Uma olhada na química
As proteínas podem ser colocadas primeiro no "mundo biológico" porque, dadas as suas muitas funções, não haveria vida sem elas.
A análise elementar das proteínas dá os seguintes valores médios: 55% de carbono, 7% de hidrogénio e 16% de azoto; claro que as proteas diferem umas das outras, mas a sua composio elementar mia difere pouco dos valores indicados acima.
Constitutivamente, as proteínas são macromoléculas formadas por α-aminoácidos naturais; Os aminoácidos são combinados através da ligação amida que é estabelecida pela reacção entre um grupo amina de um a-aminoácido e o carboxilo de outro a-aminoácido. Essa ligação (-CO-NH-) também é chamada de ligação peptídica, uma vez que se liga a peptídeos (aminoácidos em combinação):
o obtido é um dipeptídeo porque é composto de dois aminoácidos. Como um dipeptídeo contém um grupo amino livre em uma extremidade (NH2) e um grupo carboxila na outra (COOH), ele pode reagir com um ou mais aminoácidos e alongar a cadeia tanto da direita quanto da esquerda, com a mesma reação vista acima.
A sequência de reações (que, na verdade, não são realmente tão simples) pode continuar indefinidamente: até ter um polímero chamado polipeptídeo ou proteína . A distinção entre peptídeos e proteínas está ligada ao peso molecular: geralmente, para pesos moleculares acima de 10.000, falamos de proteínas.
A ligação de aminoácidos para obter proteínas de tamanho pequeno é uma tarefa difícil, embora recentemente tenha sido desenvolvido um método automático para produzir proteínas a partir de aminoácidos, o que dá excelentes resultados.
A proteína mais simples, portanto, é composta de 2 aminoácidos: por convenção internacional, a numeração ordenada de aminoácidos em uma estrutura protéica começa a partir do aminoácido com o grupo a-amino livre.
Estrutura proteica
As moléculas de proteína são moldadas de modo a serem capazes de vislumbrar até quatro organizações distintas: elas são geralmente distinguidas, uma estrutura primária, uma secundária, uma terciária e uma quaternária.
As estruturas primárias e secundárias são essenciais para as proteínas, enquanto as terciárias e quaternárias são "acessórias" (no sentido de que nem todas as proteínas podem ser equipadas).
A estrutura primária é determinada pelo número, tipo e sequência de aminoácidos na cadeia proteica; portanto, é necessário determinar a seqüência ordenada dos aminoácidos que compõem a proteína (sabendo que isso significa conhecer a seqüência exata de bases de DNA que codificam essa proteína) que não tem dificuldades químicas desprezíveis.
Foi possível determinar a seqüência ordenada de aminoácidos pela degradação de Edman: a proteína é reagida com o isotocianato de fenila (FITC); inicialmente o dupleto de azoto de amino-a ataca o isotiocianato de fenilo formando o derivado tiocarbamilo; subsequentemente, o produto obtido é ciclizado dando o derivado de feniltioidantoína que é fluorescente.
Edman criou uma máquina chamada sequenciador que regula automaticamente parâmetros (tempo, reagentes, pH, etc.) para degradação e fornece a estrutura primária de proteínas (para isso, ele recebeu o Prêmio Nobel).
A estrutura primária não é suficiente para interpretar completamente as propriedades das moléculas de proteína; Acredita-se que essas propriedades dependam, de maneira essencial, da configuração espacial que as moléculas de proteínas tendem a assumir, dobrando-se de várias maneiras: isto é, assumindo o que foi definido como a estrutura secundária das proteínas. A estrutura secundária das proteínas é tremulável, isto é, tende a se desfazer pelo aquecimento; então as proteínas são desnaturadas perdendo muitas de suas propriedades características. Além do aquecimento acima de 70 ° C, a desnaturação também pode ser causada pela irradiação ou pela ação de reagentes (de ácidos fortes, por exemplo).
A desnaturação das proteínas por efeito térmico é observada, por exemplo, aquecendo a clara do ovo: ela perde sua aparência gelatinosa e se transforma em uma substância branca insolúvel. No entanto, a desnaturação das proteínas leva à destruição de sua estrutura secundária, mas deixa a estrutura primária inalterada (a concatenação dos vários aminoácidos).
As proteínas assumem a estrutura terciária quando sua cadeia, embora ainda flexível apesar da curvatura da estrutura secundária, se dobra de tal maneira que cria um arranjo tridimensional torcido na forma de um corpo sólido. Responsáveis pela estrutura terciária são, acima de tudo, as pontes dissulfeto que podem ser estabelecidas entre as cisteínas -SH dispersas ao longo da molécula.
