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Universidade Federal de PelotasInstituto de Química e Geociências
Departamento de Bioquímica04
BÁSICA EM IMAGENS- um guia para a sala de aula
Aminoácidos, peptídeos e proteínas
© Copyright 2008 – Chaves & Mello-Farias – ISBN 978-85-7192-387-4
Hierarquia estrutural na organização molecular das células
Nível 4:Célula e
organelas
Nível 3:Complexos
Supramoleculares
Nível 2:Macromoléculas
Nível 1:Unidades
Monoméricas
Proteínas
Celulose
GlicídiosParede Celular
Cromossomos
Membrana Plasmática Aminoácidos
DNANucleotídeos
Lipídios
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4. Proteínas
• Conceito
encefalinacanal de K
insulina
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proteínas
• Importância e diversidade funcional
substâncias + abundantes nos seres vivossubstâncias + abundantes nos seres vivos
Expressão gênica (papel central): a informação contida no DNA éexpressa através das proteínas;
Estrutural (plástica): matéria-prima para a construção e reparo das
biológica”)
estruturas celulares;
Dinâmica (“atividade : catálise, transporte, regulação,
ncia as proteínas de outros componentes celulares (glicídios, lipídios) considerados substâncias inertes.
reserva, defesa, etc.
* difere
natureza protéicanatureza protéica≈70% da MS da célula≈70% da MS da célula
Proteína G
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proteínas
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Proteína
Síntese de mRNA no núcleo
Movimento do mRNA para o citoplasma
Síntese de proteínas
CITOPLASMA
Polipeptídeo Aminoácidos
Ribossomo
Dogma Central da Biologia Molecular
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port
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proteínas
• Importância e diversidade funcionalDogma central da Biologia Molecular
DNA
RNA
proteína
Transcrição
Tradução
Replicação
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proteínas
• Importância e diversidade funcional
Transcrição
Tradução
Proteína
Fita molde
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proteínas
• Exemplos e etimologia da palavra
Insulina
Glutamina sintetase
Hemoglobina
Citocromo c Ribonuclease Lisozima Mioglobina
Imunoglobulina
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proteínasComposição em AA de três proteínas
Nº de AA por molécula de proteína
AA Quimotripsinogênio(bovino)
Lisozima(clara de ovo)
Citocromo c(humano)
Glicina 23 12 13
Alanina 22 12 6
Valina 23 6 3
Leucina 19 8 6
Isoleucina 10 6 8
Metionina 2 2 3
Prolina 9 2 4
Fenilalanina 6 3 3
Triptofano 8 6 1
Serina 28 10 2
Treonina 23 7 7
Asparagina 15 13 5
Glutamina 10 3 2
Tirosina 4 3 5
Cisteína 10 8 2
Lisina 14 6 18
Arginina 4 11 2
Histidina 2 1 3
Aspartato 8 8 3
Glutamato 5 2 8
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proteínas
• Composição
Composição de algumas proteínas
ProteínasNúmeros de aminoácidos
Número de cadeiaspolipetídicas
Insulina (bovina) 51 2
Lisozima (clara do ovo) 129 1
Mioglobina (equina) 153 1
Hemoglobina (humana) 574 4
Aspartatotranscarbamoilase (E. coli) 2700 12
RNA polimerase (E. coli) 4100 5
Apoliproteína B (Humana) 4536 1
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4.1. Classificação
proteínas
a) Quanto à forma
• Globulares• Fibrosas
• Monoméricas• Oligoméricas• Multiméricas
b) Quanto ao n° de cadeias polipeptídicasmioglobina
• Simples• Conjugadas
c) Quanto à composição química
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proteínas
c) Quanto à composição química – proteínas conjugadas
ClasseClasse AA + ...AA + ... ExemploExemplo
Glicoproteínas Glicídeos proteínas da MP, proteínas secretadas
Lipoproteínas LipídeosÁcidos graxosColesterolTriacilgliceróisFosfolipídios
