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Estrutura das
Proteínas
I. VISÃO GERAL
Os 20 aminoácidos comumente encontrados em proteínas estão unidos entre si por ligações peptídicas. A seqüência linear dos aminoácidos ligados contém a informação necessária para formar uma molécula protéica com uma estrutura tridimensional única. A complexidade da estrutura protéica é melhor analisada considerando-se a molécula em termos de quatro níveis de organização, deno- minados primário, secundário, terciário e quaternário (Figura 2.1 ). Um exame desses níveis de complexidade crescente revelou que, em uma ampla variedade de proteínas, certos elementos estruturais são repetidos, sugerindo que existem "regras" gerais relacionadas às maneiras pelas quais as proteínas.se organizam. Estes elementos estruturais repetidos variam desde combinações simples de
hélices u. e folhas ~. formando motivos pequenos (pág. 18), até o dobramento
complexo dos domínios polipeptídicos de proteínas multifuncionais (pág. 18).
11. ESTRUTURA PRIMÁRIA DAS PROTEÍNAS
A seqüên c ia de amin o ácid os em uma proteína é denominada estrutura pri- mária da proteína. A compreensão da estrutura primária das proteínas é impor- tante, pois mu itas doenças genéticas resu ltam em prote ín as com seqüências anormais de aminoácidos, ocasionando organização irregular, com perda ou prejuízo da função normal. Se as estruturas primárias das proteínas normais e mutantes são conhecidas, esta informação pode ser usada para diagnosticar ou estudar a doença.
A. A lig a çã o peptídi ca
Nas proteínas, os aminoácidos são unidos covalentemente por ligações pep- tídicas, as qua is são ligações amida entre o grupo u. -carboxila de um amino- ácido e o grupo u. -amino de outr o. Por exemplo, a valina e a alanina podem formar o dipeptídeo valilalanina, por meio da formação de uma ligação pep- tídica (Figura 2.2 .). As ligações peptídicas não são rompidas por condições desnaturantes, como aquecimento ou altas concentrações de uréia. Deve haver uma exposição prolongada a um ácido ou a uma base forte em tem- peraturas elevadas para hidrolisar essas ligações de forma não-enzimática.
H H H H
I I I I
- N- C-C-N - C- 1 11 I H O CH 3
Fi gu ra 2. Os quatro níveis estruturais das proteínas.
14 Pamela C. Champ e, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier
m
Formação da
ligação peptídica
H I
•H 3 N- c -I coo-
CH 3
Valina (^) Alanina
Características da
ligação peptídica
Ligação Ligação
peptídica trans R R peptídica eis R
Ligações peptídicas em prote í nas
- Caráter de dupla liga ção pa rc ial ·
- Rígida e planar
- Configuração trans
- Sem carga, porém pol ar
Figura 2. A. Formação de uma ligação peptídica, re presentando a estrutura do dipeptídeo valilalanina.
Características da ligação peptídica.
Nomeando o peptídeo. Por convenção, a extremidade amino livre da cadeia peptídi ca (N-terminal) é escrita à esquerda, e a extremidade
carboxila livre (C-terminal), à direita. Dessa forma , todas as se qüências
de aminoácidos são lidas da extremidade N para a C-terminal do pe p- tídeo. Por exemplo, na Figura 2.2A, a ordem dos aminoác id os é "valin a, alanina", e não "alanina, valina ". A ligação de muitos aminoácidos por ligações peptídicas resulta em uma cadeia não-ramificada, denominada pol i peptídeo. Cada aminoácido que compõe um peptídeo é denomi-
nado "res íduo". Quando um polipeptídeo é nomeado, os sufixos -i na,
-ano, -ico ou -ato, dos resíduos de aminoácidos, são alterados para -ii, com exceção do aminoácido C-termi nal. Po r exempl o, um tripeptídeo composto por uma valina N-terminal, uma glicina e uma leucina C-ter- minal é denominado valil- gl icil-leucina.
- Características da ligação peptídic a. A ligação peptídica tem um caráter de dupla ligação parcial , isto é, é mais curta do que uma liga- ção simples e é rígida e planar (Figura 2.28). Isso impede a rotação livre da ligação entre o carbono da carbonila e o nitrogênio da ligação peptídic a. Entretanto, as ligações entre os carbonos a e os grupos a- amino ou a-carboxila podem rotar livremente (embora limitadas pe lo tamanho e caráter dos grupos R). Isso permite que a cadeia polipep- tídica assuma uma variedade de configurações possíve is. A ligação peptídica geralmente é uma ligação trans (em vez de eis; veja a Figura 2.28), em grande parte devido à in terferência estérica dos grupos R quando em posição eis.
