A estrutura das proteínas é a composição de aminoácidos e a conformação tridimensional das proteínas . Ele descreve a posição relativa dos diferentes átomos que compõem uma determinada proteína. Show
As proteínas são macromoléculas da célula , das quais constituem a “caixa de ferramentas”, permitindo-lhe digerir seus alimentos, produzir sua energia, fabricar seus constituintes, movimentar-se e assim por diante. Eles consistem em uma cadeia linear de aminoácidos ligados por ligações peptídicas . Essa sequência tem sua própria organização tridimensional (ou dobradura). Da sequência ao redobramento, existem quatro níveis de estruturação de proteínas. Estrutura primáriaFigura 1. Diagrama geral de um aminoácido envolvido na estrutura primária de uma proteína. R representa a cadeia lateral do resíduo. A estrutura primária, ou sequência, de uma proteína corresponde à sucessão linear de aminoácidos (ou resíduos) que a constituem sem referência a uma configuração espacial. As proteínas são, portanto, polímeros de aminoácidos, ligados entre si por ligações peptídicas . A estrutura primária de uma proteína é o resultado da tradução do mRNA em sequência de proteína pelo ribossomo . É graças ao código genético que a informação genética (na forma de RNA ) é traduzida em aminoácidos . Concretamente, a estrutura primária é representada por uma sucessão de letras (20 diferentes) correspondendo aos 20 aminoácidos majoritários existentes.
Polaridade, terminais N e CA estrutura primária de uma proteína tem um significado bem definido ou polaridade. O primeiro aminoácido na sequência da proteína é por convenção aquele que tem uma extremidade amina livre, falamos de N-terminal ou N-terminal. Simetricamente, o último aminoácido é aquele que possui uma extremidade carboxilato livre, falamos de C-terminal. Exemplo de uma sequência de aminoácidos, α-lactalbumina humana: MRFFVPLFLVGILFPAILAKQFTKCELSQLLKDIDGYGGIALPELICTMFHTSGYDTQAI VENNESTEYGLFQISNKLWCKSSQVPQSRNICDISCDKFLDDDITDDIMCAKKILDIKGI DYWLAHKALCTEKLEQWLCEKL Existem métodos experimentais para determinar a estrutura primária . Estrutura secundáriaA estrutura secundária descreve o dobramento local da cadeia principal de uma proteína. A existência de estruturas secundárias vem do fato de que o enovelamento energeticamente favorável da cadeia peptídica é limitado e apenas certas conformações são possíveis. Assim, uma proteína pode ser descrita por uma sequência de aminoácidos, mas também por uma cadeia de elementos estruturais secundários. Além disso, certas conformações são claramente favorecidas porque são estabilizadas por ligações de hidrogênio entre os grupos amida (-NH) e carbonil (-CO) da estrutura do peptídeo. Existem três categorias principais de estruturas secundárias de acordo com o andaime das ligações de hidrogênio e, portanto, de acordo com o dobramento das ligações peptídicas: hélices, folíolos e cotovelos. Existem métodos experimentais para determinar a estrutura secundária, como ressonância magnética nuclear , dicroísmo circular ou certos métodos de espectroscopia de infravermelho. Ângulos diédricos e estrutura secundáriaÂngulos diédricos em uma cadeia de proteínas. Existem dois graus de liberdade de rotação, identificados por dois ângulos φ e ψ. As ligações peptídicas são amarelas e R1 e R2 indicam as cadeias laterais de dois aminoácidos consecutivos A cadeia principal contém três ligações covalentes por aminoácido. A ligação peptídica ser uma ligação plana, continua a haver duas ligações simples rotação em torno do qual é possível. Podemos, portanto, determinar a conformação do esqueleto de um aminoácido a partir de dois ângulos diédricos, φ e ψ.