lipoproteínas de transporte de lipídeos no sangue
Nucleoproteínas Ácidos nucléicos ribossomos, nucleossomos,spliceossomos
Metaloproteínas Fe, Cu, Mn, Mo, Zn ceruloplasminas, prots FS e RSP
Fosfoproteínas Fósforo caseína
Hemeproteínas Heme hemoglobina, mioglobina
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proteínas
• Nucleoproteínas
Nucleossomo
• DNA
• Histonas
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proteínas
• Hemeproteínas
HEME
• Complexo orgânico
• Anel porfirina + Fe+2
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proteínas
• Classificação - exemplos
Colágeno
Mioglobina
Glicoproteína
Insulina Actina
Hemoglobina
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proteínas
• Classificação - exemplos
Caseína
ATP sintaseAlbumina
ImunoglobulinaLisozima
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4.2. Conformação espacial
conformação espacial que permite a sua funcionalidade
Proteína seqüência de AAconformação espacial
função
descrita em níveis estruturais de complexidade crescente
didaticamente → 4 níveis estruturais
proteínas
Proteína nativa
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proteínas
• Conformação espacial – Cristais de proteínas
d) Azidomete mio-hemeritatina (verme
marinho Siphonosoma funafuti)
e) Hemoglobina de lampréia
f) Bacterioclorofila uma proteína
(Prosthecochloris aestuarii)
a) Azurita (Pseudomonas aeruginosa)
b) Flavodoxina (Desulfovibrio vulgaris)
c) Rubredoxina (Clostridium pasterianum)
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• Conformação espacial – Cristais de proteínas
proteínas
Representação de preenchimento estereoespacialde um segmento de alfa-hélice de mioglobina de esperma de baleia, determinado por cristalografiade raios-X.
Fotografia de difração de raio-X de um cristal de mioglobina de esperma de baleia.
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proteínas
• Conformação espacial – estrutura 1ária
determinada geneticamente
(DNA)
determinada geneticamente
(DNA)
determina a função da proteína
(níveis estruturais superiores)
determina a função da proteína
(níveis estruturais superiores)
Ligações: peptídicas *posição das cys
Ligações: peptídicas *posição das cys
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proteínasproteínas
• Conformação espacial – estrutura 1ária
RNA
DNA
ThrPro Glu
Lys
Thr LysPro
Glu
GluVal
A mudança em uma única base leva a uma doença chamada anemia falciforme
RNA
DNAmutado
Hemácia normalsubstituição
Hemácia alterada
determinada geneticamente
(DNA)
determinada geneticamente
(DNA)
determina a função da proteína
(níveis estruturais superiores)
determina a função da proteína
(níveis estruturais superiores)
Ligações: peptídicas *posição das cys
Ligações: peptídicas *posição das cys
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• Conformação espacial – estrutura 1ária
proteínas
Transcrição
Tradução
Proteína
Fita molde
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Cadeialateral
Cα
pontes de H entre átomos que participam das ligações peptídicas estabilizam a estrutura helicoidalparalelas ao eixo da cadeia
α - hélices: enrolamento da cadeia ao redor de um eixo
α - hélicesα - hélices
proteínas
• Conformação espacial – estrutura 2ária
cadeias laterais (R) projetadas para fora da hélice
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• Conformação espacial – estrutura 2ária
proteínas
α - hélicesα - hélices
Estrutura de uma cadeia polipeptídica em α-hélice, estabilizada por pontes de H intra-cadeia
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α - hélicesα - hélices
Representação de preenchimento estereoespacial de um segmento de alfa-hélice de mioglobina de esperma de baleia, determinado por cristalografia de raios-X.