- Polaridade da ligação peptídica. Assim como todas as ligações amida, os grupos -C=O e -NH da ligação peptídica não poss uem carga e nem aceitam ou fornecem prótons na faixa de pH de 2 a 12. Assim, os grupos carregados presentes nos polipeptídeos consis- tem unicamente no grupo a-amino N-terminal, no g rupo a -carboxi la C-terminal e de quais que r grupos ionizáveis presentes nas cadeias laterais dos aminoácidos constituintes. (Nota : Os grupos -C=O e -NH da ligação peptídica são polar es e estão envolvidos em pontes de h idrogê nio; por exemplo, nas hélices a e folhas p, descritas nas págs. 16-17.)
- Determinação da composição de aminoácidos de um polipeptídeo
O primeiro passo para determinar a estrutura primária de um polipeptídeo é identificar e quantificar seus aminoácidos constituintes. Uma amostra purificada do pol ipeptídeo a ser analisado é p rimeiramente submetida à hidrólise por um ácido forte, a 11 0°C durante 24 horas. Esse tratamento cliva as ligações peptídicas e libera os aminoácidos individuais, os quais podem ser sepa rados por cromatografia de troca de cátions. Nessa técnica, uma mistura de aminoácidos é aplicada a uma coluna que contém uma resina à qual um grupo carrega do negativamente está firmemente aderid o. (Nota: Se o grupo aderido for carregado positivamente, a coluna torna-se trocadora de ânions .) Os aminoácidos ligam-se à colu na com d iferentes afinidades, dependendo das suas cargas, hidrof obic idade e outras caracte rísticas. Cada aminoácido é seqüencialmente liberado da coluna cromatográfica por eluição com soluções de crescente força iônica e pH (Figura 2.3). Os aminoácidos separados, contidos no líquido eluído da coluna, são quantificados após o aquecimento com ninhidrina , um rea- gente que forma um composto de cor púrpura com a maior ia dos aminoá- cidos, amônia e aminas. A quantidade de cada aminoácido é determinada por espectrofotometria, medindo-se a quantidade de luz absorvi da pelo
16 Pamela C. Champe, Richard A. Har vey, Denise R. Fe rrier
Peptideo de seqüência desconhecida
~
1
- Clivagem com tripsina nos sítios
O
contendo lisina e arginina
- Determinação da seqüência dos peptideos, util izando o método de Edman
----Peptídco^ A --- -
Qual a seqüência correta?
Peptídeo B Peptídeo C
Peptídeo de seqüência desconhecida
~ n 11. Clivagem com brometo de g cianogênio no sítio da metionina
- Determina ção da seqüência dos peptídeos, utilizando o método de Edman ...._........... Peptídeo X PeptídeoY
Seqüência original do peptídeo
Figura 2. Peptídeos justapostos produzidos pela ação da tripsina e de brometo de cianogênio.
Figura 2.
As cadeia late ra is dos aminoácidos se es tendem para fora da hélic e.
Hélice a mostrando o esqueleto do peptídeo.
de aminoácidos das proteínas, apresenta as limitações de não ser capaz de prever as posições das ligações dissulfeto na cadeia dobrada e de não identificar qualquer aminoácido que seja modificado após sua incorpora- ção ao polipeptídeo (modificação pós-tradução, veja a pág. 440). Assim, o se qüenciamento direto de proteínas é uma ferramenta extremamente importante para determinar o verdadeiro caráter da seqüência primár ia de muitos polipeptídeos.
III. ESTRUTURA SECUNDÁRIA DAS PROTEÍNAS
O esqueleto polipeptídico não assume uma est ru tura tr idimensional aleat ór i a, em vez disso, geralmente forma arranjos regulares de aminoácidos que estão localizados próximos uns aos outros na seqüência linear. Esses arranjos são denominados estrutura secundária do polipeptídeo. A hélice a, a folha ~ e a dobradura ~ são exemplos de estruturas secundárias freqüentemente encon- tradas em proteínas. (Nota: A hélice do colágeno, outro exemplo de estrutura secund ár ia, é discutida na pág. 43.)
