Ignez CaracelliIgnez Caracelli
BioMat – DF – UNESP/Bauru
Bauru, 24 de setembro de 2007
Aula 6Aula 6Estruturas 3D, domínios Estruturas 3D, domínios
motivosmotivos
IntroduçãoIntrodução a a BioquímicaBioquímica: : BiomoléculasBiomoléculas
Julio Julio ZukermanZukerman SchpectorSchpector
LaCrEMMLaCrEMM –– DQ DQ –– UFSCarUFSCar
1º 2º 3º 4º
A cadeia polipeptídica se enovela (fold) para gerar uma estrutura 3-D única.
Níveis estruturais das proteínasNíveis estruturais das proteínas
1. A estrutura 3-D de uma proteína é determinada por sua seqüência de aminoácidos. 2. A função de uma proteína depende de sua estrutura.3. Cada proteína tem uma estrutura única.
quimotripsinaquimotripsina
As proteínas tem uma conformação conformação especespecííficafica, o arranjo espacial dos átomos.
As proteínas na sua conformação funcional e enovelada estão em seu estado nativonativo.
Ângulo Ângulo diédricodiédrico φφφφφφφφ
• é o ângulo de torção em
torno de N−−−− Cα :
• é a projeção de
C’(i-1) –N sobre Cα–C’
[C’(i-1) –N–Cα–C’]
C’(i-1)
N
C’
φφφφ planoplano dadaamidaamida
carbonocarbono ααααααααCα
cadeiacadeia
laterallateral
planoplano dadaamidaamida
Ângulo diédrico ψψψψ
ψ é o ângulo de torção em torno de Cα–C’:
é a projeção de N−−−− Cαsobre C’– N(i+1) [N−−−− Cα−−−−C’– N(i+1)]
ψψψψ
N
C’
planoplano dadaamidaamida
carbonocarbono αααααααα
cadeiacadeia
laterallateral
planoplano dadaamidaamida
N(i+1)
Cα
Rotações podem ocorrer em torno do Cα
C-terminal
N-terminal
átomos Cα
3,6 aminoácidos por voltapasso = 5.4 Å1 Å = 10-10 m
grupos-R → para fora
ligações de H entre(1) C=O===H-N (4)
Hélice Hélice αααααααα
Hélice Hélice αααααααα
NH3+
COO-
α-hélicesna proteínas são hélices de mão
direita
Hélice Hélice αααααααα
Hélice Hélice αααααααα -- dipolo eldipolo eléétrico trico
dipolo em cada interação dipolo em cada interação
dipo
lo to
tal
dipo
lo to
tal
Devido aDevido a
1.1. repulsão ou atração eletrostática dos aminoácidos adjacentes.repulsão ou atração eletrostática dos aminoácidos adjacentes.
2.2. interação entre os aminoácidos interação entre os aminoácidos n3n3 ou ou n4n4..
3.3. ocorrência de resíduos de Pro ou ocorrência de resíduos de Pro ou GlyGly..
Hélice Hélice αααααααα -- estabilidadeestabilidade
Hélice Hélice αααααααα
N nitrogênio
C carbono α
C carbono carboxila
___ ligação de hidrogênio
Hélice Hélice αααααααα -- backbonebackbone (esqueleto)(esqueleto)
Hélice Hélice 331010, , αααααααα, , π π π π π π π πHélice 310 Hélice αααα Hélice ππππ
3,0 res3,0 resííduos/ voltaduos/ voltapasso = 6,0 passo = 6,0 ÅÅ
mais fina e alongada que mais fina e alongada que αααααααα. .
3,6 3,6 resíduos/voltaresíduos/voltapasso = 5,4 Å. passo = 5,4 Å.
4,4 4,4 resíduos/voltaresíduos/voltapassos = 5,2 Åpassos = 5,2 Åmais larga e menor que a mais larga e menor que a αααααααα..