• Conformação espacial – estrutura 2ária
proteínas
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• Conformação espacial – estrutura 2ária
proteínas
Proteina-Gα - hélicesα - hélices
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• Conformação espacial – estrutura 2ária
proteínas
folhas β pregueadas: interação lateral de segmentos- da mesma cadeia - de cadeias diferentes
pontes de H entre átomos que participam das ligações peptídicasperpendiculares ao eixo da cadeia
Folhas β−pregueadasFolhas β−pregueadas
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Folhas β−pregueadasFolhas β−pregueadas
Organização de duas cadeias polipeptídicas em folha β-pregueada, estabilizadas por pontes de H inter-cadeias
• Conformação espacial – estrutura 2ária
proteínas
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• Conformação espacial – estrutura 2ária
proteínas
Disposição antiparalela das cadeias polipeptídicas
Vista superior
Vista lateral
Folhas β−pregueadasFolhas β−pregueadas
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Disposição paralela das cadeias polipeptídicas
Vista superior
Vista lateral
• Conformação espacial – estrutura 2ária
proteínas
Folhas β−pregueadasFolhas β−pregueadas
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• Conformação espacial – estrutura 2ária
proteínas
Folhas β−pregueadasFolhas β−pregueadas
IgG
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Mioglobina
• pontes dissulfeto (S-S)• pontes de H• forças de Van der Waals• ligações iônicas• interações hidrofóbicas
• pontes dissulfeto (S-S)• pontes de H• forças de Van der Waals• ligações iônicas• interações hidrofóbicas
• Conformação espacial – estrutura 3ária
proteínas
A maioria das proteínas estrutura 3ária globularResíduos hidrofóbicos: interior
hidrofílicos: exterior
A maioria das proteínas estrutura 3ária globularResíduos hidrofóbicos: interior
hidrofílicos: exterior
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• Conformação espacial – estrutura 3ária
proteínas
Interações que mantêm a estrutura terciária de proteínas
(1) hidrofóbica(2) ponte de H (3) eletrostática
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• Conformação espacial – estrutura 3ária
proteínas
Interações que mantêm a estrutura terciária de proteínas
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• Conformação espacial – estrutura 3ária
proteínas
Ornitinadescarboxilase Ovoalbumina
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• Conformação espacial – estrutura 3ária
proteínas
Estrutura de raio-X da enzima triose fosfato isomerase (TIM), com 247 resíduos de aminoácidos, isolada de músculo de frango
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• Conformação espacial – estrutura 4ária
proteínas
• pontes de H• forças de Van der Waals• ligações iônicas• interações hidrofóbicas
• pontes de H• forças de Van der Waals• ligações iônicas• interações hidrofóbicas
Associação de 2 ou + cadeias polipeptídicasAssociação de 2 ou + cadeias polipeptídicas
Funcionalidade conjunto de todas as subunidadesFuncionalidade conjunto de todas as subunidades
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• Conformação espacial – resumo
proteínas
Hemoglobina
estrutura 1ária estrutura 2ária
estrutura 3ária
estrutura 4ária
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• Conformação espacial – resumo
proteínas
estrutura 1ária estrutura 2ária estrutura 3ária estrutura 4ária
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Folha β
AA (monômero)Cadeias laterais dos AA
são diferentes em cada um dos 20 AA
Cadeiapolipeptídica
Estrutura 1ária
Estrutura 4ária
Estrutura 3ária
Estrutura 2ária
α hélice
Ponte de H
Ligação S-S
• Conformação espacial – resumo
proteínas
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proteínas
• Ligações iônicas ou eletrostáticas: são o resultado da força de atração entre grupos ionizados de carga contrária;
• Ligações ou pontes de hidrogênio: formadas quando um próton (H+) é compartilhado entre dois átomos eletronegativos muito próximos. O H+ pode ser partilhado entre átomos de hidrogênio ou de oxigênio próximos entre si. São essenciais para o pareamento específico entre as bases de ácidos nucléicos, proporcionando a força que mantém unidas as duas cadeias do DNA e permite a codificação específica do DNA em RNA.
• Interações hidrofóbicas: correspondem à associação de grupos não polares, que a fazem de modo a excluir o contato com a água. Nas proteínas globulares, as cadeias laterais dos aminoácidos mais hidrofóbicos tendem a agregar-se no interior da molécula, e os grupos hidrofílicos sobressaem na superfície das mesmas. Os resíduos hidrofóbicos repelem as moléculas de água que envolve a proteína e determinam que a estrutura globular torne-se mais compacta.
• Interações de Van der Waals: só se produzem quando os átomos estão mais próximos. Esta proximidade de duas moléculas pode induzir flutuações de carga, produzindo atrações mútuas à curta distância.
A diferença fundamental entre ligações covalentes e não-covalentes está na quantidade de energia necessária para romper esta ligação. Em geral as ligações são rompidas pela intervenção de enzimas, enquanto as não-covalentes se dissociam com facilidade através de forças físico-químicas.
