estrutura proteica e função
proteínas são os blocos de construção das estruturas celulares e motores das atividades celulares. Eles são modulares na natureza e suas interações com outras moléculas na célula dependem da presença de domínios funcionais específicos. A forma precisa do domínio, resultante da presença de ligações não covalentes entre resíduos em uma cadeia polipeptídica, decide sobre a função., O exemplo mais conhecido da relação forma-função é a teoria “chave e bloqueio” da função enzimática. A alteração do bolso enzimático, devido à mutação ou modificação de um resíduo de aminoácidos, altera a afinidade e/ou especificidade da enzima. Em suma, quanto melhor se encaixam entre duas moléculas, melhor funciona, mais ligações podem ser feitas, mais rápido o sinal pode passar, ou mais fortes duas moléculas se conectam (pense moléculas de adesão).
a conformação 3D da proteína depende das interacções entre aminoácidos na cadeia polipeptídica., Uma vez que a sequência dos aminoácidos está dependente do código genético, a forma da proteína é codificada no ADN. As proteínas têm quatro níveis de organização. Estrutura primária refere-se à sequência linear dos aminoácidos ligados pelas ligações peptídicas. A estrutura secundária consiste na embalagem local da cadeia polipeptídica em hélices α e β devido às ligações de hidrogénio entre a ligação peptídica – espinha dorsal Central de carbono. Estrutura terciária (3D) é uma forma resultante da dobragem de estruturas secundárias determinadas por interações entre cadeias laterais de aminoácidos., A estrutura quaternária descreve o arranjo das cadeias polipeptídicas no arranjo multi-subunidades.este vídeo mostra os 4 níveis de estrutura proteica.Adapted from RCSBProtein Data Bank under CC-BY licence
All that is neededed to give a protein unique shape and therefore a unique function is “written” in a fragment of the DNA known as a gene. Cada vez que um gene é transcrito, seja ao longo da vida da célula ou em qualquer célula que tenha o mesmo DNA, natural ou recombinante, as proteínas aparecem da mesma forma e assumem a sua função pré-programada.,
a estrutura primária das proteínas
As proteínas são a classe mais importante e versátil das macromoléculas da célula. Os papéis desempenhados por estas moléculas englobam qualquer coisa desde o transporte de nutrientes, catalisando reações bioquímicas a serem componentes estruturais de células ou motores moleculares. Proteínas são polímeros lineares de aminoácidos ligados por ligações peptídicas. Eles são sintetizados a partir da cadeia template de DNA e contêm sequências únicas e específicas de aminoácidos em uma forma linear conhecida como uma estrutura primária.,apenas vinte aminoácidos são necessários e suficientes para gerar milhares de proteínas numa célula. Isso não significa que existem apenas vinte aminoácidos. Isto é um equívoco comum. Existem inúmeros aminoácidos que existem no mundo, mas eles estão envolvidos em outras reações metabólicas, mas não síntese de proteínas. Como a proteína individual obtém sua identidade está na combinação ordenada de aminoácidos, que determina todas as suas características.os aminoácidos que estão ligados por uma ligação peptídica são chamados de cadeia polipeptídica., A cadeia polipeptídica é composta por uma sequência de aminoácidos ditados pelo gene. Uma sequência das cadeias de aminoácidos proporciona diversidade vital para satisfazer as exigências da vida. A conservação de sequências proteicas específicas é tão importante que a célula tem mecanismos regulatórios em vigor para garantir que apenas proteínas perfeitas são produzidas. Cada sequência separada tem uma ordem única que transmite uma função única. Se você mudasse um único arranjo da cadeia, então essa cadeia teria uma função completamente diferente., A função proteica pode ser comprometida ou perdida completamente se a sequência estiver fora de ordem. Mas nem todas as mutações ou modificações proteicas levam a consequências desastrosas. Alguns deles tornam a célula e o organismo mais bem ajustados às pressões ambientais, um processo que você conhece como evolução.