Hélice Hélice 331010, , αααααααα, , π π π π π π π π
3,0 res3,0 resííduos/ voltaduos/ voltapasso = 6,0 passo = 6,0 ÅÅ
mais fina e alongada que mais fina e alongada que αααααααα. .
3,6 3,6 resíduos/voltaresíduos/voltapasso = 5,4 Å. passo = 5,4 Å.
4,4 4,4 resíduos/voltaresíduos/voltapassos = 5,2 Åpassos = 5,2 Åmais larga e menor que a mais larga e menor que a αααααααα..
Hélice Hélice 331010, , αααααααα, , π π π π π π π π
3,0 res3,0 resííduos/ voltaduos/ voltapasso = 6,0 passo = 6,0 ÅÅ
mais fina e alongada que mais fina e alongada que αααααααα. .
3,6 3,6 resíduos/voltaresíduos/voltapasso = 5,4 Å. passo = 5,4 Å.
4,4 4,4 resíduos/voltaresíduos/voltapassos = 5,2 Åpassos = 5,2 Åmais larga e menor que a mais larga e menor que a αααααααα..
Hélice Hélice 331010, , αααααααα, , π π π π π π π π
3,0 res3,0 resííduos/ voltaduos/ voltapasso = 6,0 passo = 6,0 ÅÅ
mais fina e alongada que mais fina e alongada que αααααααα. .
3,6 3,6 resíduos/voltaresíduos/voltapasso = 5,4 Å. passo = 5,4 Å.
4,4 4,4 resíduos/voltaresíduos/voltapassos = 5,2 Åpassos = 5,2 Åmais larga e menor que a mais larga e menor que a αααααααα..
vista de vista de cimacima
vista lateralvista lateral
EstruturasEstruturas Beta AntiBeta Anti--paralelasparalelas
vista de vista de cimacima
vista lateralvista lateral
EstruturasEstruturas Beta Beta ParalelasParalelas
EstruturasEstruturas “turns”“turns”
PyruvatePyruvate KinaseKinase
GrGrááfico de fico de RamachandranRamachandran
http://www.ebi.ac.uk/thornton-srv/databases/pdbsum/
150l
1f0w
1bkv
GrGrááfico de fico de RamachandranRamachandran
ProteinasProteinas globularesglobulares e e fibrosasfibrosas
1bkv1f0w
ProteinasProteinas fibrosasfibrosas
1bkv
ColágenoColágeno
tripla hélice de mão-esquerda
Estrutura Estrutura supersecundsupersecundáária ria -- motivosmotivos
Há padrões comuns no enovelamento das proteínas chamados de motivos.
Os motivos são encontrados em várias proteínas de função diversa.
Uma proteína pode conter vários motivos estruturais diferentes.
A estrutura de cada proteína é totalmente diferente ou há motivos
comuns?
Há padrões comunspadrões comuns de enovelamento da cadeia
polipeptídica na maioria das proteínas.
Exemplos: α-hélicefolhas-β
Estrutura Estrutura supersecundsupersecundáária ria -- motivosmotivos
Piruvato Cinase
Estrutura Estrutura supersecundsupersecundáária ria -- motivosmotivos
PyruvatePyruvate KinaseKinase
Estrutura Estrutura supersecundsupersecundáária ria -- motivosmotivos
Chr is t i ne Orengo (S t ructu res , 1997 , 5 , 1093 -1108 )
Estrutura terciária das proteínasEstrutura terciária das proteínas
As proteínas se enovelam em estruturas globulares e excluem HH22OO de seu interior.
Em geral:Aminoácidos não-polares →→→→ no interior
Val, Leu, Ile, Met, PheAminoácidos carregados →→→→ na superfície
Arg, Lys, His, Asp, GluAminoácidos polares não-carregados →→→→ na superfície ou interior
Ser, Thr, Asn, Gln, Tyr, Trp
DomDomíínionios s estruturaisestruturais
NADPHNADPH
domdomíínioniopequenopequeno
domdomíínioniograndegrande
Estrutura Quaternária de ProteínasEstrutura Quaternária de Proteínas
Algumas proteínas formam agregadosde 2 ou mais subunidadessubunidades.
