Estrutura secundária

Apesar das proteínas serem polímeros lineares, as estruturas das mesmas não são aleató- rias, ou seja, elas apresentam em alguns casos certa regularidade. São arranjos particularmente estáveis de resíduos de aminoácidos formando padrões estruturais ou regulares. São estas con- formações regulares do polipeptídeo que representam a estrutura secundária da proteína. A regularidade na conformação espacial é mantida graças às interações intermoleculares (liga- ções de hidrogênio) entre os hidrogênios dos grupos amino e os átomos de oxigênio dos grupos carboxílicos de outros aminoácidos. Alguns tipos de estruturas secundárias são particularmente estáveis e de alta freqüência em proteínas. As conformações mais proeminentes são as hélices

α e as folhas β. Além destas, há também, estruturas irregulares tal como, a volta e a alça. Estas

estruturas irregulares, são estruturas aleatórias que tem a função de fazer a conexão entre as estruturas secundárias regulares.

A seguir são descritas em maiores detalhes cada uma das estruturas secundárias:

Héliceα: em uma cadeia polipeptídica, o grupo NH da cadeia principal pode formar uma

ligação de hidrogênio com o grupo CO do quarto aminoácido mais próximo, a repetição i→ i+4

define um padrão regular conhecido como héliceα [50, 71]. As hélices α possuem em média

3,6 resíduos de aminoácidos por volta. A estrutura é estabelizada por uma ligação de hidrogênio ligando o átomo de nitrogênio de uma ligação peptídica e o átomo de oxigênio da carbonila do quarto aminoácido da região N-terminal, daquela ligação peptídica [49]. Cada volta sucessiva

de héliceα é presa às voltas adjacentes por três ou quatro ligações de hidrogênio. São estas

ligações de hidrogênio, que quando combinadas, garantem a estabilidade da estrutura helicoidal (Figura 12B).

Os resíduos de aminoácidos da estrutura regular em forma de hélice α têm seus ângulos

diêdros (φ e ψ) variando no mapa de Ramachandran em torno de -30◦

a -120◦

para φ e -60◦

a 20◦

paraψ (Figura 10). A Figura 12A apresenta uma hélice α representada pelo arranjamento

dos átomos de sua cadeia principal. A Figura 12B apresenta uma héliceα representada através

dos átomos de sua cadeia principal juntamente com a sua representação na forma de ribbon5_.

Diferentes seqüências de aminoácidos têm propriedades diferentes para formar hélices α.

Estas propriedades resultam do formato de sua cadeia lateral [10]. Os resíduos de aminoácidos como a metionina, a alanina, a leucina, a glutamina e a lisina são mais propícias a formar hélices

α. Os resíduos de aminoácidos glicina, serina, prolina e tirosina geralmente não participam da

formação de hélicesα [10]. A glicina tende a interromper a regularidade presente em uma es-

trutura em forma de héliceα devido a sua grande flexibilidade conformacional. A prolina tende

a quebrar ou torcer helicesα devido ao fato de não poder formar uma ligação de hidrogênio

e por interferência estérica da sua cadeia lateral [49]. O número de aminoácidos presentes em

uma héliceα é bastante variável e pode estar no intervalo de 5 à 40 resíduos de aminoácidos,

sendo mais freqüente hélicesα com 10 resíduos de aminoácidos [71].

Figura 12 – Representação gráfica da estrutura secundária regular do tipo hélice α: (A) uma hélice α vista através dos átomos de sua cadeia principal, (B) uma hélice α vista através dos átomos de sua cadeia principal e através de sua representação do tipo ribbon. As linhas tracejadas representam as ligações de hidrogênio.

Folha β: no segundo tipo de estrutura secundária, o esqueleto da cadeia polipeptídica é

estendido em ziguezague em vez de uma estrutura helicoidal como nas hélicesα. Quando as

cadeias polipeptídicas estão arranjadas lado a lado formam uma estrutura que se assemelha

a uma série de fitas, trata-se da folha β [49]. Neste arranjo, as ligações de hidrogênio são

formadas entre segmentos adjacentes da cadeia polipeptídica. No mapa de Ramachandran, as

estruturas secundárias em forma de folhaβ ocupam a região que varia de -180◦

a -45◦

paraφ e

45◦

a 225◦

paraψ (Figura 10).

As cadeias polipeptídicas adjacentes em uma folhaβ podem ser paralelas ou antiparalelas.

Nas folhas paralelas o sentido da folha é da região N-terminal para a região C-terminal. Nas folhas antiparalelas, o sentido da folha é da região C-terminal para a região N-terminal. Os padrões das ligações de hidrogênio das folhas paralelas e antiparalelas são diferentes [70]. A

Figura 13A apresenta uma folhaβ paralela através dos átomos de sua cadeia principal. A Figura

13B mostra a representação do tipo ribbon de uma folhaβ paralela. A Figura 14A apresenta

uma folha β antiparalela através dos átomos de sua cadeia principal. A Figura 14B mostra a

representação do tipo ribbon de uma folhabeta antiparalela.

Figura 13 – Representação gráfica da estrutura secundária regular do tipo folha β paralela: (A) uma folha

β paralela através dos átomos de sua cadeia principal, (B) uma folha β paralela através dos átomos de sua

cadeia principal juntamente com a sua representação do tipo ribbon. As linhas tracejadas representam as ligações de hidrogênio.

Figura 14 – Representação gráfica da estrutura secundária regular do tipo folha β antiparalela: (A) uma folha β antiparalela através dos átomos de sua cadeia principal, (B) uma folha β antiparalela através dos átomos de sua cadeia principal juntamente com a sua representação do tipo ribbon. As linhas tracejadas representam as ligações de hidrogênio.

Voltas e alças: O terceiro tipo de estrutura trata de uma estrutura secundária irregular, denominada por volta ou dobras. As voltas são formadas em regiões onde o polipeptídeo muda

a sua direção, ou seja, após uma estrutura secundária regular em forma de héliceα e folhas β.

As voltas são os elementos estruturais que unem sucessivas estruturas secundárias regulares. A Figura 15A, apresenta uma volta. Esta volta tem um tamanho maior quando comparada com a alça da Figura 15B.

Por serem estruturas irregulares não existe uma região específica para voltas no mapa de

Ramachandran. A combinação de ângulosφ e ψ podem ocupar qualquer região neste mapa de

Ramachandran, isto incluí regiões de folhasβ, de hélices α. Devido a esta particularidade, as

voltas são difíceis de serem preditas por métodos computacionais (conforme será discutido nos capítulos seguintes).

Figura 15 – Representação gráfica de estruturas secundárias irregulares e aleatórias: (A) representa uma volta, (B) representa uma alça.