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Prof. Rafael V. C. [email protected]
Bacharelado em Ciências Físicas e BiomolecularesInstituto de Física de São Carlos ‐ USP
FFI0750 – Biologia Molecular Estrutural
Aula 01
• Estrutura de proteínas– Estrutura primária– Estrutura secundária– Estrutura terciária– Estrutura quaternária
Objetivos
Estrutura de ProteínasProteínas ‐ Definição
Proteínas são polímeros deaminoácidos unidos entre siatravés de ligações peptídicas
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Os 20 aminoácidos Organização estrutural
As proteínas são organizadas edescritas em quatro níveis hierárquicosde complexidade, sendo cada nívelrepresentado de forma distinta
Organização estrutural
Sequência de aminoácidos
N C
Ligação peptídica
Estrutura Primária
A estrutura primária consiste na descrição sequencial dos resíduos de aminoácidos presentes na cadeia polipeptídica
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Conformação da cadeia polipeptídica
• A ligação peptídica é planar (características de dupla ligação parcial);
Difícil de girar (Ω)estrutura
planar
• Ligações do tipo cis (Ω ≈ 0o) e trans (Ω ≈ 180o);• Isômero trans é mais estável;• A diferença de energia entre a forma cis e trans é bastante grande (85 KJ/mol);
Cadeia principal
A cadeia principal possui liberdade de rotação somente ao redor das ligações formadas pelo Cα, ou seja:
• N―Cα =(Phi)• Cα―C = (Psi)
O ângulo Ω possui apenas dois graus de liberdade conformacional 0o e 180o
• C―N = Ω (Omega)
• A conformação da cadeia principal de cada resíduo é determinada pelos ângulos e ;• Algumas combinações de e levam a conformações não permitidas (impedimento estérico);
Ângulos internos e
• As duas grandes regiões correspondem a ‐hélice e folha‐
Diagrama de Ramachandran
Folhas‐βantiparalelas
Folhas‐βparalelas Folhas‐β
distorcidas α‐hélice
(mão esquerda)
α‐hélice (mão direita)
Hélice tripla de colágeno
A estrutura secundária ilustra a organização dos elementos estruturais estáveis observados em uma cadeia polipeptídica
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Exemplo experimental – Conformações
Regiões permitidas mais favoráveisRegiões adicionais permitidas
Regiões generosamente permitidas
Regiões não permitidas
Legenda:
Baseado na análise de 118 estruturas de proteínas com resolução ≤ 2 Å e Rfactor < 20%
Um bom modelo deve apresentar > 90% dos resíduos em regiões permitidas mais favoráveis
• As estruturas secundárias de proteínas são caracterizadas como conformações locais estáveis da cadeia polipeptídica;
• As limitações de rotações impostas pela ligação peptídica e os padrões de ligação de hidrogênio determinam as estruturas secundárias (conformações locais) possíveis em um proteína;
• Dois tipos de conformações locais são predominantes em estruturas de proteínas
Estrutura secundária
α‐hélices Folhas‐β
Estrutura secundária – α hélices
Ligação de H
• Estrutura regular e energeticamente estável, pois todas as ligações de H possíveis entre a cadeia principal são estabelecidas ao longo do eixo da hélice;• O comprimento médio das α hélices é 10‐15 resíduos (12‐22 Å)
δ‐
δ‐
δ‐
δ+
δ+
δ+
Fitas antiparalelas
Estrutura secundária – folhas β
= ‐139o
= 135o= ‐119o
= 113o
Fitas paralelas
• Seções das cadeia polipeptídica que pertencem as folhas β são denominadas fitas β;• O comprimento médio das folhas β é 3‐10 resíduos (7‐30 Å).
• Folhas β são formadas por ligações de H (intermoleculares) entre cadeias polipeptídicas adjacentes;
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Estrutura secundária – alças• Aproximadamente 1/3 dos resíduos de uma proteína globular estão envolvidos em regiões de alça;• Frequentemente as alças são observadas conectando folhas β antiparalelas. Nestes casos, são denominadas alça‐β ou “grampo‐β” (β‐hairpin);• Aproximadamente 70% das alças‐β são compostas por até 7 resíduos.
Porcentagem de hélices‐ e folhas‐ em proteínas
Estrutura Secundária Estrutura Secundária ‐ Topologia
Domínio de Ligação do
Cofator (NAD+)
Domínio de Ligação do Substrato
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Estruturas supersecundárias(motivos estruturais)
Chave grega
Barril
Estrutura Terciária
A estrutura terciária envolve a organização estrutural 3D referente ao enovelamento da proteína (topologia)
Hidroximetil‐glutaril‐coenzima‐A‐redutase
(HMGR)
Proteína verde fluorescente
(GFP)
Protease de HIV
Interações – Estrutura terciária Estrutura Quaternária
Dímero Tetrâmero
Trímero
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Interações – Estrutura quaternária Estrutura Quaternária
DodecâmeroDecâmero
Estrutura Quaternária
Vírus da poliomelite
Estrutura de proteínas e análise de texto
aminoácidoletras
estrutura secundáriapalavras
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estrutura terciáriacapítulo
estrutura quaternárialivro completo
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