Uma vez que as prote´ınas s˜ao nosso objeto de estudo e este trabalho possuir carac- ter´ıstica multidisciplinar, ´e apropriada uma sec¸˜ao introdut´oria sobre as principais caracter´ısticas de amino´acidos e prote´ınas, assim como as t´ecnicas experimentais utilizadas na determinac¸˜ao de sua estrutura tridimensional. Informac¸˜oes mais detalhadas podem ser encontradas em textos espec´ıficos do assunto (1, 93, 134).
Prote´ınas s˜ao biomol´eculas formadas por um conjunto de amino´acidos unidos (se- q¨uˆencia prim´aria), atrav´es de ligac¸˜oes denominadas “ligac¸˜oes pept´ıdicas”. Estas d˜ao origem a v´arias estruturas que podem ser organizadas hierarquicamente (seq¨uˆencia secund´aria, terci´aria e quatern´aria). Todas as prote´ınas s˜ao constru´ıdas a partir do mesmo conjunto ub´ıquo de 20 amino´acidos. Pelo fato de cada um desses amino´acidos possuir uma cadeia lateral com propriedades qu´ımicas diferentes, este grupo de 20 mol´eculas precursoras pode ser considerado como o alfabeto na qual a linguagem das estruturas prot´eicas ´e escrita (1).
Prote´ınas realizam uma surpreendente variedade de func¸˜oes essenciais no organismo humano. Estas tarefas podem ser agrupadas em func¸˜oes estruturais e dinˆamicas. Func¸˜oes dinˆamicas incluem transporte, controle metab´olico, contrac¸˜ao e transformac¸˜oes de cat´alises qu´ımicas. Em suas func¸˜oes estruturais as prote´ınas provˆem a base para o tecido ´osseo, forc¸a e elasticidade para os ´org˜aos e sistema vascular, garantindo estrutura e forma ao organismo humano (22).
Uma importante classe de prote´ınas dinˆamicas s˜ao as enzimas. Elas catalisam reac¸˜oes qu´ımicas, convertendo um substrato em produto no s´ıtio ativo da enzima. A maioria das reac¸˜oes qu´ımicas que ocorrem nos organismos necessita de uma enzima para garantir que a reac¸˜ao ocorra em uma taxa compat´ıvel com a vida (93). Prote´ınas controlam e regulam a transcric¸˜ao e traduc¸˜ao de genes. Por exemplo, histonas, prote´ınas que est˜ao intimamente associadas com o DNA, aumentam ou diminuem os fatores de transcric¸˜ao que controlam a transcric¸˜ao de genes (93).
para uma melhor compreens˜ao dos processos que ocorrem nos organismos vivos (93).
3.1
Amino´acidos
Todos os 20 amino´acidos s˜ao α-amino´acidos. Eles possuem um grupo carboxila e um grupo amino ligados ao mesmo ´atomo de carbono (o carbono α). Eles diferem uns dos outros nas suas cadeias laterais ou grupos R, que variam em estrutura, tamanho, possibilidade de adquirirem carga el´etrica, al´em de influenciarem a solubilidade dos amino´acidos em ´agua. A Figura 3 exibe a estrutura geral de um amino´acido.
Alguns amino´acidos, como, por exemplo, arginina e ´acido glutˆamico, podem atuar como ´acidos e bases. Quando um amino´acido ´e dissolvido em ´agua, ele existe em soluc¸˜ao como um ´ıon dipolar, ou zwitterion (em alem˜ao “´ıon h´ıbrido”). Um zwitterion pode atuar tanto como um ´acido (doador de pr´oton) quanto uma base (receptor de pr´oton). Substˆancias possuindo esta natureza dupla s˜ao anfot´ericas e freq¨uentemente chamadas de anf´olitos (de “eletr´olitos anfot´ericos”) (22).
3.2
Ligac¸˜oes pept´ıdicas
Duas mol´eculas de amino´acidos podem estar covalente unidas por meio de uma ligac¸˜ao chamada ligac¸˜ao pept´ıdica. Tal ligac¸˜ao ´e formada pela remoc¸˜ao de elementos da ´agua (desidratac¸˜ao) de um grupoα-carboxila de um amino´acido e o grupo α-amino do outro.
A unidade de um amino´acido em um pept´ıdio ´e freq¨uentemente chamada de res´ıduo (a parte que sobrou depois da perda de um ´atomo de hidrogˆenio do seu grupo amino e a porc¸˜ao hi-
Figura 4: Relac¸˜ao dos 20 amino´acidos existentes na natureza, adaptado da referˆencia (1).
droxila do seu grupo carboxila). Em um pept´ıdio, o res´ıduo de amino´acido na extremidade com o grupoα-amino ´e o res´ıduo terminal amino (ou N-terminal); o res´ıduo na outra extremidade, que possui um grupo carboxila livre, ´e o res´ıduo terminal carboxila (ou C-terminal). A Figura 4 exibe os 20 amino´acidos existentes na natureza.
3.3
Estrutura prim´aria de prote´ınas
A estrutura prim´aria das prote´ınas ´e o n´ıvel estrutural mais simples e ´e dada pela seq¨uˆencia de amino´acidos ao longo da cadeia polipept´ıdica. A estrutura prim´aria da prote´ına resulta em uma longa cadeia de amino´acidos semelhante a um “colar de contas”, com uma ex-
tremidade “amino terminal” e uma extremidade “carboxi terminal”. Sua estrutura ´e somente a seq¨uˆencia dos amino´acidos, sem se preocupar com a orientac¸˜ao espacial da mol´ecula (1).
3.4
Estrutura secund´aria de prote´ınas
O termo estrutura secund´aria refere-se `a conformac¸˜ao local de alguma parte de um polipept´ıdio. A discuss˜ao da estrutura secund´aria mais usualmente foca os padr˜oes de enovela- mentos mais regulares do esqueleto polipept´ıdico. As mais proeminentes s˜ao asα-h´elices, onde as ligac¸˜oes pept´ıdicas formam uma estrutura helicoidal, e a conformac¸˜aoβ , na qual o esqueleto da cadeia polipept´ıdica ´e estendido em ziguezague.
3.5
Estrutura terci´aria de prote´ınas
O arranjo tridimensional geral de todos os ´atomos em uma prote´ına ´e referido como a estrutura terci´aria das prote´ınas. Tamb´em chamado de conformac¸˜ao tridimensional, atrav´es do dobramento dos elementos de sua estrutura secund´aria.
Ao considerar esses n´ıveis de estruturas ´e ´util classificar as prote´ınas em dois gru- pos principais: prote´ınas fibrosas, possuindo cadeias polipept´ıdicas arranjadas em longas fitas ou folhas, e as prote´ınas globulares, que possuem cadeias polipept´ıdicas enoveladas em uma forma esf´erica ou globular (1). Todas as ferramentas aqui desenvolvidas s˜ao mais conveniente- mente aplicadas para prote´ınas globulares, pelas aproximac¸˜oes assumidas.
3.6
Estrutura quatern´aria de prote´ınas
Algumas prote´ınas contˆem duas ou mais cadeias polipept´ıdicas separadas, ou subu- nidades, que podem ser idˆenticas ou diferentes. O arranjo dessas subunidades prot´eicas em complexos tridimensionais constitui a estrutura quatern´aria da prote´ına.