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ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS Os 20 aminoácidos comumente encontrados em proteínas estão unidos entre si por ligações peptídicas. A seqüência linear dos aminoácidos ligados contém a informação necessária para formar uma molécula protéica com uma estrutura tridimensional única. A complexidade da estrutura protéica é melhor analisada considerando-se a molécula em termos de quatro níveis de organização, denominados primário, secundário, terciário e quaternário. A função de uma proteína depende da sua estrutura. Uma proteína isolada usualmente existe em uma ou em um pequeno número de formas estruturais estáveis. As forças mais importantes que estabilizam as estruturas específicas mantidas por uma certa proteína são interações não-covalentes. O arranjo espacial dos átomos em uma proteína é chamado de conformação. As conformações possíveis de uma proteína incluem qualquer estado estrutural que possa ser alcançado sem quebrar as ligações covalentes (uma alteração na conformação poderia ocorrer, por exemplo, pela rotação sobre ligações simples). As conformações existentes são aquelas termodinamicamente mais estáveis (com menor energia livre de Gibbs = G), ou seja, com número máximo de interações fracas, e tendem a manter o estado desenovelado (maior entropia). Proteínas em qualquer das suas conformações funcionais = proteínas NATIVAS. A contribuição das interações fracas para a estabilidade proteica pode ser entendida em termos das propriedades da água (que tem grande potencial para formar pontes de H). Quando a água circunda uma molécula hidrofóbica = camada de solvatação (que também se forma, ainda que com menor extensão, ao redor de moléculas polares) decréscimo na estropia. Mas quando grupos não-polares são agrupados juntos, há uma diminuição na extensão da camada de solvatação porque cada um dos grupos não mais apresenta sua superfície inteira à solução aumento na entropia. A liberação da estrutura da água quando a interação intramolecular é formada fornece uma força impulsionadora entrópica para o enovelamento. A maior parte da alteração de energia livre que ocorre quando as interações fracas são formadas dentro da proteína é, portanto, derivada do aumento na entropia na solução aquosa ao seu redor resultante do enterramento da superfície hidrofóbica. O número de pontes de hidrogênio dentro da proteína é maximizado. ESTRUTURA PRIMÁRIAS DAS PROTEÍNAS A seqüência de aminoácidos em uma proteína é denominada estrutura primária da proteína. Nas proteínas, os aminoácidos são unidos covalentemente por ligações peptídicas, as quais são ligações amida entre o grupo α-carboxila de um aminoácido e o grupo α-amino de outro. Os carbonos α dos resíduos de aminoácidos adjacentes são separados por três ligações covalentes, arranjadas como Cα – C – N – Cα. As ligações peptídicas não são rompidas por condições desnaturantes, como aquecimento ou altas concentrações de uréia. Deve haver uma exposição prolongada a um ácido ou a uma base forte em temperaturas elevadas para hidrolisar essas ligações de forma não-enzimática. Nomeando o peptídeo = Por convenção, a extremidade amino livre da cadeia peptídica (N-terminal) é escrita à esquerda, e a extremidade carboxila livre (C-terminal), à direita. Dessa forma, todas as sequências de aminoácidos são lidas da extremidade N para a C-terminal do peptídeo. Cada aminoácido que compõe um peptídeo é denominado "resíduo". Características da ligação peptídica. A ligação peptídica tem um caráter de dupla ligação parcial, isto é, é mais curta do que uma ligação simples e é rígida e planar (os átomos associados são co-planares – compartilhamento parcial de dois pares de elétrons entre o O da carbonila e o N da amida = dipolo elétrico – O tem carga parcial – e N +). Isso impede a rotação livre da ligação entre o carbono da carbonila e o nitrogênio da ligação peptídica. Entretanto, as ligações entre os carbonos a e os grupos α-amino ou α-carboxila podem rotar livremente (embora limitadas pelo tamanho e caráter dos grupos R) para assumir ângulos de rotação ø e Ѱ respectivamente, definidos como 180º para a conformação totalmente estendida do polipeptídio com os grupos no mesmo plano. Isso permite que a cadeia polipeptídica assuma