A. Hélíce a
Existem várias hélices polipeptídicas diferentes encontradas na natureza, mas a hélice a é a mais comum. Ela apresenta uma estrutura h el icoidal, que co nsiste de um esqueleto po li peptídico central em espiral e bem com- pacto, com as ca de ias laterais dos aminoác id os que a compõem esten- dendo-se para fora do eixo central, de modo a evitar a interfe rê ncia estérica entre si (Figura 2.6). Um grupo variado de proteínas co ntém hélices a. As queratin as, por exemplo, são uma família de proteínas fibrosas intimamente relacionadas, cuja estrutura é quase totalmente constituída de hélices a. Elas constitu em os principais com ponentes de teci do s como o cabelo e a pele, e sua rigidez é determinada pelo número de ligações dissulfeto ent re as cadeias polipeptídicas constituintes. Em contraste à queratina, a mioglo- bina, cuja estrutura é formada por aproximadamente 80% de hélices a, é uma molécula globular flexível (veja a pág. 26).
- Pontes de hidrogênio. Uma héli ce a é estabilizada por uma ampla formação de pont es de hidrogênio entre os átomos de oxigênio das ca rb on il as e os hidrogênios das amidas das ligações peptídicas que compõem o esqueleto polipeptídico (veja a Figura 2.6). As pontes de hidrogênio estendem-se na espiral, do oxigên io da carbonila ao grupo
- NH- de uma ligação peptídica quat ro res íduos à frente no polipep- tídeo. Isso assegura que todas, exceto a pr imeira e a última ligações peptídicas componentes, estejam ligadas ent re si por pontes de hidra- gêni o. Essas li gações são individualmente fracas, mas coletivamente servem para estabilizar a hélice.
- Aminoácidos por passo. Cada passo (ou volta completa) de uma hélice a contém 3,6 aminoácidos. Assim, os resíduos de aminoácidos separados por três ou quatro resíduos na seqüência primária estão espacialmente próximos, quando dobrado s em héli ce a.
- Aminoácidos que quebram uma hélice a. A prolina quebra uma
hélice a, porque o seu grupo imino não é compatível geometricamente
com a esp iral voltada para a direita da hélice a. Assim, ela insere uma dobra na cadeia, que interrompe a suave estrut ura helicoidal. Um grande número de aminoáci dos carregados (por exemplo, glutama to, as partato, histidina, lisina ou arginina) também quebra a hé li ce a, pela formação de li gações iônicas ou por se repelir eletrostaticamente um
Bioquímica Ilustrada 17
aminoácido ao outro. Finalment e, os aminoácidos com cadeias late ra is vo lumosas, como o triptofano, ou aminoácidos como a valina ou a iso- m
leucina, que se ramificam no carbono 13 (o p ri me iro carbono no grupo
R, logo após o carbono a), pod em i nt erferir com a fo rmação de uma hélice a se estive rem em grande número.
8. Folha 13
A folha 13 é out ra forma de estrutura sec undá ri a, na q ual to do s os compo-
nentes da ligação peptídica estão envol vi d os c om po nt es de hidrogênio
(Figura 2.7 A). As sup erfícies da s folh as 13 apresenta m uma apar ência
"preguea da " e es sas estrutu ras são, portanto, freqü entemente denomina-
das " folhas 13 p re gueadas ". Quando são feitas ilustrações da estrutura
protéica , as fi ta s 13 são mui ta s vezes visualiz adas co mo setas largas
(Figura 2.78 ).
- Co mpa ração ent re a fol ha 13 e a hé li ce a. Ao cont rá ri o da hélice a,
as folhas 13 são compostas de du as ou mais cadeias peptídicas (fitas
13) ou segmentos de cade ias po lipeptídicas, as quais apresentam-se
quase totalme nte estendidas. Note também qu e, nas folhas 13. as pon-
tes de hidrogênio são perpendiculares ao esqueleto polipeptídico (veja a Fi gura 2.7A).
2. Fo lhas paralelas e antipar alelas. Uma fol ha 13 pode ser formada por
duas ou mais cadeias polipeptídicas ou segmentos de cadeias polipep- tídicas separados, dispostos de forma anti pa ra lela um ao outro (com
as extremidades N-ter minal e C-terminal das f ol has 13 alternando-se,
conforme ilustrado na Figura 2.7 8) ou de forma p aralela (com to do s
os N-terminais das fo lhas 13 juntos, conforme il ustrado na Fi gu ra 2.7C).
