Quais são os tipos de interações fracas que existem nas proteínas?

As medições termodinâmicas indicam que as proteínas no estado nativo são entidades marginalmente estáveis sob condições fisiológicas. A energia livre necessária para as proteínas desnaturarem é somente de ~0.4 kJ.mol-1 por resíduo de aminoácido, portanto uma proteína de 100 resíduos são estáveis por volta dos 40 kJ.mol-1. Em contraste, a energia necessária para quebrar uma só ligação de hidrogénio é de 20 kJ.mol-1. As várias influências não covalentes às quais as proteínas estão sujeitas – interações electroestáticas (atrativas e repulsivas), ligações por pontes de hidrogénio (intramoleculares e à água) e forças hidrofóbicas – têm diferentes magnitudes que podem totalizar milhares de quilo joules por mole numa molécula de proteína. Consequentemente, uma estrutura de uma proteína surge a partir de um balanço delicado entre forças compensatórias.

Forças electroestáticas

As moléculas são compostas por partículas eletricamente carregadas, em que as suas interações são determinadas pelas leis da electroestática clássica. Existem 2 tipos de forças electroestáticas:

1. Interações iónicas: são caracterizadas por serem interações fortes, no entanto não ajudam significativamente na estabilização da proteína. A associação de dois grupos iónicos de carga oposta é designada por par iónico ou ponte salina. Os iões livres na solução aquosa estão altamente solvatados, e a formação de uma ponte salina tem a penalização entrópica de perturbar a organização da cadeia lateral disposta a formar a ponte salina. Consequentemente, a energia livre de solvatação de dois iões separados é praticamente igual à energia livre de formação do par iónico não solvatado. Desta forma, as ligações iónicas numa proteína pouco contribuem para a estabilização da estrutura nativa da proteína.
2. Interações dipolo-dipolo: são caracterizados por serem interações fracas, embora contribuam de uma forma significativa para a estabilização da proteína. As associações não covalentes entre moléculas eletricamente neutras são designadas de forças van der Waals e surgem como interações electroestáticas nos momentos dipolares. Estas forças são responsáveis por numerosas interações de diversas magnitudes entre átomos não ligados vizinhos (a ligação por pontes de hidrogénio é um caso especial de interação dipolar que vai ser discutido de seguida).

Pontes de hidrogénio

As ligações de hidrogénio são predominantemente interações electroestáticas (mas com ~10% de caracter covalente) entre um grupo dador (D-H) fracamente ácido e um aceitador (A) que possui um par de eletrões livres. As ligações de hidrogénio são mais direcionais do que as forças de van der Waals, mas menos do que as ligações covalentes. A distância D…A varia, normalmente, entre 2.7 e 3.1 Å, embora não existe uma distância cut off em que a ligação de hidrogénio cesse. A maioria das ligações de hidrogénio de uma proteína estão circunscritas num determinado local, ou seja, estas ligações envolvem dadores e aceitadores que estão próximos na sequência de aminoácidos e que conseguem encontrar rapidamente o seu parceiro de interação. Este tipo de ligações não contribuem de uma forma significativa para a estabilização da proteína, no entanto fornecem o padrão de enrolamento da proteína nativa.

Forças hidrofóbicas

O efeito hidrofóbico define-se como um conjunto de influências que fazem com que substâncias não polares minimizem o contacto com moléculas de água e com substâncias anfipáticas, como sabões e detergentes, para formar micelas nas soluções aquosas. Uma vez que as proteínas nativas formam um tipo de micelas intramoleculares em que as cadeias laterais não polares estão distantes dos solventes aquosos, facilmente se percebe que estas interações são relevantes na estrutura de uma proteína. O efeito hidrofóbico deriva das propriedades especiais que a água possui como solvente, como a sua alta constante dielétrica. Em 1958, Walter Kauzmann (1916 – 2009) referiu que as forças hidrofóbicas são os principais promotores do enrolamento das proteínas nas suas conformações nativas.

Ligações dissulfeto

Uma vez que as ligações dissulfeto se formam quando a proteína se enrola para a sua conformação nativa, elas estabilizam a sua estrutura tridimensional. O caracter químico reduzido do citoplasma diminui a estabilidade das ligações intracelulares de dissultefo. Na verdade, praticamente todas as proteínas com ligações dissulfeto são secretadas para locais extracelulares que possuam ambientes mais oxidados, onde as suas ligações dissulfeto são mais eficazes em estabilizar a estrutura da proteína.

Outros assuntos relacionados:

• Estrutura secundária da proteína
• Estrutura terciária da proteína
• Estrutura quaternária da proteína
• Dinâmica da proteína
• Proteínas globulares

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References:

• Alber, T., Stabilization energies of protein conformation, in Fasman, G.D. (Ed.), Prediction of Protein Structure and the Principles of Protein Conformation, pp. 161-192, Plenum Press (1989)

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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Colagénio

O colagénio é uma proteína animal da matriz extracelular fibrosa e insolúvel em água (hidrófoba) e um dos principais componentes dos tecidos conjuntivos, encontrada em tendões, ligamentos, cartilagem, dentes (dentina), ossos, vasos sanguíneos e na pele. O colagénio é uma proteína fibrosa encontrada na matriz extracelular O colagénio [do grego. Kolla = cola e Gennan =gerar] significa "gerador de cola" porque o colagénio foi inicialmente utilizado como um adesivo. O colagénio é uma proteína que forma longas fibrilhas, tornando-se um elemento importante da matriz extracelular, isto é, do conteúdo que preenche o espaço entre as células. A molécula de colagénio é composta …