uma variedade de configurações possíveis. A ligação peptídica geralmente é uma ligação trans, em grande parte devido à interferência estérica dos grupos R quando em posição cis. Polaridade da ligação peptídica. Assim como todas as ligações amida, os grupos -C=O e -NH da ligação peptídica não possuem carga e nem aceitam ou fornecem prótons na faixa de pH de 2 a 12. Assim, os grupos carregados presentes nos polipeptídeos consistem unicamente no grupo a-amino N-terminal, no grupo a-carboxila C-terminal e de quaisquer grupos ionizáveis presentes nas cadeias laterais dos aminoácidos constituintes. (Nota: Os grupos -C=O e -NH da ligação peptídica são polares e estão envolvidos em pontes de hidrogênio; por exemplo, nas hélices α e folhas β. ESTRUTURA SECUNDÁRIA O esqueleto polipeptídico não assume uma estrutura tridimensional aleatória, em vez disso, geralmente forma arranjos regulares de aminoácidos que estão localizados próximos uns aos outros na seqüência linear. Esses arranjos são denominados estrutura secundária do polipeptídeo. A α-hélice, a folha β e a dobradura β são exemplos de estruturas secundárias freqüentemente encontradas em proteínas. Ou seja, o termo estrutura secundária refere-se à conformação local de alguma parte de um polipeptídio. α-hélice O arranjo mais simples que a cadeia polipeptídica poderia assumir com suas ligações peptídicas rígidas (mas com outras ligações livres pra rodar) é uma estrutura helocoidal = α-hélice. Nessa estrutura, o esqueleto polipeptídico está fortemente enovelado ao redor de um eixo imaginário desenhado longitudinalmente no meio da hélice (espiral), e os grupos R dos resíduos de aminoácidos projetam-se para fora do esqueleto helicoidal (evitando interferência estérica entre si). A unidade repetida é uma simples volta da hélice que se estende sobre 5,4 A ao longo do eixo, contendo 3,6 resíduos de aminoácidos. A torção helicoidal da α-hélice encontrada em todas as proteínas é a da mão direita. A α-hélice é a forma mais comum encontrada porque faz uso máximo de pontes de hidrogênio internas. A estrutura é estabilizada por uma ponte de hidrogênio entre o átomo de hidrogênio ligado ao átomo de nitrogênio eletronegativo de uma ligação peptídica e o átomo oxigênio eletronegativo da carbonila do quarto aminoácido no lado terminal amino daquela ligação peptídica (exceto aquelas próximas de cada extremidade da hélice) participa em tais pontes de hidrogênio. Uma α-hélice pode se formar em polipeptídios contendo L ou D-aminoácidos. Entretanto, todos os resíduos devem ter uma série de estereoisômeros; um D-aminoácido romperá uma estrutura regular consistindo de L-aminoácidos, e vice-versa. Nem todos os polipeptídios podem formar uma α-hélice estável. Interações entre cadeias laterais de aminoácidos podem estabilizar ou desestabilizar essa estrutura. A prolina quebra uma α-hélice, porque o seu grupo imino não é compatível geometricamente com a espiral voltada para a direita da α-hélice. Assim, ela insere uma dobra na cadeia, que interrompe a suave estrutura helicoidal. Um grande número de aminoácidos carregados (por exemplo, glutamato, aspartato, histidina, lisina ou arginina) também quebra a α-hélice, pela formação de ligações iônicas ou por se repelir eletrostaticamente um aminoácido ao outro. Finalmente, os aminoácidos com cadeias laterais volumosas, como o triptofano, ou aminoácidos como a valina ou a iso- leucina, que se ramificam no carbono 13 (o primeiro carbono no grupo R, logo após o carbono β), podem interferir com a formação de uma hélice a se estiverem em grande número. Um pequeno dipolo elétrico existe em cada ligação peptídica, conectados por meio das pontes de hidrogênio. As cargas positivas e negativas parciais do dipolo da hélice situam-se nos grupos aminoe carboxila da hélice, respectivamente. Por essa razão, aminoácidos carregados negativamente são frequentemente encontrados próximos do terminal amino do segmento helicoidal, onde eles tem uma estabilização com cargas positivas do dipolo da hélice; um aminoácido carregado positivamente na extremidade amino terminal é desestabilizadora, e vice-versa. Resumindo: fatores como a repulsão (ou atração) eletrostática entre resíduos de aminoácidos sucessivos com grupos R carregados, o volume dos grupos R adjancentes, as