Quando as pontes de hid rogênio são formadas entre os esqueletos polipeptídicos de cadeias polipeptídicas separadas, elas são denom i-
nadas ligações intercade ias. Uma folha 13 também pode ser fo rmada
por uma única cade ia polipeptídica, do b ra ndo-se sob re si mesma (veja a Figura 2.7C ). Nesse caso, as pontes de hidr ogênio s !3. o ligações
in tracade ia. Em proteínas globulares, as fo lhas 13 sempre apresentam
uma curvatura para a direita, quando observadas ao longo do esque-
leto polipeptídico. (Nota: Folhas 13 dobradas freqüentemente formam a
parte central de proteínas globulares.)
C. Curvat ur as 13 { vo ltas re v er sas )
As curvaturas 13 reve rt em a d ireção de uma cadeia po lipeptídica, auxi-
lia nd o a for m ação de um a es trut ura com pa cta e glo bular. El as nor- malmente são e ncon tr a d as na supe r fíc ie d as mo l éc ul as p rot éi cas e f reqü e ntem e nte co nt êm resíduo s ca rre g ado s. (Nota: As c urv a turas
13 r ecebera m e sse n ome p or que e las muit as vezes cone ct am faixas
sucess ivas de folhas 13 antiparalelas.) As cu rvaturas 13 geralmen te são
compostas po r quatro aminoácid os , um dos qua is pode ser a prolina - o iminoácido que cau sa um a "dobra" na cadeia polipeptídica. A glic in a, o aminoácido com menor gr upo R, tam bé m é enco ntr ada com freqüência
n as curva turas 13. As cu rvatu ras 13 são est ab ilizadas pela form ação de
pontes de hidrogênio e ligações iônicas.
D. E st rutura s ec un d ária não-repet iti va
Aprox im adamente a metade de um a prote ín a globular média está o rg a ni -
zada em estrutu ras repetitivas co mo a hélice a e/ou as folhas 13. O res tante
da cadeia polipeptídica é descrito como tendo uma co nformação em alça ou
Fol ha 13 pregueada ant ip aralela
N-terminal
Fol ha 13 pregueada paralela
Figura 2.
A. A estrutura de uma fo lha 13. B.
Uma folha 13 antiparalela, com fitas
13 repres en tadas por setas la rg as.
C. Uma folha 13 paralela, fo rmada
por uma úni ca cadeia po li peptídica, dobrando-se sob re si mesma.
200 aminoácidos de comp rimento geralmente apresentam dois ou mais do mínios. O centro de um do mínio é formado a partir de comb in ações de elementos estruturais supersecundá ri os (motivos). O dobramento da cadeia peptídica dentro de um domínio norma lmente ocorre indepen- dentemente do dobramento em outros domínios. Assim, cada dom ínio apresenta as características de uma proteína globular pequena e com- pacta, que é estruturalmente independente de outros domínios na cadeia polipeptídica.
B. lnterações que estabilizam a estrutura terciária
A estrutura tridimensional única de cada polipeptídeo é determinada por sua seqüência de aminoácidos. As interações entre as cadeias laterais dos aminoácidos direcionam o dobramento do polipeptídeo para formar uma estrutura compacta. Quatro tipos de interações cooperam para estabilizar as estruturas terciárias das proteínas globulares.