Diagrama de Ramachandran de uma proteína. As zonas energeticamente favoráveis são representadas por contornos coloridos. Cada aminoácido é representado por um ponto vermelho. Os cruzamentos correspondem aos aminoácidos glicina, que não possuem cadeias laterais. Todos os valores dos ângulos φ e ψ não são possíveis porque alguns levam a contatos muito próximos entre átomos que são muito desfavoráveis energeticamente. Um estudo sistemático das combinações admissíveis dos ângulos φ e ψ foi realizado pelo biólogo e físico indiano Gopalasamudram Narayana Ramachandran em 1963. Ele imaginou uma representação gráfica do espaço (φ, ψ) que hoje leva o nome do diagrama de Ramachandran . Este diagrama mostra três zonas principais favoráveis à energia. Ao analisar a estrutura de uma proteína, observamos que a maioria dos aminoácidos possui combinações de ângulos (φ, ψ) que se encaixam nessas áreas. As duas regiões principais correspondem às estruturas secundárias regulares observadas principalmente nas proteínas: a região das hélices α e a das folhas β. A terceira região, menor, corresponde a uma conformação helicoidal esquerda (φ> 0). Existem dois aminoácidos específicos que são exceções a essa regra do diagrama de Ramachandran: Glicina e Prolina . A glicina não tem uma cadeia lateral (R = H) e, portanto, é muito menos estereoquimicamente prejudicada . Pode, portanto, adotar valores muito mais diversificados (φ, ψ), fora das regiões normalmente privilegiadas. Por outro lado, a prolina é mais restrita: ela contém um anel de pirrolidina que impede a rotação correspondente ao ângulo φ. HéliceA conformação helicoidal ocorre quando a estrutura principal da proteína adota o dobramento helicoidal periódico. Na grande maioria dos casos, essa hélice gira no sentido horário. Diz-se então que é “direto”. Por outro lado, quando uma hélice gira no sentido anti-horário, diz-se que está "para a esquerda". Existem também enrolamentos superhelicais onde 2 ou mais hélices se enrolam para formar uma superhélice. Este tipo de conformação, ou feixe de hélices ( coiled-coil ) não é uma estrutura secundária, mas um tipo particular de estrutura terciária, presente em particular em proteínas formadoras de fibras ( por exemplo , fibrina , queratina , miosina ). Hélice αEstrutura de uma hélice α. As ligações de hidrogênio são mostradas em verde. O esqueleto principal é mostrado em hastes grossas A hélice α é uma estrutura periódica muito frequente no enovelamento de proteínas e peptídeos. É caracterizada pela formação de ligações de hidrogênio entre o grupo carbonila -CO de um resíduo i e o grupo amida -NH de um resíduo i + 4 . Uma volta de hélice α média contém 3,6 resíduos e mede 0,54 nm, ou seja, uma tradução de 0,15 nm por resíduo. Os ângulos diédricos φ e ψ da cadeia peptídica são em média -57 ° e -47 ° em uma hélice α. Em uma hélice α, as cadeias laterais de aminoácidos estão localizadas na periferia da hélice e apontam para fora (veja a figura). É uma estrutura compacta e energeticamente favorável. A estrutura da hélice α foi prevista por Linus Pauling e Robert Corey em 1951, a partir de considerações teóricas, antes de ser efetivamente observada pela primeira vez em 1958 na mioglobina , a primeira proteína cuja estrutura tridimensional foi resolvida por cristalografia . Hélice 3 10A hélice 3 10 é caracterizada pela formação de uma ligação de hidrogênio entre o grupo -CO de um resíduo i e o grupo -NH de um resíduo i + 3 . Um meio passo hélice 3 10 contém 3 resíduos e medindo 0,60 nm, uma tradução de 0,2 por resíduo nm. Os ângulos diédricos φ e ψ das ligações peptídicas são em média -49,0 ° e -26,0 °. A volta da hélice 3 10 é, portanto, mais estreita e mais restrita do que a da hélice α. Este tipo de conformação é raro e seu comprimento raramente ultrapassa 1 a 2 voltas. Hélice πA hélice π é caracterizada pela formação de uma ligação de