Uma proteína analisada sob o aspecto molecular é uma cadeia de aminoácidos (STANS- FIELD, 1985). Estes aminoácidos são frequentemente chamados de primários, padrões ou normais e são assim denominados para que possam ser distinguidos de outros aminoácidos presentes em organismos vivos, mas não em proteínas (LEHNINGER; NELSON; COX, 2005). Os aminoácidos primários existentes são 20, cada qual representado por um acrônimo de uma ou três letras (Tabela 1) e com propriedades químicas distintas. A estrutura molecular dos aminoácidos é formada por um grupo amina primário (NH2) e um grupo carboxila (COOH) como ligantes em um mesmo átomo de carbono (carbono α). Esta parte é comum a todos os aminoácidos. Em uma proteína cada aminoácido é conectado a outro através de ligação cova- lente peptídica. Esta parte repetitiva em uma sequência de proteínas é conhecida como cadeia polipeptídica. Os aminoácidos diferem uns dos outros quanto à estrutura de suas cadeias late- rais ou grupamentos R (STRACHAN; ANDREW, 2002). A Figura 1 ilustra a estrutura básica de um aminoácido.
Nos organismos vivos os 20 aminoácidos possuem propriedades químicas diferentes, espe- cialmente no que diz respeito à sua hidrofobicidade, tamanho e carga (BACKOFEN; GILBERT, 2001). Na presença de água, aminoácidos hidrofóbicos (não-polares) tendem a se manter jun- tos para minimizar o contato com a água. Aminoácidos hidrofílicos (polares) não apresentam o mesmo comportamento que os hidrofóbicos ao contato com água. Os hidrofílicos podem ser carregados positivamente, negativamente ou eletricamente neutros (ALBERTS et al., 2002). Os nomes dos aminoácidos são apresentados na Tabela 1 com seus respectivos acrônimos e tipos de cadeias laterais.
Tabela 1: Tabela de aminoácidos.
Hidrofílicos ou Polares Hidrofóbicos ou não-Polares Aminoácido Cadeia lateral Aminoácido Cadeia lateral Ácido Aspártico Asp D negativa Alanina Ala A não-polar Ácido Glutâmico Glu E negativa Glicina Gly G não-polar
Arginina Arg R positiva Valina Val V não-polar
Lisina Lys K positiva Leucina Leu L não-polar
Histidina Hys H positiva Isoleucina Ile I não-polar
Asparagina Asn N neutra Prolina Pro P não-polar
Glutamina Gln Q neutra Fenilalanina Phe F não-polar
Serina Ser S neutra Metionina Met M não-polar
Treonina Thr T neutra Triptofano Trp W não-polar
Tirosina Tyr Y neutra Cisteína Cys C não-polar
As proteínas são formadas através de ligações covalentes1entre aminoácidos, conhecidas como ligações peptídicas. Uma ligação peptídica é formada com a perda de um grupo hidroxila (OH) do grupo carboxila de um aminoácido e a perda de um hidrogênio (H) do grupo amina do outro aminoácido, formando água como um coproduto da reação (ALBERTS et al., 2002), conforme ilustra a Figura 2. Como uma proteína é formada por vários aminoácidos, ela pode ser considerada uma cadeia polipeptídica. As unidades de aminoácidos presentes em proteínas são chamadas de resíduos de aminoácidos, pois não correspondem mais aos aminoácidos origi- nais já que perderam um hidrogênio do grupo amina e parte do grupo carboxila (LEHNINGER; NELSON; COX, 2005). O grupo amina do primeiro aminoácido e o grupo carboxila do último em uma cadeia polipeptídica permanecem sempre inalterados, o que dá uma orientação dire- cional na proteína. Assim, a proteína sempre começa com um grupo amina, também chamado de terminal-N, e termina com um grupo carboxila, ou terminal-C.
Figura 2: Ligação peptídica de dois aminoácidos.
2.1.1 FUNÇÕES DE PROTEÍNAS
As proteínas são máquinas moleculares e desempenham papéis cruciais em praticamente todos os processos biológicos, pois executam e controlam as funções essenciais nos organismos vivos; por isso estão no centro da ação nos processos biológicos. A sequência de aminoácidos de uma proteína particular não é absolutamente fixa. Estima-se que na espécie humana 20 a 30% das proteínas sejam polimórficas, tendo sequência variável de aminoácidos. Muitas destas variações de sequência têm pouco ou nenhum efeito sobre a função da proteína (ALBERTS et al., 2002).
As principais funções das proteínas são (STRYER; TYMOCZKO; BERG, 2004):
Catálise enzimática: quase todas as reações químicas em sistemas biológicos são catalisadas por enzimas, que geralmente aumentam a velocidade das reações.
Transporte e armazenamento: muitas moléculas pequenas são transportadas por proteínas específicas.
Movimento coordenado: os principais componentes dos músculos são proteínas. A contração muscular é conseguida pelo movimento de deslizamento de dois tipos de filamentos pro- téicos.
Sustentação mecânica: a alta força de tensão da pele e do osso é devido a presença de uma proteína fibrosa, o colágeno.
Proteção imunológica: os anticorpos são proteínas específicas que reconhecem substâncias estranhas, como vírus e bactérias.
Geração e transmissão de impulsos nervosos: a resposta de células nervosas a estímulos es- pecíficos é intermediada por proteínas receptoras.
Nos experimentos computacionais realizados neste trabalho são utilizados dados de proteí- nas que exercem funções de catálise enzimática.
2.1.2 ESTRUTURA ORGANIZACIONAL
As funções desempenhadas pelas proteínas nos organismos estão relacionadas diretamente às suas estruturas tridimensionais, que por sua vez dependem da sequência de aminoácidos que as compõem (BRANDEN; TOOZE, 1999). Assim, proteínas são descritas na literatura de acordo com 4 diferentes níveis crescentes de complexidade (LEHNINGER; NELSON; COX, 2005). Estes níveis são chamados: estrutura primária, secundária, terciária e quaternária con- forme ilustra a Figura 3.
Figura 3: Níveis estruturais de uma proteína (LEHNINGER; NELSON; COX, 2005).
A estrutura primária é o nível estrutural mais simples e mais importante, pois dela deriva todo o arranjo espacial da proteína, e é dada pela sequência de aminoácidos e ligações pep- tídicas da molécula. Este arranjo é específico para cada proteína, sendo em geral determinado geneticamente. Duas proteínas podem se diferenciar em três aspectos: número, sequência (or- dem) e natureza dos aminoácidos. A estrutura secundária é formada pelo arranjo espacial de aminoácidos próximos entre si na sequência primária da proteína. Os dois principais arranjos secundários são chamados de α-hélice e folhas-β ; e podem acontecer de forma regular em uma proteína. A estrutura terciária é definida pelo arranjo espacial de aminoácidos distantes entre si na sequência polipeptídica e determina a forma tridimensional de uma proteína, mantendo a estrutura secundária da sequência. A estrutura quaternária é criada através de associações de proteínas já organizadas em nível terciário. Proteínas conseguem exercer função quando atingem o nível terciário. Entretanto, algumas apenas conseguem executar suas funções quando associadas a outras já em nível terciário (LEHNINGER; NELSON; COX, 2005).