1. Pontes dissulfeto. Uma ponte dissulfeto é uma ligação covalente for- mada pelos grupos sulfidrila (-S H) de dois resíduos de cisteína para produzir um re síduo de cistina (Figura 2.9). As duas cisteínas podem estar separadas uma da outra por muitos aminoácidos na seqüência primária de um polipeptídeo, ou podem mesmo estar localizadas em duas cadeias polipeptídicas diferentes; o dobramento da(s) cadeia(s) polipeptídica(s) aproxima os resíduos de cisteína e permi te a ligação covalente de suas cadeias laterais. Uma ponte dissulfeto contribui para a estabilidade da conformação tridimensional da molécula protéica. Po r exemplo, muitas ligações dissulfeto são encontradas em proteínas como as imunoglobulinas, que são secretadas pelas células. (Nota: Essas fortes ligações covalentes contribuem para estabiliz ar a estrutura das proteínas e evitar que elas se tornem desnaturadas no meio extra- celular. ) 2. l nterações hidrofóbicas. Os aminoác i dos com cade i as la te rais hidrofóbicas tendem a ficar localizados no interior da molécula po li- peptídica, onde eles se associam com outros aminoácidos hidrofó- bicos (Figura 2.1 0). Em contraste, am inoácidos com cadeias laterais polares ou com carga tendem a ficar na superfície da molécula , em contato com o solvente polar. (Nota: Proteínas loc alizadas em ambientes apoiares [lipídicos]. como as membranas celulares, exi- bem um arranjo inverso - isto é, as cadeias laterais de aminoácidos hidrofílicos estão localizadas no interior do polipeptídeo , enquanto os aminoácidos hidrofóbicos estão local izados na superf ície da molé- cul a, em contato com o ambiente apoiar [veja a Figu ra 1.4, pág. 4) .) Em qualquer dos casos, ocorre a segregação energeticamente ma is favorável dos grupos R. 3. Pontes de hidrogênio. Cadeias laterais de aminoácidos contendo hidrogênio ligado a oxigênio ou nitrogênio, como os grupos alcoólicos da serina e da treonina, podem formar pontes de hidrogênio com áto- mos ricos em elétrons, como o oxigênio dos grupos carboxila ou grupos carbonila das ligações peptídicas (Figura 2. 11 ; veja também a Figura
- 6, pág. 4). A fo rmação de pontes de hidrogênio entre grupos polares na superfície de uma proteína e o solvente aquoso aumentam a solubi- lidade da proteína. 4. lnterações iônicas. Grupos carregados negativamente, como o grupo carboxila (- COO-) na cadeia lateral do aspartato ou do glutamato, podem interagir com grupos carregados positivamente, como o grupo amino (-NH 3 • ) , na cadeia lateral da lisina (veja a Figura 2.11 ).
Bioquímica Ilustrada 19
H I HI O 11 ~ N -C -C-vVVYVV'-
1
HC - CH 3 ?H 2 lsoleucina
Esqueleto^ CHs polipeptídico
j
Figura 2.
; H 3 C CH 3 ~ ' eH ... '" ' Leucina ~H N-C I l - C~ 11 H H O
lnterações hidrofóbicas en t re aminoácidos com cadeias laterais apoiares.
Glutamato Aspartato H I HI O 11 H 1 H I O 11 VV"<-N - C-C~N-C-C~ I ÇH ÇH 2 c
o"_ 'o·
Figu ra 2.
+NH I 3 ÇH ÇH ÇH H I CH2I N-C-C I 11 H O Li sina
Ligação i ón ica
lnterações de cadeias laterais de aminoácidos por meio de pontes de hidrogênio e ligações iônicas.
20 Pamela C. Champe, Richard A. Har vey, Denise R. Ferrier
fJ Formação de domínios
n Formação de um I U monômero protéico final t
Figura 2. Etapas no dobramento proté ico.
C. Dobramento protéico
As interações ent re as cadeias laterais dos aminoácidos determinam co mo uma cadeia polipeptídica longa se dob ra para fo rmar a intricada conf or- mação tridimensional de proteínas funcionais. O dobramento protéico, que ocorre dentro da célula de segundos a minutos , emprega um atalho pelo labirinto de possibilidades de dobramento. Com um dobramento peptídico, as cadeias laterais dos aminoácidos são atraídas ou repelidas de aco rd o com suas propriedades químicas. Po r exemplo, cadeias laterais carrega- da s positiva e negativamente atraem umas às outras. Por sua vez , cadeias laterais com cargas semelhantes re pelem-se umas às outras. Além disso, as interações envolvendo pontes de hidrogênio, interações hidrofóbicas e pont es dissulfeto podem influenciar o processo de dobrament o. Esse pro- cesso de ensaio e erro testa muitas , mas não todas as possibilidades de co nfiguração, em busca de um estado no qu al as at ra ções sobrepujem as repulsõe s. Isso resulta em uma proteína dobrada corretamente, com um baixo estado energético (Figura 2.12).