• Ligações não covalentes de ocorrência em proteínas
Fonte: www.ciagri.usp
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4.3. Funções e exemplos Estrutural Queratina Colágeno (tec. conjuntivo fibroso)
Fibroína Elastina (tec. conjuntivo elástico)
Reguladora Insulina Hormônio de crescimentoRepressores
Defesa AnticorposFibrinogênio , TrombinaToxina botulínicaVeneno de serpentes, apitoxinaRicina (mamona)
Transporte HemoglobinaAlbumina do soroMioglobinaβ1-lipoproteína
Contrátil (movimento) ActinaMiosinaTubulinaDineína
Reserva (nutritivas) Gliadina (trigo)Ovoalbumina (ovo)Caseína (leite)Ferritina
enzimática (catálise) Ribonuclease, Tripsina
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• Função estrutural
A tripla hélice de colágeno(tropocolágeno)
Micrografia eletrônica de fibrilas de colágeno dapele
Seqüência de aminoácidos da porção C-terminal da região tríplicehélice da cadeia de colágeno bovino α1(I).
proteínas
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Colágeno
Colágeno
• Cadeia simples • Tropocolágeno• Glicinas centrais
• Função estruturalproteínas
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proteínas
• Função estrutural - colágeno
Cadeia simples Tropocolágeno Glicinas centrais
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proteínas
• Função estrutural -
α-Queratina
A organização microscópica do fio de cabelo
cabelos, lã, chiffres, unhas, cascos, epiderme
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α-Queratina
α hélice
Enrolamento de 2 α hélices
Protofilamento
Filamento (4 protofibrilas)
Secção transversal de um fio de cabelo
α hélice
protofilamento
filamento intermediário
filamento
enrolamento de2 α hélices
Mamíferos: cabelos, lã, chiffres, unhas, cascos, epiderme
* β-queratina: aves e répteis → penas, escamas
proteínas
• Função estrutural - queratina
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α-hélices adjacentes
interligações de cistina (dois resíduos de cisteína ligados pelos grupos sulfidrílicos) entre α-hélices adjacentes daα-queratina. Nas queratinas “duras” como aquelas do casco da tartaruga, as interligações por resíduos de cistina são muito numerosas.
proteínas
• Função estrutural
α-Queratina
Pontes dissulfeto entre α-hélices© Copyright 2008 – Chaves & Mello-Farias – ISBN 978-85-7192-387-4BÁSICA EM IMAGENS – um guia para a sala de aula
Pontes dissulfeto entre α-hélices
proteínas
• Função estrutural α-Queratina
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Cadeia lateralde Ala
Cadeia lateralde Gly
proteínas
• Função estrutural
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Fibroína
Ala (-CH3)
Gly (-H)
Cadeia lateral
Ala ou Ser
Gly
Cadeia lateral
proteínas
• Função estrutural
Fibroína
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• Função estruturalproteínas
Glicoproteína
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Calcitonina (metabolismo do Ca++)Hormônio do crescimento
Glucagon
Insulina
• Função reguladoraproteínas
Hormônios
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IgG
• Função de defesaproteínas
Imunoglobulinas(anticorpos)
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proteínas
• Função de defesa
Trombina
Mamona
Peptídeos e proteínas da Apitoxina
Ricina
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Heme
Hemoglobina
Hemácia
As hemácias contêm centenas de moléculas de hemoglobina que transportam O2
O O2 se fixa ao heme na hemoglobina
Mioglobina
Hys
• Função de transporteproteínas
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Complexos da Cadeia Transportadora de Elétrons
• Função de transporteproteínas
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proteínas
• Função de transporte
Apolipoproteínas
Colesterol Fosfolipídios
TAGs e ésteres do colesterol
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Miosina
TubulinaDineína
Filamento de Actina
• Função contrátilproteínas
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Caseína
Ovoalbumina
GliadinaGlutenina
• Função de reservaproteínas
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proteínas
• Função enzimática - catálise
Complexo Enzima-
Substrato
Substrato éconvertido nos
produtos
Enzima(sacarase)
Substrato(sacarose)
Substrato se liga à enzima
Enzima disponível
para a molécula de
substrato
Produtos são liberados
Glicose
Frutose
Enzimas
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proteínas
• Função enzimática - catálise
Glutamina sintetase de Salmonella typhimurium
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4.4. Propriedades proteínas
• especificidade
• solubilidade
• desnaturação
• ponto isoelétrico
• tamponamento Proteína G
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Estrutura da Insulina – Cadeias aminoacídicas
Idêntico para vertebradosIdêntico – bov., suínos e hum.Mutações hum.A3B10 B24B25
Diferente p/ bov. A8 A10; bov e suíno B30
proteínas
• especificidade
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proteínas• especificidade
Seqüências de aminoácidos dos citocromos c de 38 espécies
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Seqüências de aminoácidos dos citocromos c de 38 espécies
proteínas• especificidade
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Árvore filogenética do citocromo c
proteínas
• especificidade
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proteínas
• solubilidade
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proteínas
• solubilidade
• Cadeia simples • Tropocolágeno • Glicinas centrais
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proteínas
• desnaturação
lisozima
• Proteína nativa
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Estado nativo,cataliticamente ativo
Adição de uréia e
mercaptoetanol
Remoção de uréia e
mercaptoetanol
Estado nativo,cataliticamente ativo.
