade  da  enzima  depende  da  temperatura  óHma  dela  

•  De  acordo  com  a  organização  estrutural,  as  proteínas  podem  ser  classificadas  em:  fibrosas  e  globulares;  

Proteínas

Fibrosas Globulares

•  Um  único  Hpo  de  estrutura  2ª;  

•  Insolúveis;  

•  Suporte,  proteção  e  formato  

•  Diversos  Hpos  de  estrutura  2a;  

•  Solúveis;  

•  Inúmeras  funções;  

Estrutura  terciária  

•  De  acordo  com  a  organização  estrutural,  as  proteínas  podem  ser  classificadas  em:  fibrosas  e  globulares  

Proteínas  

Fibrosas   Globulares  

Estrutura  e  Função  de  Proteínas  

Proteínas  fibrosas  α-Queratina

•  Estrutura  em  α-­‐hélice  

•  Estabilizada  por  pontes  dissulfeto  (até  18  %  de  cisteínas)  

•  Duas  cadeias  polipepedicas  formam  uma  super  hélice–  aumento  da  força  

•  ConsHtui  cabelos,  unhas,  garras,  bicos,  chifres...  (mamíferos)  

Proteínas  fibrosas  α-Queratina

Proteínas  fibrosas  Colágeno  

•  Estrutura  em  hélice  diferente  da  α-­‐hélice–  possui  somente  3  resíduos  por  volta  

•  Sequência  de  tripepedeos:  Gly-­‐X-­‐Y,  onde  X=  Pro  e  Y=  HyPro  

•  Tecido  conjunHvo–  tendões,  carHlagens,  ossos...  (garanHr  resistência)  

•  Espiral  enrolada  formada  por  3  cadeias  polipepedicas–  cadeias  α  

Proteínas  fibrosas  Colágeno  

Proteínas  Fibrosas  Colágeno  

Proteínas  fibrosas  Fibroína  da  seda  

•  Cadeia  polipepedica  em  folha  β  •  Produzida  por  insetos  e  aranhas  

•  Conformação  estendida–  não  possui  propriedades  elásHcas  •  Rica  em  Ala  e  Gly  

Micrografia eletrônica dos feixes de fibroína saindo das fiandeiras de uma aranha  

Proteínas Musculares

•  Proteínas transformam energia química em movimento

•  Actina e miosina – principais proteínas do músculo ~ 80% da massa protéica

Proteínas Musculares

•  Músculo esquelético – feixes paralelos de fibras musculares

Sarcômero:  unidade  contráHl  da  fibra  muscular  

v  ConsHtuído  por  fibras  de  proteínas  responsáveis  pela  contração  muscular  

v  Filamento  fino  formado  por  ACTINA  

v  Filamento  grosso  formado  por  MIOSINA  

v  ParHcipação  de  outras  proteínas  regulatórias  

na  contração  muscular  

SíMo  de  ATP  SíMo  de  Ca2+  

Proteínas  Musculares  •  Contração  muscular  

AcHna  •  Proteína  globular  (acHna  G),  monomérica  

•  Sofre  polimerização  formando  um  filamento  (acHna  F)  

•  Possui  síHo  de  ligação  à  miosina  (filamento  grosso)  –  no  repouso  está  coberto  

pela  tropomiosina  

Miosina  •  Proteína  hexamérica,  formada  por  duas  subunidades  pesadas  e  quatro  

subunidades  leves  

•  SíHo  de  ligação  à  acHna  e  ao  ATP  (é  uma  ATPase!)  (na  cabeça)  

•   cauda  formando  o  filamento  

Proteínas  Musculares  •  Mecanismo  molecular  da  contração  muscular  

Proteínas  Musculares  •  Mecanismo  molecular  da  contração  muscular  

SíMo  de  ATP  SíMo  de  Ca2+  

Fibra  muscular  ü  Podem  ser  de  três  Mpos:  Tipo  I,  Mpo  II  (IIa  e  IIb)  e  mistas  

ü  Fibras  do  Mpo  I:  metabolismo  aeróbico,  muitas  mitocôndrias  –  contração  lenta  ü  Demoram  para  entrar  em  fadiga  ü  QuanMdade  grande  de  mioglobina  –  coloração  avermelhada  ü  Endurance,  caminhada,  maratona  

ü  Fibras  do  Mpo  II:  metabolismo  anaeróbico,  fermentaMvo  (produção  de  lactato)  ü  Pouca  quanMdade  de  mitocôndrias  ü  Ciclo  de  contração  rápida,  alta  concentração  de  glicogênio  ü  Fibras  brancas,  rápidas  ü  Entram  em  fadiga  rapidamente    ü  Exercícios  de  explosão,  levantamento  de  peso,  corridas  curtas  (sprinters)  

Composição  aproximada  do  músculo  esqueléHco  de  mamíferos