O. Papel das chaperonas no dobramento protéico
Geralmente se aceita que a informação necessária para corrigir o dobra- men to da pro teí na está conti da na est rutura primária do polipeptídeo. Considerando essa premissa, é difícil explicar por que as proteínas, em sua maio ri a, quando desnaturadas (veja a seguir), não retomam sua con- formação nativa sob condições ambientais favoráveis. Uma res posta para esse problema é que a proteína começa a se dob ra r durante os estágios de síntese, em vez de esperar que a síntese de toda a cadeia esteja completa. Isso li mita a co mpetição ent re configurações de dobramento, possíveis em bandas maiores do peptídeo nascente. Além disso, um grupo especializado de prote ín as, denominadas "chaperonas", é req uerido para o dobramento adequa do de muitas es pécies de proteínas. As chape ro na s - ta mb ém denominadas proteínas de "choque térmico" - interagem com o poli- peptídeo em vários estágios durante o processo de dobramento. Algumas chaperonas são importantes para manter a proteína desdobrada até que sua síntese esteja terminada, ou agem como catalisadores, au mentando a veloc id ade dos estágios finais no processo de dobrament o. Outras pro- tegem as proteínas durante o dobramen to, para que as regiões expostas, mais vulneráveis, não formem dobramentos improdutivos.
V. ESTRUTURA QUATERNÁRIA DAS PROTEÍNAS
Muit as proteínas consistem em uma única cadeia po lipeptídica, sendo de fini- das como proteínas monoméricas. Ou t ra s, entretanto, c on sistem em du as ou ma is cadeias polipeptídicas, que podem ser estruturalmente idênticas ou totalmente diferentes. O arran jo dessas subunidades polipeptídicas é denomi- nado es trutura quaternária da proteína. (No ta : Se existem du as subunidades, a proteína é d eno minada "dimérica ", se são três subunidades, "trimérica", e se existem vá ri as subunidades, "multimérica".) As subunidades são mantid as unid as por interações n ão -covalentes (por exemplo, pontes de hidr ogê nio, ligações iônicas e interações hidrofóbicas). As subunidades podem f un cionar independentemente um as das outr as ou podem trabalha r cooperativamente, como no caso da hemoglobina, onde a ligação do oxigênio a uma subunidade do tetrâmero aumen ta a afinidade das outras subunidades ao oxigênio (ve ja a pág. 29).
22 Pamela C. Champe, Richa rd A. Harvey, Denise R. Fe rrie r
O
A interação da molécula PrP infecciosa com uma PrP normal f az com que a forma normal
fJ
adquira a forma infecciosa.
PrP não-infecciosa (oontém héUoe o) ~
~,p infeocio"'
~ (:Cntém folhas jl)
PrP infecciosa (contém folhas 13)
Essas duas moléculas se dissociam e convertem duas moléculas adicion a is de PrP não· infecciosa na forma infecciosa.
PrP não-infecciosa (contém hélice a ) f
PrP não-infecciosa (contém hélice a )
Isso resulta em um aumento exponencial da forma infecciosa.
Figura 2. Um mecanismo proposto para a mu ltiplicação de agentes príon infecciosos.
- Doença do pr ío n
A pr ote ína do príon (PrP) tem s id o fo rtemente im plicada co mo o agente causador d as encefalopatias espongiformes transmissíveis (EETs }, incluin do a doença humana de Creutzfeldt-Jakob , o scrapie* em ovelhas e a encefal opa tia e sp ong i forme bovina no gado (popularmente con hec ida como "doença da vaca louca "}.^1 Após uma ampla série de procedimentos de purificação, os cientistas fi ca ra m perplexos ao descobrir que a infeccio- sidade do agente causador do scrapíe em ovelhas estava associada a uma única esp éc ie de proteínas, que não e ra associada a ácidos nucleicos detec· táveis. Essa prote ín a infecciosa é designada proteína do príon. Ela é alta-
mente res istente à degradação proteolítica e, na for ma infecciosa, tende a
fo rmar ag regados fibr il ares in solúveis, similares à placa amilóide encontrada
em outras do en ças encefálicas. Uma forma não-infecciosa da PrP, cont en do as mesmas seqüências de aminoácid os e de genes do agente infeccios o, está pres en te em en cé falo normal de mamíferos, na superf íc ie de neurônios e de células gliais. Dessa forma, a PrP é uma p rote ín a cap az de cooptar outras. Não se tem encontrado diferenças estruturais primárias ou modifica- ções pós-trad ução entre as fo rmas no rm al e infecciosa da proteín a. A chave para se tornar uma proteína infecciosa aparentemente reside em alte rações na conformação tridimensional da PrP. Tem sido obs erva do que diversas
hélices a presente s na forma não-infecciosa da PrP são substituídas por
folhas p na fo rma infecciosa (Figura 2. 14 ). Provavelmente é essa dife re nça de conformação que confere uma relativa resistência à de gradação prole · olítica de príons infecciosos e que lhes pe rm ite serem distinguidos da PrP normal em te cido s infectado s. O agente infeccioso é, então, uma versão alterada da proteína normal, agindo como uma "matriz" ao fazer a prote ín a normal assumir uma conformação patogênica. As EETs são in va ri avelmente fatais e atualmente nenhum tratam en to é capaz de alterar esse resultado.