Estrutura Quaternária de ProteínasEstrutura Quaternária de Proteínas
Razoes para múltiplas subunidades:
1.1. cooperatividadecooperatividadeexemplo: Hb liga O2 cooperativamente.
2. função catalíticaexemplo: HMG-CoA reductase � dímero
3. sínteseexemplo: groEL chaperonina tem 14 subunidades
(a proteína é muito grande para ser sintetizada sozinha.
HMGHMG--CoACoA redutaseredutase
monômeromonômero
dímerodímero
ColágenoColágeno35% Gly21% Pro + Hidroxiprolina
unidade de repetição:unidade de repetição:Gly – X – Pro (HyPro)
hélice de mão esquerda(não α-hélice)com 3 aa/volta
DiagramasDiagramas -- MotivosMotivos
helice
DiagramasDiagramas -- MotivosMotivos
MotivosMotivos Hairpin Hairpin
MotivoMotivoHelixHelix--LoopLoop--HelixHelix (H(H--LL--H)H) MotivoMotivo EFEF--Hand Hand HH--LL--HH
B/T- Figure 2.13
MotivoMotivo ChaveChave--gregagrega
LigantesLigantes
Proteínas ligam-se a outras moléculas chamadas ligantes.
A interação de uma proteína com um ligante é especifica e reversível.
O local de ligação do ligante na proteína é chamado de sítio de
ligação.
A ligação de um ligante resulta em mudança conformacional na proteína
SSíítio de Ligaçãotio de Ligação
α1α2
β2β1
α2β2
Hemoglobina:Hemoglobina: transporte de O2 no sangue
grupo prostético com:•anel da porfirina •átomo de Feno estado ferroso (Fe2+)
O Fe2+ é coordenadopor 4 nitrogênios pirrolícos
GrupoGrupo HemeHemeMioglobina liga O2 nas células musculares.
O grupo heme se localiza em um bolso.
Heme
Fe2+
Fe3+
X
(proximal histidine)
A 5a. posição de coordenação do Fe2+ é ocupada por uma histidina chamada de proximal.
A 6a. posição de coordenação é o sítio de ligação do O2.
Mioglobina Hemoglobina
As subunidades da hemoglobina são estruturalmente similares à mioglobina
mioglobinamioglobina subunidadesubunidade ββββββββ dadahehemoglobinamoglobina
grupogrupohemeheme
Especificidade do ligante no HemeEspecificidade do ligante no Heme
Monóxido de carbono (CO) liga-se 20.000 vezes melhor que O2
Mioglobina liga CO 200 vezes melhor que O2
Interferência estérica da Mioglobina com a ligação do CO ao heme
A histidina distal interage com o ligante (CO ou O2).
Proximal His
Distal His
Eritrócitos humanos (células vermelhas do sangue)
Hemoglobina libera O2 e liga CO2, H+ nas extremidades
O2O2
CO2
H+
Hemoglobina libera CO2 nos pulmões e liga O2.
Pulmões pH = 7,6Tecido pH = 7,2
normaisnormais
anemia falciformeanemia falciforme
ERITRÓCITOSERITRÓCITOS
Val 6
Val 6
Glu 6
Glu 6
Anemia Falciforme
anemiafalciforme
HemoglobinaHemoglobina: : CooperatividadeCooperatividade
A hemoglobina é uma proteína alostérica.A ligação de um ligantes
afeta a ligação dos ligantes nos outrossítios da proteína.