hidrogênio entre o grupo CO de um resíduo i e o grupo NH de um resíduo i + 5 . Um passo médio da hélice π contém 4 resíduos e mede 0,50 nm, isto é, uma tradução de 0,11 nm por resíduo. Os ângulos diédricos φ e ψ das ligações peptídicas são em média -57,1 ° e -69,7 °. A volta da hélice π é, portanto, mais larga do que a da hélice α. Este tipo de conformação é muito raro. Hélice tipo IIAs hélices do tipo II são hélices esquerdas formadas por poliglicinas ou poliprolinas. Um passo médio da hélice do tipo II contém 3 resíduos e mede 0,93 nm, ou seja, uma tradução de 0,31 nm por resíduo. Os ângulos diédricos φ e ψ das ligações peptídicas são em média -79,0 ° e + 145,0 °. Β cordão e folhaA fita β é uma estrutura periódica estendida. As ligações de hidrogênio que o estabilizam são feitas entre resíduos distantes e não entre resíduos consecutivos, como no caso da hélice α. Na verdade, uma fita β sozinha não é estável. Ele precisa formar ligações de hidrogênio com outras fitas β para se estabilizar. Em seguida, falamos de folhas β. Uma fita β é uma estrutura de período 2, cujas cadeias laterais estão localizadas alternadamente acima e abaixo do plano da folha. Grosso modo, a fita β pode ser vista como uma hélice com uma densidade de 2 aminoácidos. As fitas β que constituem uma folha têm uma polaridade, a da cadeia peptídica que vai do terminal N ao terminal C. Ao organizar dois fios adjacentes em uma folha, duas topologias são possíveis: ou os dois fios têm a mesma orientação ou têm orientações opostas. No primeiro caso, falamos de fios paralelos e no último de fios antiparalelos. As folhas β não são planas, possuem uma dobra na superfície, com dobras orientadas alternadamente para cima e para baixo. Folha β anti-paralelaEstruturas de folha β. Na parte superior, folha antiparalela, na parte inferior, folha paralela Quando as fitas β são organizadas da cabeça à cauda, elas formam uma folha β antiparalela. -NH-CO e de resíduo de i de uma cadeia A títulos forma de hidrogénio com os grupos -CO-NH e um resíduo j de uma cadeia B . Normalmente, 2 fitas β consecutivas conectadas por um cotovelo formam uma folha β anti-paralela. Uma fita β média em uma folha anti-paralela mede 0,68 nm, ou seja, uma tradução de 0,34 nm por resíduo. Os ângulos diédricos φ e ψ das ligações peptídicas são em média -139,0 ° e + 135,0 °. Folha β paralelaQuando as fitas β estão todas orientadas na mesma direção, elas se formam em uma folha β paralela. Assim, 2 fitas β consecutivas não podem formar uma folha β paralela. -NH-CO e de resíduo de i de uma cadeia A títulos forma de hidrogénio com os grupos -CO e um resíduo de um grupo -NH resíduo j + 2 pertencente a uma cadeia B . Uma fita β média em uma folha paralela mede 0,64 nm, ou seja, uma tradução de 0,32 nm por resíduo. Os ângulos diédricos φ e ψ das ligações peptídicas são em média -119,0 ° e + 113,0 °. Uma folha β é muitas vezes composta de fios paralelos e antiparalelos. As folhas β podem ser planas, mas tendem a formar uma estrutura ligeiramente à esquerda. CotovelosCotovelos não são estruturas periódicas. É antes uma dobradura particular do esqueleto de carbono localizado em 3 ou 4 resíduos consecutivos. Os cotovelos muitas vezes permitem conectar 2 estruturas secundárias periódicas (hélices e / ou fios). Eles podem oxidar. Cotovelos Tipo I, II e III