VIII. RESUMO DO CAPÍTULO
Para entender a estrutura protéica é cent ral o entendimento do co nceito de confor- mação nativa (Figu ra 2.15), que é a estrutura protéica inteiramente organizad a e fu ncional (p or exe mplo, um a en zi ma ativa ou um a proteína estrutural). A estrutura tridimensional única da conformação nativa é dete rm inada pela estrutura primária, isto é, a seqüência de aminoácid os. As interações entre as cadeias late rai s dos aminoácidos direcionam a organização de uma c ad eia polipeptídica para formar estruturas secundárias , terciárias e (algumas vezes) quaternárias , as quais cooperam para a estabilizaç ão da co nformação na ti va da proteína. Além disso, as "chaperonas ", um g ru po es pecializado de prote ín as, são necessárias para a correta organ ização de muitas espécies de proteínas. A desnaturação protéica resulta no desdobramento e na desorganização da estrutura protéica, s em que haja hidról ise das ligações peptídicas. A desnaturação pode ser reversível ou, mais freqüente· mente, irreversíve l. Doen ças pod em oco rrer quando uma pro te ína aparentemente normal adquire uma conformação que é ci totóxic a, como no caso da doença de Alzheimer e das encefalopatias espongiformes transmissíveis (EETs}, incluindo a doença de Creutzfeldt-Jakob. Na doença de Alz heimer, proteínas normais, após um processo químico anormal , adquirem um estado de co nfo rm ação único, que leva à formação de agregados neurot óxi co s de proteínas amilóides, em fo rma de folha
p preguead a. Nas EETs, o agente infeccios o é um a ve rsão alte ra da da proteína do
príon norma l, agindo co mo um a "matriz" por fazer a proteína normal assumir uma conformação patogênica.
N. de T. Scrapie- do inglês scrape (roçar, raspar); doença fatal em ovelhas e ca bras, marc ada por coceira intensa, perda da coordenação motora e degeneração progressiva do sistema nervoso centra l. (^1) Ve ja a pág. 397 em Microbiologia Ilustrada para uma d iscussão mais detalhada sobre prions.
Bioquímica Ilustrada 23
Hierarquia da estrutura protéica
[Hélice a [ Folha p
[ Curvatura P (voltas reversas) (^) l -+---0> consiste ------1^ em
( Estruturas não-repetitivas
[ Estruturas supersecu nd árias
[ I nterações hidrofóbicas
[ Pontes de hidrogénio
[ lnterações eletrostáticas
[ Pontes dissulfeto
[ lnterações hidrofóbicas
estabilizada por
Primária é a seqüência de aminoácidos
é a organização tridimensional da cadeia dobrada
é
contribui para
pode ser
,----------.-• 1 Chaperonas
desorga-
Função
Biológica
Por exem plo:
e Proteção
e Transdução de sinal
e Ar m azenamento
e Estrutura l
e Transpor te
nQação >-,---0-e_s_n_a_t_u_ra_n_t_e_s____ ocasionada por r ::-- ------c-----c----j Por exemplo:
e Uré ia
e Tempe ratura e pH
extrem os [ Pont es de hidrogênio
estabilizada por (^) o arranjo de mú ltipl as subuni- dades polipeptídicas na proteína
pode contribuir para
algumas podem
recuperar e Solventes orgâni cos
[ lnterações eletrostáticas
veja a pág. 397
D Doençade L sCreutzfeldt-Jakob
Figura 2.
Doe n ça de Alzheimer
conduz à r:;::::l conduz a -+----- ~--------
pode formar
j
Organização alterada conduza conduz à [ Prote ínas amilóides J~-----{________j
Mapa de conceitos-chave referentes à estrutura protéica.
A maioria das proteínas não pode se reorganizar após a remoção do agente desnaturante t Desnaturação ir reversível
