Quais ligações estabilizam as estruturas secundárias e terciárias das proteínas?

A estrutura terciária de uma proteína corresponde à sua disposição tridimensional; ou seja, é o enrolamento dos elementos da estrutura secundária, juntamente com a disposição espacial das suas cadeias laterais. A primeira estrutura de proteína determinada por raios-X (mioglobina do esperma de baleia) foi elucidada no final dos anos de 1950 por John Kendrew (1917 – 1997) e pelos seus colaboradores. A cadeia polipeptídica desta proteína foi de tal difícil compreensão que estes investigadores reportaram o seu desapontamento e frustração sobre ao não conseguirem obter uma estrutura regular. Nos anos seguintes, documentaram-se mais de 18000 estruturas de proteínas, em que cada uma delas possui uma estrutura única e altamente complexa.

Os elementos principais de estrutura secundária, as hélices α e as folhas β, aparecem frequentemente nas proteínas globulares, embora em diferentes proporções e combinações. Algumas proteínas, como a mioglobina, apresentam somente hélices α geradas por pequenas ligações que têm conformações enroladas. Outras, como a concanavalina A, têm uma grande proporção de folhas β e estão privadas de hélices α. No entanto, a maioria das proteínas possuem quantidades significativas de ambos os tipos de estrutura secundária (em média ~31% de hélices α e ~28% de folhas β, em que o total teor de hélices, folhas, voltas e loops corresponde ~90% da estrutura da proteína). A anidrase carbónica humana bem como a carboxipeptidase e a isomerase da triose fosfato são exemplos de tais proteínas.

A estrutura primária das proteínas globulares geralmente não contêm as sequências repetitivas ou pseudo-repetitivas que são responsáveis para conformação regular das proteínas fibrosas. A cadeia de aminoácidos nas proteínas globulares são, no entanto, espacialmente distribuídas de acordo com a sua polaridade:

1. Os resíduos não polares como a Valina, Leucina, Isoleucina, Metionina e Fenilalanina estão geralmente presentes no interior da proteína, fora do contacto com o solvente aquoso.
2. Os resíduos polares carregados como a Arginina, Histidina, Lisina, Aspartato e Glutamato estão geralmente localizados na superfície da proteína em contacto com o solvente aquoso.
3. Os resíduos polares não carregados como a Serina, Treonina, Asparagina, Glutamina, Tirosina e Triptofano encontram-se normalmente na superfície da proteína mas também se localizam no interior da molécula. Neste caso, os resíduos estão quase sempre ligados por pontes de hidrogénio a outros grupos da proteína.

As proteínas globulares são compactas; não existe muito espaço no interior delas, portanto a água está praticamente ausente no seu interior.

As cadeias polipeptídicas que apresentam mais de 200 resíduos usualmente se dobram em 2 ou mais centros globulares designados de domínios, o que confere a estas proteínas diversos lóbulos. A maioria dos domínios apresentam 100 a 200 resíduos de aminoácidos e têm um diâmetro médio de ~25Å. Por exemplo, cada subunidade da enzima desidrogenase do gliceraldeído-3-fosfato possui 2 domínios distintos. Assim, os domínios são unidades estruturalmente independentes que possuem características de uma pequena proteína globular. No entanto, por vezes, a estrutura de um domínio de uma proteína não é óbvia, uma vez que os seus domínios podem efetuar diversos contactos entre eles fazendo com que a proteína se apresente como uma entidade globular singular.

Uma análise detalhada a diversas estruturas de proteínas revela que os domínios consistem de duas a mais camadas de elementos pertencentes à estrutura secundária. A razão para este facto é clara: pelo menos duas destas camadas são necessárias para isolar um domínio hidrofóbico do ambiente aquoso da sua vizinhança. Frequentemente, os domínios possuem uma função específica, como a ligação a uma pequena molécula. Por exemplo, o dinucleótido de nicotinamida e adenina liga-se ao primeiro domínio da enzima desidrogenase do gliceraldeído-3-fosfato.

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References:

• Chothia, C. e Finkelstein, A.V, The classification and origins of protein folding patterns, Annu. Rev. Biochem. 59, 1007-1039 (1990).

Licenciado e Mestre em Bioquímica pela Universidade da Beira Interior. Durante 2 anos estudou, sob a forma de uma bolsa de investigação, o comportamento de diversas proteínas ao adsorverem em suportes cromatográficos. Atualmente é assistente na área da qualidade e da segurança alimentar numa empresa do ramo alimentar e também exerce a função de explicador de conteúdos relacionados com a Química, Biologia, Física e Matemática. No seu tempo livre dedica-se à sua tese de doutoramento. É apaixonado pela ciência e pelo associativismo, tendo já sido organizador de diversos eventos ligados a estas temáticas. E-mail:

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