Estruturas das Proteínas

Como conseqüência da complexidade das proteínas, definiu-se quatro níveis de estruturas para seu estudo [Mou99]:

• Estrutura primária: é a representação estrutural mais simples, formada pela seqüência dos aminoácidos, representando as ligações peptídicas. Neste tipo de estrutura, o aminoácido N-terminal (com o grupo amina livre) é representado como o primeiro à esquerda. Informações sobre os posicionamentos das pontes dissulfídicas (ligação entre os átomos de enxofre) podem ser combinadas com a estrutura primária, fornecendo a estrutura covalente completa da proteína

(Figura 2.4.3.I: Estrutura Covalente);

Figura 2.4.3.I: Estrutura Covalente - Representação da estrutura primária de uma proteína

iniciando, do lado esquerdo, com um aminoácido N-terminal (com o grupo H3N +

livre), e finalizando com um C-terminal (com o grupo COO- livre). O 4º e o 11º aminoácidos, ambos a Cisteína, apresentam uma ligação dissulfídica.

• Estrutura secundária: representa interações intermoleculares entre os elementos dos aminoácidos que formam padrões regulares e repetitivos, ocorrendo localmente ao longo do esqueleto da proteína (cadeia principal). As ligações não-covalentes são as responsáveis pela estabilização dessas conformações, sendo as ligações de hidrogênio as mais determinantes. Os grupos laterais não são levados em consideração. As formas mais comuns de estrutura secundária são:

o α-hélice: estrutura secundária mais presente nas proteínas, formada por uma única cadeia polipeptídica e com conformação helicoidal. Apresenta uma média de dez aminoácidos, mas pode variar de cinco até quarenta. São mais presentes nas superfícies das proteínas, com aminoácidos hidrofóbicos voltados para a face interna. Cada grupo C=O do

laterais situam-se fora da hélice (Figura 2.4.3.II: Estrutura Secundária

A);

o folha-β: segmento da cadeia da proteína formado por cinco a dez aminoácidos, que interage através de ligações de hidrogênio com alguma outra seqüência de aminoácidos presente mais adiante na proteína. Estas seqüências podem ser adjacentes, com apenas alguns aminoácidos separando-as, ou distantes, com outra estrutura entre elas. Podem estar dispostas em três direções: paralelas, quando os aminoácidos de duas cadeias consecutivas estão conectados numa mesma direção (cadeias alinhadas em termos de suas extremidades N-terminais e C-terminais); antiparalelas, quando duas cadeias consecutivas apresentam os aminoácidos conectados em direções opostas; ou numa mistura das duas, sendo o padrão de disposição das ligações de hidrogênio diferentes em cada caso (Figura 2.4.3.II: Estrutura Secundária B);

o alça-β: região de estrutura secundária, formada por quatro aminoácidos, que se dobra sobre ela mesma, sendo responsável pela reversão da direção da cadeia de proteína (Figura 2.4.3.III: Alça-ββββ);

o coil: região de estrutura secundária que não é hélice, nem folha nem alça.

• Estrutura terciária: é a estrutura espacial da cadeia polipeptídica, incluindo todos os átomos da molécula, constituída pelas estruturas secundárias, cadeias laterais e qualquer outro grupo prostético (átomos não pertencentes aos aminoácidos, mas presentes em algumas proteínas), sendo um resultado de todas as forças estabilizadoras, como interações hidrofóbicas, atração eletrostática, ligações de hidrogênio e pontes dissulfeto. Neste tipo de estrutura, definem-se dois novos elementos:

o laços ou loops: regiões presentes entre estruturas secundárias e localizadas na superfície da proteína, apresentando diversas configurações tridimensionais e comprimentos, e que pode variar de dois a trinta aminoácidos. São as regiões da proteína mais suscetíveis aos processos de substituição, remoção e inserção de aminoácidos, pois não constituem partes das estruturas secundárias e não têm uma relação forte com o ambiente em que a proteína está imersa, como o apresentado pela região central (Figura 2.4.3.IV: Estrutura Terciária).

o dobras ou folds: combinações de várias estruturas secundárias conectadas por laços, formando configurações que se repetem em diversas proteínas. Podem ser chamados de motifs ou estruturas supersecundárias (Figura

2.4.3.V: Dobras).

A grande importância da estrutura terciária está no fato da funcionalidade de uma proteína estar relacionada com sua conformação tridimensional.

• Estrutura quaternária: é o arranjo espacial da estrutura da proteína no caso em que há mais de uma cadeia polipeptídica independente, podendo estar presente entre 2 a 12 cadeias, idênticas ou diferentes (Figura 2.4.3.VI: Estrutura

Quaternária). As cadeias são mantidas pelas mesmas forças que determinam as

estruturas secundárias e terciárias.

Figura 2.4.3.II: Estrutura Secundária – Representação dos dois principais tipos de estruturas

secundárias: α-hélice e folha-β, com os Cα em azul, C=O em amarelo e o NH em verde. A) Reprodução da estrutura secundária α-hélice, onde cada grupo C=O do aminoácido na posição n está conectado, por ligação de hidrogênio com o aminoácido na posição n+4. B) Reprodução das estruturas secundárias folha-β paralela, antiparalela e paralela-antiparalela. No primeiro caso, os aminoácidos de duas cadeias consecutivas estão com o grupo NH na parte inferior do aminoácido ao qual pertencem; no segundo caso, a posição do grupo NH para duas cadeias consecutivas se encontra, em uma delas, na parte inferior do aminoácido ao qual pertence, e na outra, numa posição superior. As conformações antiparalelas são mais estáveis, devido ao melhor alinhamento das ligações de hidrogênio. C) Terceiro caso em que na folha-β há a presença de cadeias paralelas e antiparalelas.

Figura 2.4.3.III: Alça-ββββ – Representação da estrutura alça-β. Na figura da esquerda, uma das sete

conformações tridimensionais possíveis: em vermelho os Oxigênios, em lilás os Nitrogênios e em cinza os Carbonos. Na imagem da direita, a representação bidimensional genérica desse tipo de estrutura.

Figura 2.4.3.IV: Estrutura Terciária – Representação da estrutura terciária de uma proteína,

com destaque para as estruturas secundárias, como α-hélice (vermelho e amarelo) e as folhas-β (azul); os laços estão em cinza.

Figura 2.4.3.V: Dobras – Representação de duas possíveis dobras pertencentes a uma estrutura

Figura 2.4.3.VI: Estrutura Quaternária – Representação da hemoglobina do sangue humano, composta

por quatro cadeias protéicas, quatro heme (pigmento que dá cor ao sangue) e quatro átomos de Ferro. As subunidades α (cadeias em azul) são semelhantes entre si, assim como as subunidades β (cadeias em verde).