interações entre grupos R espaçando 3-4 resíduos entre si, a ocorrência de resíduos de prolina e glicina e a interação entre resíduos de aminoácidos nas extremidades do segmento helicoidal e o dipolo elétrico inerente a uma α-hélice afetam a estabilidade das α-hélices. A conformação β organiza as cadeias polipeptidicas em folhas O esqueleto da cadeia polipeptidica é estendido em zigue zague em vez de estrutura helicoidal, e podem ser arranjadas lado a lado para formar uma estrutura que se assemelha a uma serie de folhas. Nesse arranjo (folha β), as pontes de hidrogenio sao fomadas entre segmentos adjacentes da cadeia polipeptidica. Os segmentos individuais que formam uma folha β estao usualmente proximos na cadeia polipeptidica, mas podem estar bem distantes entre si na sequencia linear do polipeptidio; eles podem mesmo ser segmentados em cadeias polipeptidicas diferentes. Os grupos R de aminoacidos adjacentes projetam-se da estrutura de zigue zague em direçoes opostas, criando padroes alternativos. As cadeias polipeptidcas adjacentes em uma folha β podem ser paralelas ou antiparalelas (possuindo a mesma orientaçao amino até carboxila ou a oposta, respectivamente). As estruturas sao semelhantes, embora o periodo de repetição seja mais curto para a confomaçao paralela (6,5Ȧ) do que para a antiparalela (7Ȧ) e os padroes das pontes de hidrogênio sejam diferentes. A Algumas estruturas proteicas limitam as espécies de aminoacidos que podem ocorrer em uma folha β. Quando duas ou mais folhas β sao assentadas juntas dentro de uma proteina, os grupos R dos residuos de aminoacidos nas superficies que se tocam devem ser relativamente pequenos. As dobras β são comuns nas proteinas Essas dobras revertem a direção de uma cadeia polipeptídica, auxiliando a formação de uma estrutura compacta e globular. Conectam as extremidades de dois segmentos adjacentes de uma folha β. Elas normalmente são encontradas na superfície das moléculas protéicas e frequentemente contêm resíduos carregados. É uma dobra de 180º envolvendo quatro residuos de aminoácidos, com o oxigênio da carbonila do primeiro residuo formando uma ponte de hidrogenio com o hidrogênio do grupo amino do quarto. Os grupos peptidicos dos dois residuos centrais não participam de nenhuma ponte de hidrogenio entre residuos. Os residuos de glicina e prolina frequentemente aparecem nas dobras β, o primeiro por ser pequeno e flexível e o último porque as ligaçoes peptidicas que envolvem o nitrogenio iminico da prolina facilmente assumem a configuração cis, uma forma que é particularmente suscetivel de se dobrar. São facilmente encontradas proximo da superfice das proteinas, onde os grupos peptidicos dos residuos centrais de aminoacidos na dobra podem formar pontes de hidrogenio com a agua. Consideravelmente menos comum é a dobra , uma dobra de tres residuos com uma ligaçao de hidrogenio entre o primeiro e o terceiro residuo. Estruturas secundarias comuns possuem conteudo de aminoacidos e angulos caracteristicos A α-hélice e a confomação β são estruturas secundarias repetitivas principais em uma ampla variedade de proteinas, embora outras estruturas repetitivas existam em algumas proteinas especializadas (colageno, por exemplo). Cada tipo de estrutura secundaria pode ser completamente descrito pelos angulos de ligaçao ϕ e ψ em cada residuo. A maior parte dos valores de ϕ e ψ retirados de estruturas de proteinas conhecidas encontra-se em regioes esperadas. O único resíduo de aminoácido encontrado frequentemente em uma conformação fora dessas regiões é a glicina. Alguns aminoácidos são acomodados melhores que outros em diferentes tipos de estruturas secundárias. ESTRUTURA TERCIÁRIA A estrutura terciaria é a estrutura tridimensional completa de uma cadeia polipeptidca. Aminoácidos que são muito distantes na sequencia de proteínas e que residem em tipos diferentes de estrutura de uma proteína completamente enovelada. Há duas classes gerais de proteinas baseadas na estrutura terciaria: as fibrosas e as globulares. As proteinas fibrosas, possuindo cadeias polipepetídicas arranjadas em longas fitas ou folhas, e as proteínas globulares, possuindo cadeias polipeptídicas enoveladas em uma forma esférica ou globular. Os dois grupos diferem funcionalmente. - Pontes dissulfeto. Uma ponte dissulfeto