A estrutura quaternária, por outro lado, compete apenas com proteínas formadas por duas ou mais subunidades. A hemoglobina, por exemplo, é composta de dois pares de proteínas (ou seja, em todas as quatro cadeias de proteínas) localizadas no topo de um tetraedro, a fim de dar origem a uma estrutura de forma esférica; as quatro cadeias protéicas são mantidas juntas por forças iônicas e não por ligações covalentes.
Outro exemplo de estrutura quaternária é a insulina, que parece consistir de seis subunidades protéicas dispostas em pares no topo de um triângulo no centro do qual dois átomos de zinco estão localizados.
PROTEÍNAS DE FIBROSE: são proteínas com certa rigidez e com um eixo muito mais longo que o outro; a proteína fibrosa presente em maior quantidade na natureza é colágeno (ou colágeno).
Uma proteína fibrosa pode assumir várias estruturas secundárias: α-hélice, β-folheto e, no caso de colágeno, tripla hélice; A hélice α é a estrutura mais estável, seguida pela folha β, enquanto a menos estável das três é a hélice tripla.
α-hélice
Diz-se que a hélice é destra se, seguindo o esqueleto principal (orientado de baixo para cima), for feito um movimento semelhante ao aparafusamento de um parafuso direito; enquanto a hélice é canhoto se o movimento é análogo ao aparafusamento de um parafuso esquerdo. Nas α-hélices direitas, os substitutos -R dos aminoácidos são perpendiculares ao eixo principal da proteína e são virados para fora, enquanto nas hélices esquerdas os substituintes -R são virados para dentro. As hélices a direita são mais estáveis que as da mão esquerda, porque há menos interação e menos volume estérico entre as células -R. Todas as α-hélices encontradas nas proteínas são destras.
A estrutura da α-hélice é estabilizada pelas ligações de hidrogênio (pontes de hidrogênio) que são formadas entre o grupo carboxila (-C = O) de cada aminoácido e o grupo amino (-NH) que é encontrado quatro resíduos mais tarde no sequência linear.
Um exemplo de uma proteína possuindo uma estrutura de hélice α é a queratina do cabelo.
β-folha
Na estrutura da folha β é possível formar ligações de hidrogénio entre aminoácidos pertencentes a diferentes cadeias polipeptídicas mas paralelas umas às outras ou entre aminoácidos da mesma proteína também numericamente distantes umas das outras mas fluindo em direcções antiparalelas. No entanto, as ligações de hidrogênio são mais fracas do que aquelas que estabilizam a forma de α-hélice.
Um exemplo de uma estrutura de folha β é a fibrina de seda (também existe nas teias de aranha).
Estendendo a estrutura da hélice α, a transição da hélice α para a folha β é realizada; também o calor ou a tensão mecânica permitem passar da estrutura de hélice α para essa folha β.
Normalmente, em uma proteína, as estruturas do folheto β estão próximas umas das outras porque as ligações inter-hidrogênio podem ser estabelecidas entre as porções da própria proteína.
Em proteínas fibrosas, a maior parte da estrutura da proteína é organizada em α-hélice ou β-folha.
PROTEÍNAS GLOBULARES: possuem uma estrutura espacial quase esférica (devido às inúmeras mudanças de direção da cadeia polipeptídica); algumas partes do ser podem ser rastreadas até uma estrutura de α-hélice ou folha β e outras partes não são, no entanto, atribuíveis a tais formas: o arranjo não é aleatório, mas organizado e repetitivo.
As proteínas referidas até agora, são substâncias de constituição totalmente homogênea: isto é também seqüências de aminoácidos combinados; tais proteínas são chamadas simples ; existem proteínas que consistem em uma parte de proteína e uma parte não protéica (grupo prostático) chamadas proteínas conjugadas .
Collagen
É a proteína mais abundante na natureza: está presente nos ossos, nas unhas, na córnea e no olho cristalino, entre os espaços intersticiais de alguns órgãos (por exemplo, fígado) e assim por diante.
Sua estrutura lhe confere capacidades mecânicas particulares; Tem grande resistência mecânica associada a alta elasticidade (por exemplo, em tendões) ou alta rigidez (por exemplo, nos ossos) dependendo da função a ser executada.
Uma das propriedades mais curiosas do colagénio é a sua simplicidade constitutiva: é formado em torno de 30% de prolina e cerca de 30% de glicina ; os outros 18 aminoácidos devem compartilhar apenas os 40% restantes da estrutura da proteína. A sequência de aminoácidos do colágeno é notavelmente regular: a cada três resíduos, o terceiro é a glicina.