HbHb e e cooperatividadecooperatividade
O2OO22
α1
α2
α1
α2
β1
β2
β1
β2
O2
O2
O2
• responde a bactérias, vírus e proteínas nos fluidos corporais.• utiliza anticorpos (imunoglobulinas, Ig), proteinas que se ligam a moléculas estranhas e consideram alvo paradestruição.
• as moléculas estranhas reconhecidas pelos anticorpos sãoantigenos.
•o anticorpo reconhece uma certa região do chamada de epítopo. P. ex: uma seqüência pequena de aa.
•os anticorpos são produzidos pelos linfócitos B.
O sistema imunológicoO sistema imunológico
Sistema Imunológico CelularSistema Imunológico Celular
•destrói células infectadas.
•utiliza macrófagos, células que engolem partículas grandes•e células infectadas.
•linfócitos T reconhecem células infectadas através dos receptores da célula T sobre a superficie.
Proteínas MHCProteínas MHC(Major (Major HistocompatibilityHistocompatibility ComplexComplex))
são centrais na produção da resposta imunológica).
ligam-se a proteínas digeridas na célula.
proteínas MHC I estão sobre a superfície das células .
proteínas MHC II estão sobre a superfície dos macrófagos e células B
Proteínas MHCProteínas MHCEstrutura da proteína MHC I
ligada a um antígeno.
O antígeno é um peptídeo derivado do HIV.
proteínaMHC I
peptídeoHIV
AnticorposAnticorpos
O sistema imunologico utiliza anticorpos, ou imunoglobulinas, (Ig).
Anticorpos são proteínas que se ligam a moléculas estranhas para destruí-las.
Há vários tipos de imunoglobulinas presentes no sangue:
IgA, IgD, IgE, IgG, IgM.
Estrutura do IgG
150.000 D
Classes de Classes de IgIgIgA, IgD, IgE
IgG, IgM(≠ na cadeia pesada)
Estrutura do IgG
MovimentoMovimento MolecularMolecular
Há movimento na natureza.
O movimento é mediado por proteínas.
A energia para o movimento normalmente está na forma de ATP
MiosinaMiosina6 6 subunidadessubunidades, PM = 540.000 D, PM = 540.000 D
Filamento fino.
MiosinaMiosina
Contração do músculo ocorre quando filamentos finos e grossos deslizam uns sobre os outros.
relaxado
contraído
O sistema imune é nossa defesa contra invasores.
O sistema deve ser capaz de reconhecer o que é próprio ou estranho.
A resposta a uma invasão viral ou bacteriana esta baseada na interação proteína-ligante.
Leucocitos – células brancas do sangue– células do sistema imune– macrófagos e linfócitos
O sistema imunológico hidrhidróólise do ATPlise do ATP
+
ATP
ADPPi
Enzimas são proteínas que alteram quimicamente os ligantes que a ela se ligam.
Em uma enzima o ligante é chamado de substrato.
Os sítios de ligação dos substratos são chamados sítio ativo.
EnzimasEnzimas SerinoSerino--proteaseprotease: tr: trííade catalíticaade catalítica
SerinoSerino--protease: protease: ataqueataque dada serinaserina SerinoSerino--proteaseprotease: intermediário : intermediário
SerinoSerino--protease: protease: ataqueataque dada HH22OO SerinoSerino--proteaseprotease: : hidrhidróólise lise
Glutationa redutase
Enzima GREnzima GR
enzimas homodiméricas ���� 500 aa / monômero
flavoproteínas: grupo prostético → FAD
coenzima: NADPH
humanos e mamíferos em geral
GSSG + NADPH + H+→ 2 GSH + NADP+GRGR
(GR)(GR)
Ciclo da Reação Catalítica da GR
eb
c
f
d
a ES-SE
NADPH
EH2 + NADP+
NADP+
EH2
GSSG
GSH
GSH
H+
E-S-S-G •••• GS-
EH2 •••• G-S-S-G
E-S-S-G
Ignez Caracelli – Departamento de Física – Faculdade de Ciências de Bauru - UNESP