propriedades dos aminoácidos e suas diferenças na cadeia lateral
aminoácidos têm a mesma estrutura de base, o que é importante para a formação adequada de ligação química entre as moléculas adjacentes. Cada aminoácido tem um carbono central designado Como α-carbono., O α-carbono sempre tem os seguintes quatro grupos ligados a ele:
- –NH2 básico grupo amino
- –COOH um ácido (grupo conhecido como um grupo carboxilo)
- –H de um átomo de hidrogênio
- –R uma cadeia lateral
-R simboliza a variável de cadeia lateral, qual é o único grupo químico que difere entre todos os vinte aminoácidos. Essencialmente, a cadeia lateral torna o aminoácido único e pode ser pensado como sua impressão digital.,
a propriedade mais importante dos aminoácidos que afectam a dobragem e, subsequentemente, a função de toda a molécula de proteína é a sua interacção conhecida e previsível com a água. Os aminoácidos podem, portanto, ser divididos em grupos hidrofílicos e hidrofóbicos. Os aminoácidos hidrofóbicos, também conhecidos como não-polares, têm hidrocarbonetos saturados como suas cadeias laterais. Estes aminoácidos são a alanina, a valina, a metionina, a leucina e a isoleucina e dois aminoácidos com anéis aromáticos triptofano e fenilalanina., Os aminoácidos hidrofóbicos não-polares desempenham um papel essencial na dobragem de proteínas, porque tendem a juntar-se e a amontoar-se para longe da água. Estes aminoácidos geralmente formam domínios transmembranares e são encontrados profundamente enterrados no interior hidrofóbico da maioria das proteínas globulares.aminoácidos hidrofílicos interagem facilmente com a água. Este grupo inclui aminoácidos que ionizam e se tornam eletricamente carregados (tanto negativamente e positivamente) sobre dissociação e aminoácidos que são polares, mas não carregados., Os aminoácidos que têm cadeias laterais com um grupo carboxilo, além do grupo carboxilo em α-carbono utilizado na formação da ligação peptídica, apresentam uma carga negativa. Estes resíduos são ácido glutâmico e ácido aspártico-note que seus nomes realmente contêm o termo “ácido” devido à presença de dois grupos carboxilo.
As cadeias laterais da lisina, arginina e histidina têm grupos básicos fortes e são positivamente carregados. Aminoácidos hidrofílicos que são polares mas não carregados são asparagina, glutamina, serina, treonina e tirosina., Cadeias hidrofilicas e carregadas de aminoácidos são expostas na superfície da proteína e são especialmente difundidas em bolsas enzimáticas ou moléculas de transporte. As cargas elétricas expostas transmitem a natureza e atividade da proteína para outras moléculas e agem como ímãs atraindo forças semelhantes para interagir.vários aminoácidos contribuem para a estrutura proteica devido às características únicas das suas cadeias laterais. A estrutura da prolina difere dos outros aminoácidos no fato de que sua cadeia lateral está ligada ao nitrogênio, bem como ao carbono central., Este aminoácido é quimicamente não reativo (hidrofóbico), mas por causa de seu anel de cinco membros, ele perturba a geometria de uma proteína dobrável causando mudanças abruptas para a conformação, introduzindo fisicamente kinks e curvas para uma cadeia polipeptídica. A glicina não tem qualquer cadeia lateral apenas um segundo átomo de hidrogénio ligado ao α-carbono. Não exibindo um forte caráter polar ou eletronegatividade, é tipicamente visto em lugares onde partes da cadeia polipeptídica se dobram e se aproximam uns dos outros.
cisteína é um aminoácido comumente conhecido por afetar significativamente a estrutura proteica., Ele tem um grupo sulfidrilo responsável pela formação de ligações dissulfeto que estabilizam a estrutura terciária das proteínas e contribuem grandemente para as funções moleculares que você aprenderá mais tarde neste texto.
a estrutura secundária e todos os laços
Como é que sabemos como são realmente as proteínas quando são dobradas? Existem dois métodos que nos permitem vislumbrar a estrutura proteica: a difração de raios-X e a ressonância magnética nuclear (NMR)., O método de difração de raios-X produz um mapa tridimensional do contorno dos elétrons em um cristal proteico baseado em como os raios-x saltam quando eles passam através da amostra. O NMR mede o espaçamento entre proteínas em solução saturada e a informação sobre restrições de espaço é usada para determinar as estruturas de dobra de cada proteína. Estes dois testes juntos nos ajudam a entender qual é a forma dobrada de uma proteína.a forma de uma proteína é determinada unicamente pela sequência de aminoácidos na cadeia polipeptídica. Isso mesmo, é como o DNA, um código único faz um design único., A dobragem das proteínas é o resultado das propriedades físicas das cadeias laterais dos aminoácidos e das suas interacções com o ambiente que as rodeia. As proteínas dobram-se na forma mais eficiente em energia chamada estado nativo em várias etapas ou níveis na estrutura proteica.
dobragem de proteínas e arquitectura
quando exposto às condições do citosol ou lúmen das ER, as cadeias polipeptídicas assumem a organização localizada chamada estrutura secundária que optimiza as interacções entre cadeias laterais de aminoácidos entre si e a água., A espinha dorsal dos polipéptidos dobra-se em espirais e fitas de, respectivamente, hélices α e folhas β. Tanto α-helix quanto β-sheet são segmentos do polipéptido que têm uma geometria regular e são misturados com curvas suaves e não tão suaves, e separados por laços menos organizados.