Nas curvas do tipo I, II e III, há formação de uma ligação de hidrogênio entre o grupo -CO de um resíduo i e os grupos -NH de um resíduo i + 3 . Esses cotovelos, portanto, correm sobre 4 resíduos. Eles são agrupados sob o nome de cotovelo β porque costumam fazer a ligação entre 2 fitas β. A Tabela 1 resume os ângulos preferidos φ e ψ dos resíduos no centro da curva. Um cotovelo tipo III corresponde a uma rotação de 3 a 10 da hélice . Certos aminoácidos tendem a ser favorecidos em certas posições dos cotovelos, dependendo de seu impedimento estérico e / ou dos ângulos diédricos que podem formar (ver Tabela 2). Existem também cotovelos do tipo I ', II' e III ', que são imagens espelhadas dos cotovelos descritos acima. Seus ângulos diédricos são opostos aos descritos na Tabela 1. Cotovelo γNas curvas γ, há formação de uma ligação de hidrogênio entre o grupo -CO de um resíduo i e os grupos -NH de um resíduo i + 2 . Esses cotovelos, portanto, correm sobre 3 resíduos. Os ângulos φ e ψ do resíduo i + 1 são + 80,0 ° e -65,0 °, respectivamente. Existem curvas γ 'com ângulos diedros de -80,0 ° e + 65,0 ° Outras estruturas secundáriasQuando a conformação local de um segmento de proteína não corresponde a nenhuma dessas estruturas secundárias, diz-se que adota uma conformação de bobina estatística não periódica ( bobina aleatória ), em oposição a hélices e folhas que são estruturas periódicas. Este tipo de estrutura é mais frequentemente associado a loops presentes entre 2 hélices ou folhas. Pelota estatística não significa necessariamente falta de estruturação. Assim, algumas proteínas não possuem nenhum elemento de estrutura secundária regular (hélice ou folha), mas apresentam uma estrutura perfeitamente estável. Este é freqüentemente o caso com hormônios e toxinas polipeptídicas. Estrutura terciáriaA estrutura terciária de uma proteína corresponde ao enovelamento da cadeia polipeptídica no espaço. Falamos mais comumente de estrutura tridimensional. A estrutura tridimensional de uma proteína está intimamente ligada à sua função: quando essa estrutura é quebrada pelo uso de agentes desnaturantes ou caotrópicos , a proteína perde sua função: é desnaturada . A estrutura terciária é mantida por diferentes interações:
Dependência de sua sequênciaA estrutura terciária de uma proteína depende de sua sequência de aminoácidos. Assim, duas proteínas homólogas com forte similaridade de sequência (> 80% de aminoácidos idênticos) também terão estruturas muito semelhantes. A previsão da estrutura terciária a partir da estrutura primária é atualmente um campo de pesquisa muito ativo em bioinformática . Muitos métodos usam precisamente a homologia entre as proteínas para fazer suas previsões. Também há muito se sabe que certos aminoácidos promovem a formação de uma estrutura secundária em vez de outra. Por exemplo, prolina e glicina têm uma propensão muito baixa para formar hélices α. Na verdade, muitos métodos de bioinformática para prever a estrutura terciária usam apenas a sequência de proteínas para fazer suas previsões. Dependência de seu ambienteA estrutura terciária de uma proteína também depende de seu ambiente. As condições locais existentes dentro de cada compartimento celular, o solvente, a força iônica, a viscosidade, a concentração, contribuem para modular a conformação. Assim, uma proteína solúvel em água precisará de um ambiente aquoso para adotar sua estrutura tridimensional. Da mesma forma, uma proteína de membrana precisará do ambiente hidrofóbico da membrana para adotar uma conformação. Efeito hidrofóbicoA sequência de uma proteína contém uma certa proporção de aminoácidos polares (hidrofílicos) e não polares (hidrofóbicos). Suas interações com as moléculas de água determinam a forma como a cadeia polipeptídica se dobra. Os aminoácidos não polares tendem a evitar a água. Por outro lado, os resíduos polares procurarão permanecer próximos ao solvente aquoso. Assim, no caso de proteínas solúveis, um núcleo hidrofóbico é formado no centro da estrutura terciária, enquanto os grupos polares permanecem na superfície. No caso das proteínas transmembrana . O ambiente da membrana é geralmente hidrofóbico. Assim, os aminoácidos hidrofóbicos serão encontrados no domínio transmenbranial da proteína, que atravessa a bicamada lipídica, enquanto os aminoácidos hidrofílicos serão encontrados na superfície, em contato com o meio aquoso. Resíduos hidrofóbicos podem