é uma ligação covalente formada pelos grupos sulfidrila (-SH) de dois resíduos de cisteína para produzir um resíduo de cistina. As duas cisteínas podem estar separadas uma da outra por muitos aminoácidos na sequência primária de um polipeptídeo, ou podem mesmo estar localizadas em duas cadeias polipeptídicas diferentes; o dobramento da(s) cadeia(s) polipeptídica(s) aproxima os resíduos de cisteína e permite a ligação covalente de suas cadeias laterais. Uma ponte dissulfeto contribui para a estabilidade da conformação tridimensional da molécula protéica. - lnterações hidrofóbicas = Os aminoácidos com cadeias laterais hidrofóbicas tendem a ficar localizados no interior da molécula polipeptídica, onde eles se associam com outros aminoácidos hidrofóbicos. Em contraste, aminoácidos com cadeias laterais polares ou com carga tendem a ficar na superfície da molécula, em contato com o solvente polar. - Pontes de hidrogênio = Cadeias laterais de aminoácidos contendo hidrogênio ligado a oxigênio ou nitrogênio, podem formar pontes de hidrogênio com átomos ricos em elétrons. A formação de pontes de hidrogênio entre grupos polares na superfície de uma proteína e o solvente aquoso aumentam a solubilidade da proteína. - Dobramento protéico = As interações entre as cadeias laterais dos aminoácidos determinam como uma cadeia polipeptídica longa se dobra para formar a intricada conformação tridimensional de proteínas funcionais. O dobramento protéico, que ocorre dentro da célula de segundos a minutos, emprega um atalho pelo labirinto de possibilidades de dobramento. Com um dobramento peptídico, as cadeias laterais dos aminoácidos são atraídas ou repelidas de acordo com suas propriedades químicas. - Papel das chaperonas no dobramento protéico = Geralmente se aceita que a informação necessária para corrigir o dobramento da proteína está contida na estrutura primária do polipeptídeo. Considerando essa premissa, é difícil explicar por que as proteínas, em sua maioria, quando desnaturadas, não retomam sua conformação nativa sob condições ambientais favoráveis. Uma resposta para esse problema é que a proteína começa a se dobrar durante os estágios de síntese, em vez de esperar que a síntese de toda a cadeia esteja completa. Isso limita a competição entre configurações de dobramento, possíveis em bandas maiores do peptídeo nascente. Além disso, um grupo especializado de proteínas, denominadas "chaperonas", é requerido para o dobramento adequado de muitas espécies de proteínas. As chaperonas – também denominadas proteínas de "choque térmico" - interagem com o polipeptídeo em vários estágios durante o processo de dobramento. Algumas chaperonas são importantes para manter a proteína desdobrada até que sua síntese esteja terminada, ou agem como catalisadores, aumentando a velocidade dos estágios finais no processo de dobramento. Outras protegem as proteínas durante o dobramento, para que as regiões expostas, mais vulneráveis, não formem dobramentos improdutivos. AS PROTEÍNAS FIBROSAS SÃO ADAPTADAS PARA A FUNÇÃO ESTRUTURAL As proteínas fibrosas compartilham propriedades que dão forma e/ou flexibilidade às estruturas onde elas ocorrem. Em cada caso, aunidade estrutural fundamental é um elemento de repetição simples da estrutura secundária. Todas essas proteínas são insolúveis em água (alta concentração de resíduos de aminoácidos hidrofóbicos no interior e superfície da proteína). α-Queratina = constituem quase todo o peso seco do cabelo, lã, unhas, pena, espinhos, chifres, casco e a maior parte da camada externa da pele. Fazem parte das proteínas do filamento intermediário (IF). A estrutura quaternária da α-queratina pode ser bem complexa. Muitas espirais podem montar-se em grandes complexos supramoleculares, como o arranjo da α-queratina para formar o filamento intermediário do cabelo. A resistência das proteínas fibrosas é aumentada pelas ligações covalentes cruzadas entre as cadeias polipeptídicas dentro das “cordas” multi-helicoidais e entre as cadeias adjacentes em uma montagem supramolecular. Nas α-queratinas as ligações cruzadas que estabilizam a estrutura quaternária são as pontes de dissulfeto. Colágeno = encontrado no tecido conjuntivo como tendões, cartilagens, a matriz orgânica dos ossos e a córnea do olho. A hélice do colágeno