Pontes dissulfetocorretamente refeitas
Estado desenovelado, inativo. Pontes dissulfeto reduzidas formando resíduos de Cys
proteínas
• desnaturação
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proteínas
• desnaturação
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Estado nativo,cataliticamente ativo
Adição de uréia e
mercaptoetanol
Remoção de uréia e
mercaptoetanol
Estado nativo,cataliticamente ativo.
Pontes dissulfetocorretamente refeitas
Estado desenovelado, inativo. Pontes dissulfeto reduzidas formando resíduos de Cys
proteínas
• desnaturação
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proteínas
• ponto isoelétricoCarga elétrica total Σ cargas dos R dos AAΣ cargas dos R dos AA
PKaPH do meio
PKaPH do meio
pI n° cargas + = n° cargas –
molécula e- neutra
n° cargas + = n° cargas –
molécula e- neutra
Proteínasnão pode ser calculado pelos pKas dos AA
↑ n° AAlocalização
não pode ser calculado pelos pKas dos AA↑ n° AAlocalização
determinado experimentalmente
determinado experimentalmente
pH no qual a molécula não migra
qdo. Submetida a um campo e-pH no qual a molécula não migra
qdo. Submetida a um campo e-
pI's característicospI's característicos refletem proporção AA ác. / AA bas.refletem proporção AA ác. / AA bas.
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a) amostras diferentes são colocadas nos poços ou depressões no topo do gel de poliacrilamida. As proteínas movem-se para o interior do gel quando um campo elétrico éaplicado.
b) as proteínas podem ser visualizadas depois da eletroforese pelo tratamento do gel com um corante. Cada banda no gel representa uma proteína diferente (ou uma subunidade protéica).
Sentido da migração
AmostraEletroforese
• ponto isoelétricoproteínas
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proteínas
• ponto isoelétrico
Ponto isoelétrico (pI) de algumas proteínas e sua composição
em AA ácidos e básicos
AA (%)
Ácidos Básicos
Proteinas pI Asp Glu Arg His Lys
Pepsina 1,0 16,6 11,3 1,0 0,5 0,4 15
Albumina 4,8 10,4 17,4 6,2 3,5 12,3 1,3
Mioglobina 7,0 4,7 8,3 1,9 7,5 12,8 0,6
Citocromo c 10,6 3,6 5,9 2,2 2,5 15,2 0,5
Ác / Bas
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pI = 1,0
R ács. >ria dos protonados COOHpoucos desproton. COO-
R básicos (poucos) NH3+
pI = 1,0
R ács. >ria dos protonados COOHpoucos desproton. COO-
R básicos (poucos) NH3+
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+ AA ácidos (28%)
- AA básicos (2%)
+ AA ácidos (28%)
- AA básicos (2%)
PepsinaPepsina
pI = 10,6
R bás. ½ desprotonados NH2½ protonados NH3
+
R ácidos COO-
pI = 10,6
R bás. ½ desprotonados NH2½ protonados NH3
+
R ácidos COO-
AA básicos (20%)AA ácidos (10%)
AA básicos (20%)AA ácidos (10%)
Cit cCit c
•po
nto
isoe
létr
ico
pH < pI carga líquida + (COOH e NH3+)
pH > pI carga líquida - (COO- e NH2)
Proteínas1 pI 14
ácidas básicas
Proteínas1 pI 14
ácidas básicas
pI das proteínasn° R ács. desprotonados COO- = n° R bás. protonados NH3
+
pI das proteínasn° R ács. desprotonados COO- = n° R bás. protonados NH3
+