ser encontrados na superfície das proteínas da membrana, em contato com o meio hidrofílico. Nesse caso, há uma boa chance de que esses resíduos estejam envolvidos em interações com outros resíduos hidrofóbicos da mesma ou de outra proteína. Proteína inerentemente não estruturadaHoje, cada vez mais pesquisadores estão interessados no caso das proteínas intrinsecamente não estruturadas . Em geral, são proteínas solúveis que não possuem uma estrutura tridimensional específica, exceto quando interagem com outros fatores: outra proteína, por exemplo. Na verdade, esse tipo de proteína costuma estar associado a várias funções biológicas, sendo que sua "flexibilidade" permite que se adaptem a diferentes interações. As proteínas intrinsecamente não estruturadas representam cerca de 10% dos genomas. Mais geralmente, cerca de 40% das proteínas eucarióticas têm uma região inerentemente não estruturada. Um banco de dados chamado Disprot fornece informações adicionais sobre essas proteínas que não possuem uma estrutura tridimensional fixa. Isso lista todas as estruturas inerentemente desordenadas conhecidas até agora e é atualizado regularmente. OrganizaçãoExemplos de estruturas de proteínas organizadas em domínios distintos. O domínio da cor de tijolo, denominado domínio PH, é comum a ambas as proteínas. Sua função é fixar o trifosfato de fosfatidil inositol As proteínas geralmente se organizam de maneira modular, em domínios estruturais distintos. Isso corresponde às partes da proteína adquirindo uma conformação independente do resto da estrutura. Às vezes, esses domínios estruturais estão associados a uma determinada função individual da proteína: ligação de um ligante , reconhecimento de outro parceiro, ancoragem à membrana ... Assim, uma proteína composta por vários domínios estruturais pode associar várias funções distintas. Certos domínios estruturais "típicos" são encontrados em um grande número de proteínas em muitas espécies vivas. Aqui está uma lista não exaustiva de algumas dessas áreas recorrentes:
Alguns desses domínios são caracterizados pela presença de motivos de aminoácidos conservados na sequência da proteína, o que permite sua rápida identificação em bancos de dados. Esses motivos têm poucos aminoácidos e geralmente estão associados a interações muito específicas. Por exemplo, o motivo " dedo de zinco " se liga ao íon Zn 2+ , que está envolvido em interações específicas com o DNA. Há também o motivo EF principal ( mão EF ) que se liga ao íon Ca 2+ de cálcio e que é encontrado em proteínas como a calmodulina . Representação esquemáticaA representação da estrutura terciária é feita usando softwares de visualização 3D como Rasmol ou Pymol. Existem também versões java interativas ( Jmol ) para integração em navegadores da web . Durante esta representação, é comum mostrar certas características particulares de estruturas, como estruturas secundárias . Por exemplo, uma hélice α será representada por um cilindro ou por uma fita helicoidal e as fitas β que constituem as folhas β por fitas terminadas por setas para indicar sua polaridade. Determinação da estrutura terciáriaExemplos da estrutura da proteína de PDB Diferentes métodos experimentais permitem descobrir a estrutura terciária das proteínas. Em geral, também é aconselhável combinar todas essas técnicas para obter a estrutura terciária:
Esses métodos são caros e determinar a estrutura de uma proteína é um processo lento. A fim de superar esse defeito, métodos automáticos para prever a estrutura terciária de proteínas foram desenvolvidos. Existem dois tipos de métodos:
Estrutura quaternáriaA estrutura quaternária de uma proteína multimérica é a maneira pela qual as diferentes cadeias de proteínas, ou subunidades, estão organizadas no estado nativo umas em relação às outras. A estrutura quaternária das proteínas reúne a associação de pelo menos duas cadeias polipeptídicas - idênticas ou diferentes - por ligações não covalentes , conhecidas como ligações fracas (ligação H, ligação iônica, interações hidrofóbicas e força de Van der Waals), mas raramente por ligações dissulfeto , cujo papel é criar ligações entre cadeias. O efeito hidrofóbico é um fator preponderante na montagem de elementos estruturais, inclusive na associação de subunidades. Cada uma dessas cadeias é chamada de
monômero (ou subunidade) e todo o oligômero ou proteína multimérica . Interações responsáveis pela estabilidade conformacional de proteínasÉ geralmente aceito que a estrutura de uma proteína "nativa" é termodinamicamente a estrutura mais estável. Com exceção das pontes dissulfeto que só existem em certas proteínas, principalmente proteínas exocelulares, as interações que estabilizam a conformação dessas moléculas são interações não covalentes. Todas essas interações que ocorrem em pequenas moléculas também existem nas proteínas. Por outro lado, ocorrem interações não covalentes entre os vários grupos de uma proteína, mas também entre esses grupos e as moléculas do solvente. Assim, a energia conformacional de uma molécula de proteína é a soma de várias contribuições. Algumas dessas contribuições resultam de fatores intrínsecos à proteína: são as interações de Van der Waals (interações não ligadas) que incluem um termo de atração e um termo de repulsão, os potenciais de torção, as energias de tensão nos ângulos ou comprimentos de ligação. Outros surgem de interações intramoleculares influenciadas pelo solvente, como ligações de hidrogênio e interações eletrostáticas. Outros ainda são determinados principalmente pelo solvente, essas são as interações hidrofóbicas. As ligações de hidrogênio e as interações hidrofóbicas têm uma dependência de sinal oposto com a temperatura. As ligações de hidrogênio são mais estáveis em baixa temperatura, em contraste com as interações hidrofóbicas; conseqüentemente, a temperatura correspondente à estabilidade máxima depende da proporção dessas interações e, conseqüentemente, varia de uma proteína para outra. A estrutura nativa de uma proteína resulta de um equilíbrio sutil entre as diferentes interações estabilizadoras e a entropia conformacional que tende a desestabilizar o todo. PesquisaOs seguintes projetos buscam entender melhor a estrutura das proteínas:
Notas e referências
Veja tambémBibliografia
links externos
O que é estrutura secundária de uma proteína que tipos de interações químicas estabilizam este tipo de estrutura?Estrutura Secundária
É caracterizada por padrões regulares e repetitivos que ocorrem localmente, causada pela atração entre certos átomos de aminoácidos próximos. Os dois arranjos locais mais comuns que correspondem a estrutura secundária são a alfa-hélice e a beta-folha ou beta-pregueada.
O que é uma estrutura secundária da proteína?A estrutura secundária de uma proteína corresponde a regiões localizadas de estrutura ordenada estabilizadas por ligações de hidrogénio entre os grupos -NH e C=O. da cadeia principal (backbone) e em que não participam ligações de hidrogénio envolvendo as cadeias laterais.
Quais os tipos de estrutura secundária de uma proteína quais tipos de ligações as mantém?Estrutura secundária
Os tipos mais comuns de estruturas secundárias são a α-hélice e a folha-β pregueada. As formas de ambas as estruturas são mantidas por ligações de hidrogênio, que se formam entre o O da carbonila de um aminoácido e o H do grupo amino de outro.
Quais os tipos de interação que contribuem para a estabilidade das proteínas?A estabilidade da forma enovelada de cada molécula proteica dependerá, portanto, da somatória de muitas ligações não covalentes. ► As ligações fracas são: ► Pontes de hidrogênio; ► Forças de van der Waals; ► Interação hidrofóbica; ► Ligações iônicas.
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