é única e bem diferente da α-hélice. Apresenta sentido da mão esquerda e possui três resíduos de aminoácidos por volta. O colágeno é também uma espiral, mas com estruturas terciária e quaternária distintas: três cadeias polipeptídicas separadas (cadeias α) são entrelaçadas entre si (tripla hélice). O superentrelaçamento é de sentido da mão direita no colágeno, oposto ao sentido das hélices nas cadeias α de sentido da mão esquerda. O forte entrelaçamento fornece a força de tensão maior que a de um fio de aço de igual secção cruzada. A superfamília das proteínas de colágeno inclui mais de 20 tipos de colágeno, assim como outras proteínas que apresentam domínios semelhantes ao colágeno. As três cadeias polipeptídicas a são mantidas unidas por meio de pontes de hidrogênio entre as cadeias. - Fibrilas formadoras de colágeno. Colágenos dos tipos I, II, e III são fibrilares e têm estrutura semelhante a uma corda, conforme descrito anteriormente para uma molécula típica de colágeno. - Colágenos formadores de redes. Os colágenos dos tipos IV e VII formam uma malha tridimensional, ao invés de fibrilas distintas. - Colágeno associado a fibrilas. Os colágenos dos tipos IX e XII ligam-se à superfície das fibrilas de colágeno, ligando essas fibrilas umas às outras e a outros componentes da matriz extracelular. Fibroína da seda = Proteína da seda, produzida por insetos e aranhas. Suas cadeias polipeptídicas estão predominantemente na conformação β, consistindo de camadas de dobras β antiparalelas ricas em resíduos de Ala e Gly. As pequenas cadeias laterais são interligadas e permitem um empacotamento íntimo de cada camada da dobra. A estrutura global é estabilizada por extensas pontes de hidrogênio entre todas as ligações peptídicas nos polipeptídios de cada folha β e pela otimização das interações de van der Waals entre as folhas. Ela não se estica porque a conformação β já é altamente estendida, porém é flexível porque as dobras são mantidas juntas por numerosas interações fracas em vez das ligações covalentes como as pontes de dissulfeto nas α-queratinas. PROTEÍNAS GLOBULARES POSSUEM DIVERSIDADE FUNCIONAL POR CAUSA DA DIVERSIDADE ESTRUTURAL Em uma proteína globular, segmentos diferentes de uma (ou múltiplas) cadeia polipeptídica enovelam-se entre si, gerando uma forma compacta. O enovelamento também fornece diversidade estrutural necessária para as proteínas desempenharem um amplo conjunto de funções biológicas. Hemeproteinas globulares= Hemeproteínas são um grupo especializado de proteínas, as quais contêm heme como grupo prostético firmemente ligado. O papel do grupo heme é determinado pelo ambiente criado pela estrutura tridimensional da proteína. Por exemplo, o grupo heme de um citocromo funciona como um carreador de elétrons, sendo alternadamente oxidado e reduzido. Na hemoglobina e na mioglobina, as duas hemeproteínas mais abundantes em humanos, o grupo heme serve para ligar, de forma reversível, o oxigênio. - Mioglobina = funciona tanto como armazenamento do oxigênio como para facilitar a difusão do oxigênio no tecido muscular que se contrai rapidamente. Contém uma única cadeia polipeptídica de 153 aminoácidos de sequencia conhecida e um único grupo heme, responsável pela cor vermelho-escura tanto da mioglobina quanto da hemoglobina. A mioglobina é particularmente abundante nos músculos dos mamíferos mergulhadores como a baleia, foca, boto, cujos músculos são tão ricos nessa proteína que são marrons. O armazenamento e a distribuição do oxigênio pela mioglobulina muscular permitem a esses animais permanecerem submergidos por longos períodos de tempo. O esqueleto da molécula de mioglobina é constituído de oito segmentos relativamente retos de α-hélice (sentido da mão direita) interrompidos por curvaturas, algumas das quais são dobras β. Mais de 70% dos resíduos na mioglobina estão nas regiões α-helicoidais. O posicionamento das cadeias laterais reflete uma estrutura que deriva muito da sua estabilidade das interações hidrofóbicas. Muitos dos grupos R hidrofóbicos estão no interior da molécula da mioglobina, escondidos da exposição à água. Todos, exceto dois grupos R polares, estão localizados na superfície externa da molécula e todos estão hidratados. A molécula de mioglobina é tão compacta que seu interior apresenta