A prolina é um aminoácido cíclico no qual o grupo R se liga ao nitrogênio α-amino e isso dá uma certa rigidez.
A estrutura final é uma cadeia repetitiva que tem a forma de uma hélice; dentro da cadeia de colágeno, não há ligações de hidrogênio. O colágeno é uma hélice esquerda com passo (correspondente a uma volta da hélice) maior que a hélice; a hélice de colágeno é tão frouxa que três cadeias de proteínas são capazes de se envolver em torno de si formando uma única corda: estrutura de hélice tripla.
A tripla hélice do colágeno é, no entanto, menos estável do que a estrutura da hélice α e da folha β.
Vamos agora olhar para o mecanismo pelo qual o colágeno é produzido ; considere, por exemplo, a ruptura de um vaso sanguíneo: essa ruptura é acompanhada por uma miríade de sinais para fechar o vaso e formar o coágulo. Coagulação requer pelo menos trinta enzimas especializadas. Após a coagulação, o tecido deve ser reparado; Células próximas à ferida também produzem colágeno. Para fazer isso, primeiro a expressão de um gene é induzida, ou seja, os organismos começam a operar a partir da informação de um gene, eles são capazes de produzir a proteína (a informação genética é transcrita no mRNA que sai do núcleo e atinge os ribossomos no citoplasma, onde a informação genética é traduzida em proteína). Portanto, o colágeno é sintetizado nos ribossomos (aparece como uma hélice esquerda composta de cerca de 1.200 aminoácidos e tendo um peso molecular de cerca de 150000 d) e depois se acumula nos lúmens onde se torna um substrato para enzimas capazes de fazer modificações -translações (modificações da linguagem traduzida do mRNA); no colágeno, essas modificações consistem na oxidação de algumas cadeias laterais, especialmente de prolina e lisina.
A falha das enzimas que levam a essas alterações causa escorbuto: é uma doença que causa, inicialmente, a quebra dos vasos sangüíneos, a quebra dos dentes aos quais podem ocorrer hemorragias interintestinais e morte; pode ser causado pelo uso contínuo de alimentos de longa duração.
Posteriormente, devido à ação de outras enzimas, ocorrem outras alterações que consistem na glicosidação dos grupos hidroxila da prolina e da lisina (ao oxigênio do OH está ligado um açúcar); estas enzimas são encontradas em outras zonas além da luz, enquanto a proteína sofre modificações, migra dentro do retículo endoplasmático para acabar em sacos (vesículas) que se fecham sobre si mesmos e saem da rede: dentro deles estão contidos. o monômero do pró-colágeno glicosídico; o último atinge o complexo de Golgi onde certas enzimas reconhecem a cisteína presente na parte terminal carboxi do glicosidato pró-colágeno e fazem com que as diferentes cadeias se aproximem umas das outras e formem pontes dissulfeto: obtendo assim três Colágeno de glicosídeo ligado e este é o ponto de partida de que as três cadeias, interpenetrando, então espontaneamente, dão origem à hélice tripla. As três cadeias de pró-colágeno-glioxeto coladas umas às outras atingem, em seguida, uma vesícula que, estrangulando-se, se desprende do aparelho de Golgi transportando as três cadeias para a periferia da célula onde, através da fusão com a membrana plasmática, o aparador é ejetado da célula.
No espaço extracelular, há enzimas particulares, as peptidases pró-colágeno, que removem da espécie ejetada da célula três fragmentos (um para cada hélice) de 300 aminoácidos cada, da parte terminal de carboxila e três fragmentos (um para cada hélice) de cerca de 100 aminoácidos cada, no lado aminoterminal: continua a ser uma hélice tripla constituída por cerca de 800 aminoácidos para a hélice conhecida como tropocollagene .
O tropocolágeno tem a aparência de um bastão bastante rígido; os diferentes trímeros estão associados a ligações covalentes para dar estruturas maiores: microfibrilas . Nas microfibrilas, os vários trímeros são dispostos de maneira deslocada; muitas microfibrilas constituem feixes de tropocolágeno.
Nos ossos, entre as fibras de colágeno, existem espaços intersticiais nos quais se depositam sulfatos e fosfatos de cálcio e magnésio: esses sais também cobrem todas as fibras; isso faz com que os ossos fiquem rígidos.
Nos tendões, os espaços intersticiais são menos ricos em cristais que os ossos, enquanto há proteínas menores que o tropocolágeno: isso dá elasticidade aos tendões.
A osteoporose é uma doença causada pela falta de cálcio e magnésio, o que impossibilita a fixação dos sais nas áreas intersticiais das fibras do tropocolágeno.