Poligalacturonase

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Superóxido dismutase

A superóxido dismutase (EC 1.15.1.1), abreviada para SOD, é uma enzima que catalisa a dismutação do superóxido em oxigénio e peróxido de hidrogénio. Representando, portanto, uma das mais importantes defesas antioxidantes enzimáticas existentes em praticamente todas células expostas ao oxigénio. As espécies reactivas de oxigénio, tais como o superóxido (O2˙-, oxigénio com um electrão adicional), provocam danos nas células, como mutações no ADN ou danos em proteínas e outras moléculas importantes. O superóxido forma-se em consequência das reacções metabólicas aeróbicas e, para se defender deste perigo potencial, a maioria das células sintetiza a superóxido dismutase, a enzima que combate o superóxido. A …

Doenças relacionadas com a conformação das proteínas

A maioria das proteínas presentes no organismo humano detém a capacidade de manter a sua conformação nativa. No entanto, algumas dessas proteínas tornam-se parcialmente desnaturadas devido à ação de chaperones moleculares ou pelo facto de sofrerem degradação proteolítica. Para além disso, cerca de 35 doenças humanas, muitas delas por vezes fatais, estão associadas com a deposição extracelular de proteínas em certos tecidos, sob a forma de agregados insolúveis, conhecido como amiloide (esta designação surgiu pela sua forma assemelhada ao amido). As principais doenças incluem a doença de Alzheimer (DA) e a doença de Parkinson, sendo que estas doenças neurodegenerativas atingem …

Coenzimas

As enzimas catalisam uma grande variedade de reações químicas. Os seus grupos funcionais podem “facilmente” participar nas reações ácido-base, formar diversos tipos de ligações covalentes transitórias e também interagirem e integrarem nas interações iónicas. Contudo, as enzimas são menos adequadas para catalisar reações de oxidação-redução. Ainda que as enzimas catalisam essas reações, estas fazem-no principalmente em associação com pequenas moléculas denominadas de “cofatores”, que essencialmente atuam como as enzimas. Assim sendo, os cofatores podem ser iões metálicos, tais como o zinco (Zn+), imprescindíveis para a atividade catalítica da carboxipeptidase A, ou moléculas orgânicas, tais como o NAD+ (Dinucleótido de nicotinamida) …

Glicoproteínas

A maior parte das proteínas eucarióticas são designadas por glicoproteínas, isto é, estão covalentemente associadas a hidratos de carbono. O teor de hidratos de carbono de uma glicoproteína pode variar entre < 1 % e > 90 % do seu peso. As glicoproteínas desempenham diversas funções que se estendem por todo o espectro de atividades das proteínas. De facto, as glicoproteínas podem atuar como enzimas, proteínas de transporte, recetores, hormonas e também como proteínas estruturais. Para além disto, também se sabe que o teor de hidratos de carbono nas glicoproteínas desempenha várias funções biológicas importantes, no entanto em alguns casos as …

Catalase

A catalase (EC 1.11.1.6) é uma enzima que catalisa a degradação do peróxido de hidrogénio (ou mais vulgarmente água oxigenada, cuja fórmula química é H2O2). Mais precisamente, na reação promovida pela catálase, duas moléculas de peróxido de hidrogénio são convertidas em água e oxigénio molecular: 2 H2O2 → 2 H2O + O2 Esta enzima que está presente em todos os organismos desde bactérias, fungos, plantas e animais. Nas células animais encontra-se principalmente nos perixossomas. A catálase apresenta duas actividades enzimáticas dependendo da concentração de H2O2: Se a concentração de H2O2 for elevada, então a catalase actua cataliticamente, isto é, quebra o H2O2 em H2O …

Regulação da atividade enzimática

Um organismo deve deter a capacidade de regular as atividades catalíticas das enzimas e dos seus componentes, para que esta possa coordenar os seus processos metabólicos, responder a diversas alterações no seu ambiente e crescer/diferenciar-se de uma forma ordenada. Para tal, existem duas formas em que isto pode ocorrer: Regulação da disponibilidade da enzima: A quantidade de uma dada enzima numa célula depende tanto da sua taxa de síntese como da sua taxa de degradação. Cada uma destas taxas são diretamente controladas pela célula. Como por exemplo, a Escherichia coli (E. coli) quando cultivadas na ausência do dissacárido de lactose, …

Proteínas Fibrosas

Este artigo é patrocinado por: «A sua instituição aqui» As proteínas fibrosas são moléculas altamente alongadas em que são compostas quase exclusivamente pela sua estrutura secundária. Muitas proteínas fibrosas, como as presentes na pele, tendões e ossos, funcionam como matérias estruturais que têm um papel protetivo, conectivo e de suporte nos organismos vivos. Outras, como as proteínas musculares e ciliares, têm funções relacionadas com o movimento. As moléculas fibrosas raramente cristalizam e assim não são, usualmente, sujeitas a determinação estrutural através da análise por raios-X. Ao invés de cristalizarem, elas se associam como fibras em que os seus longos eixos moleculares são mais …

Dinâmica da proteína

Estudo realizados através da técnica de Raio-X em diversas proteínas demonstrou uma indicação errônea de que as proteínas apresentavam estruturas rígidas e fixas. Na verdade, as proteínas são moléculas bastante flexíveis e com mobilidade estrutural. Por exemplo, estudos realizados a partir da técnica de Raios-X indicam que o grupo heme da hemoglobina e da mioglobina estão tão rodeados pelas proteínas que não há um caminho próprio para a molécula de O2 se aproximar ou “escapar” da zona de ligação. No entanto, sabe-se que a mioglobina e a hemoglobina conseguem promover facilmente a ligação e a libertação das moléculas de O2. …

Quais tipos de interações fracas podem existir nas proteínas?

Quais os tipos de interações que estabilizam a estrutura das proteínas?

Quais são os 4 tipos de proteínas?

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