espaço para apenas quatro moléculas de água. Esse núcleo denso e hidrofóbico é típico das proteínas globulares. - Hemoglobina = A hemoglobina é encontrada exclusivamente nos eritrócitos, onde sua principal função é transportar oxigênio dos pulmões até os capilares dos tecidos. Pode ter duas formas, T (tensa – baixa afinidade pelo O2) e R (relaxada – alta afinidade pelo O2). A hemoglobina A, a principal hemoglobina em adultos, é composta por quatro cadeias polipeptídicas - duas cadeias α e duas cadeias β, mantidas unidas por meio de ligações não-covalentes. Cada subunidade contém segmentos de estrutura em α -hélice, além de uma fenda, ou bolso, onde se liga o grupo heme, de forma similar ao descrito para a mioglobina. A molécula tetramérica da hemoglobina, no entanto, é estrutural e funcionalmente mais complexa do que a mioglobina. Por exemplo, a hemoglobina pode transportar CO2 dos tecidos até os pulmões e pode carregar quatro moléculas de O2 dos pulmões às células dos tecidos do corpo. O tetrâmero da hemoglobina pode ser considerado como a associação de dois dímeros, em que o número se refere aos dímeros um e dois. As duas cadeias polipeptídicas em cada dímero são mantidas firmemente unidas, principalmente por meio de interações hidrofóbicas Ligações iônicas e pontes de hidrogênio também ocorrem entre os membros do dímero. Em contraste, os dois dímeros são capazes de se mover um em relação ao outro, sendo mantidos unidos principalmente por meio de ligações polares. A estrutura tridimensional de uma proteína globular típica pode ser considerada uma montagem de segmentos polipeptídicos nas conformações de α-hélice e da folha β unidas por segmentos conectantes. Estruturas supersecundárias (motivos ou dobras), são arranjos particularmente estáveis de vários elementos da estrutura secundária e as conexões entre eles. Polipeptídios com mais de uma centena de resíduos de aminoácidos frequentemente se enovelam em duas ou mais unidades globulares estáveis = domínios. Domínios diferentes geralmente possuem funções distintas. O enovelamento dos polipeptídios está submetido a um conjunto de restrições físicas e químicas: - Interações hidrofóbicas tem uma grande contribuição para a estabilidade das estruturas das proteínas. O enterramento dos grupos R dos aminoácidos hidrofóbicos, de forma a excluir a água, requer pelo menos duas camadas de estrutura secundária. - Onde elas ocorrem nas proteínas, as α-hélices e as folhas β geralmente são encontradas em camadas diferentes (pontes de hidrogênio são difíceis entre eles). - Os segmentos polipeptídicos adjacentesentre si na sequencia primaria são usualmente empilhados entre si na estrutura enovelada. - As conexões entre os elementos da estrutura secundária não são cruzadas nem forma nós. - A conformação β é mais estável quando os segmentos individuais são levemente torcidos no sentido da mão direita. Conexões no sentido da mão direita tendem a ser mais curtas que as da mão esquerda e a curvar-se por meio de ângulos menores, tornando-as mais fáceis de formar. Seguindo essas regras, motivos complexos podem ser construídos a partir dos mais simples, por exemplo, = barril (cada segmento β paralelo é ligado ao seu vizinho por um segmento α-helicoidal). ESTRUTURA QUATERNÁRIA Algumas proteínas contém duas ou mais cadeias polipeptídicas separadas, ou subunidades (multímero, que com poucas unidades chama-se oligômero), que podem ser idênticas ou diferentes. O arranjo dessas subunidades proteicas em complexos tridimensionais constitui a estrutura quaternária. A unidade estrutural de repetição em tal proteína multimérica, seja ela uma só subunidade ou grupo de subunidades = protômero. A primeira proteína oligomérica cuja estrutura 3D foi determinada foi a hemoglobina (4x maior que a mioblobina), que contem quatro cadeias polipeptídicas e quatro grupos prostéticos heme, onde átomos de ferro estão no estado ferroso (Fe 2+). A porção protéica (globina) = duas cadeias α (141 resíduos cada) e duas β (146 resíduos cada). Oligômeros podem possuir simetria rotacional (cíclica, diédrica, icosaédrica) ou simetria helicoidal. As subunidades são mantidas unidas por interações não-covalentes (por exemplo, pontes de hidrogênio, ligações iônicas e interações hidrofóbicas). As subunidades podem funcionar