Alpha helix é uma estrutura que embala α-carbons com rotação proporcionando ângulos favoráveis para a formação de forte ligação de hidrogênio e embalagem apertada de correntes laterais. As folhas Beta são estruturas planas compostas por várias cadeias β ligadas às cadeias β vizinhas através de ligações de hidrogénio., Em folhas β, a cadeia polipeptídica pode funcionar na mesma direção (paralela) ou oposta (anti-paralela). As ligações de hidrogénio são mais estáveis quando a folha β tem linhas anti-paralelas em vez de paralelas. Folhas paralelas tendem a ser enterradas dentro da estrutura proteica. As estruturas secundárias são conectadas por trechos não estruturados formando múltiplos loops.
a estrutura terciária da proteína
Existem muitas maneiras pelas quais as estruturas secundárias podem se agrupar em uma grande estrutura 3D., A estrutura terciária da proteína é uma combinação tridimensional de α-hélices e β-folhas que se dobram ao lado umas das outras como resultado de interações não-estimulantes entre os grupos laterais dos aminoácidos e o ambiente em torno do polipéptido único. Nesta fase, as proteínas começam a solidificar a sua estrutura por ligações adicionais, tais como ligações dissulfidas entre duas cisteínas. A característica mais importante das estruturas terciárias é a presença de regiões conservadas com funções similares conhecidas como domínios funcionais., As estruturas terciárias são menos estáveis, e na verdade, a maioria delas mudam de forma durante a vida da proteína, muitas vezes várias vezes. Mudanças conformacionais dentro destes domínios funcionais são a base para a função da proteína. Eles podem ser permanentes durante a dobragem e maturação proteica ou reversível e servir como uma forma de regular a atividade proteica em uma reação por escala de reação. Domínios proteicos são regiões de actividade semelhante. Não têm necessariamente uma sequência conservada., Por exemplo, um domínio cinase, responsável por anexar grupo fosfato tem uma forma diferente, e sequência, dependente do substrato ao qual o grupo fosfato Está ligado. As estruturas secundárias que formam domínios não têm de se encontrar sequencialmente numa cadeia polipeptídica. Eles podem até ser Partes de vários polipeptídeos diferentes no caso de proteínas multiméricas.
motivos são um subgrupo de domínios funcionais que têm seqüências conservadas evolutivamente, dando-lhes, é claro, forma conservada., Um exemplo, os motivos de coiled-coil são superestruturas muito regulares de duas hélices α emparelhadas para formar a configuração fibrosa que é a base de dimers estáveis. Normalmente, existem duas hélices α idênticas enroladas em torno uma da outra em uma conformação canhota e estabilizadas por interações hidrofóbicas. Ligações iónicas intermoleculares entre cadeias laterais numa hélice α, 3.6 resíduos à parte, dão espaço aos resíduos hidrofóbicos para interagir com um motivo semelhante na proteína adversa.,
estrutura quaternária
a estrutura quaternária é o resultado de um conjunto de dois ou mais polipeptídeos numa proteína multimérica funcional. As subunidades são montadas por interações entre domínios ou regiões da proteína e mantidas juntas por interações hidrofóbicas (dois espelhos húmidos) e ligações de dissulfeto., Se as subunidades são o mesmo, a estrutura é descrita com o prefixo homo e se eles são diferentes, com o prefixo hetero (como o glicogênio muscular purine homodimer ou, como no heterotrimeric G de proteínas)
processos Intracelulares, tais como sinalização dependem da interação entre as moléculas. Quanto melhor o ajuste molecular entre duas moléculas, mais ligações elas podem formar, ou mais forte a interação (afinidade entre elas). Sequência de aminoácidos ditada por um gene, e, por sua vez, as propriedades das cadeias laterais de aminoácidos decidem sobre a forma e, por sua vez, sobre as interações.