independentemente umas das outras ou podem trabalhar cooperativamente, como no caso da hemoglobina, onde a ligação do oxigênio a uma subunidade do tetrâmero aumenta a afinidade das outras subunidades ao oxigênio. O tamanho das proteínas possui limites, entretanto, impostos por dois fatores: a capacidade genética dos ácidos nucléicos e a precisão do processo biossintetizantes das proteínas (o potencial para a incorporação de um aminoácido “errado” em uma proteína é maior para uma proteína maior que para uma proteína menor). DESNATURAÇÃO E ENOVELAMENTO DAS PROTEÍNAS Todas as proteínas iniciam sua existência em um ribossomo como uma sequencia linear de resíduos de aminoácidos. Esse polipeptídio precisa enovelar-se durante e depois da síntese para tomar sua conformação nativa. Modestas alterações no ambiente da proteína podem provocar alterações estruturais que afetam sua função. A perda da estrutura da proteína resulta na perda de função = desnaturação. O estado desnaturado não é necessariamente igual ao completo desenovelado da proteína e a randomização da conformação. A maior parte das proteínas podem ser desnaturadas pelo calor, que afeta as interações fracas (principalmente pontes de hidrogênio) de maneira complexa. Se a temperatura for aumentada lentamente, uma conformação da proteína geralmente permanece intacta até que uma perda brusca na estrutura (e da função) ocorre com uma variação estreita da temperatura. A rudeza da alteração sugere que o desenovelamento é um processo cooperativo: a perda da estrutura em uma parte das proteínas desestabiliza outras partes. Além do calor, a desnaturação pode vir a ocorrer por extremos de pH (alteram a carga líquida das proteínas globulares, causando repulsão eletrostática e ruptura de algumas pontes de hidrogênio), certos solventes orgânicos miscíveis como álcool e acetona, certos solutos como a uréia e cloreto de guanidina, ou por detergentes (rompem as interações hidrofóbicas que constituem o núcleo estável das proteínas globulares). A sequência de aminoácidos determina a estrutura terciária. Experimentos mostraram que certas proteínas desnaturadas, recuperavam sua estrutura nativa e atividade biológica se retornassem as condições onde a conformação nativa é estável = RENATURAÇÃO. O exemplo clássico é da ribonuclease. Os polipeptídios enovelam-se rapidamente por um processo em etapas, processo que ainda é motivo de muitas dúvidas, com vários modelos possíveis. Em um, o processo de enovelamento é hierárquico, estruturas secundárias se forma primeiro. Certas sequências de aminoácidos enovelam-se facilmente em α-hélices ou folhas β, guiadas por restrições. Isso é seguido por interações de intervalo maiores entre, duas α-hélices que se aproximam para formar estruturas supersecundárias estáveis. O processo continua até que domínios completos se formam e o polipeptídio inteiro é enovelado. Outro modelo diz que o enovelamento é iniciado por um colapso espontâneo do polipeptídio num estado compacto mediado por interações hidrofóbicas entre resíduos não-polares. Em vez de seguirem uma via única, uma população de moléculas de peptidio pode tomar varias vias até chegar no ponto final. Defeitos no enovelamento podem ser uma base molecular para uma variedade de desordens genéticas humanas. Termodinamicamente, o processo de enovelamento pode ser visto como uma espécie de funil de energia livre. A estabilidade termodinâmica não é apenas desigualmente distribuída na estrutura da proteína – a molécula apresenta regiões de alta e baixa estabilidade. As regiões de baixa estabilidade permitem a uma proteína alterar sua conformação entre dois ou mais estados. Variações na estabilidade das regiões dentro de uma certa proteína são frequentemente essenciais para a função protéica. Uma proteína enovelada incorretamente parece ser o agente causal de várias doenças raras degenerativas do cérebro dos mamíferos. Talvez a mais conhecida seja a doença príon (vaca louca). A proteína príon é normal do tecido cerebral nos mamíferos. Seu papel não é conhecido em detalhe, mas parece ter uma função sinalizadora molecular. A doença ocorre quando uma proteína príon normal ocorre numa conformação alterada, iniciando um efeito dominó, em que mais e mais proteínas convertem-se na forma causadora da doença.
