A LIBERDADE... A VONTADE... "UMA PROTEÍNA ABALA o REINO UNIDO" - 2ª parte do 2º "capítulo".
A LIBERDADE... A VONTADE... “UMA PROTEÍNA ABALA o REINO UNIDO” – 2º “capítulo”.
O QUE SÃO PROTEÍNAS? – 2ª parte do 2º “capítulo”.
SÍNTESE QUÍMICA.
As PROTEÍNAS curtas podem também ser sintetizadas quimicamente através de uma série de métodos denominados síntese de peptídeos, os quais têm por base técnicas de síntese orgânica de elevado rendimento na produção de peptídeos.
A síntese química permite a introdução de AMINOÁCIDOS não NATURAIS nas cadeias de peptídeos.
Estes métodos são úteis em laboratórios de bioquímica e biologia celular, embora não se adequem à produção comercial.
A síntese química não é eficiente para polipeptídeos maiores do que 300 AMINOÁCIDOS, e as PROTEÍNAS sintetizadas podem não assumir imediatamente a sua estrutura terciária nativa.
Grande parte dos métodos de síntese química realiza-se a partir do C-terminal em direção ao N-terminal, ao contrário da REAÇÃO BIOLÓGICA NATURAL.
ESTRUTURA.
“Foto: Estrutura cristalina da chaperona. As chaperonas auxiliam o enovelamento de PROTEÍNAS”.
“Foto: Três representações possíveis da estrutura tridimensional da PROTEÍNA triose-fosfato isomerase. À esquerda: - Representação dos átomos, colorida em função do tipo de átomo. Ao centro: - Representação simplificada que ilustra a conformação da cadeia principal, colorida em função da estrutura secundária. À direita: - Representação da superfície colorida em função do tipo de resíduo (a vermelho os resíduos ácidos, a azul os resíduos base, a verde os resíduos polares e a branco os resíduos não polares)”.
A maior parte das PROTEÍNAS enovela-se em estruturas tridimensionais distintas.
A forma para a qual uma PROTEÍNA se enovela naturalmente é denominada conformação nativa.
Embora haja muitas PROTEÍNAS capazes de se enovelar sem assistência, meramente através das propriedades químicas dos seus AMINOÁCIDOS, há outras que necessitam do auxílio de chaperonas moleculares de modo a se poderem enovelar para a sua conformação nativa.
As PROTEÍNAS podem ter 04 (quatro) tipos de estruturas dependendo do tipo de AMINOÁCIDOS, do tamanho da cadeia e da configuração espacial da cadeia polipeptídica: - Estrutura primária, secundária, terciária e quaternária.
As PROTEÍNAS não são moléculas completamente rígidas.
Para além destes níveis estruturais, as PROTEÍNAS podem alternar entre várias estruturas enquanto desempenham as suas funções.
No contexto destas alterações funcionais, estas estruturas terciárias ou quaternárias são muitas vezes denominadas "conformações", e as transições entre cada uma delas são denominadas "alterações conformacionais".
Estas alterações são frequentemente induzidas pela ligação de uma molécula substrato ao sítio ativo de uma enzima – a região física da PROTEÍNA que participa na catálise química.
“Foto: Superfície molecular de várias PROTEÍNAS mostrando o seu tamanho relativo. Da esquerda para a direita: - Imunoglobulina G (um anticorpo), Hemoglobina, Insulina (uma hormona), Adenilato cinase (uma enzima) e Glutamina sintase (uma enzima)”.
Observação do escriba: - Em outro artigo já tivemos a oportunidade de dizer que a INSULINA é uma PROTEÍNA. A palavra hormona significa hormônio. Portanto a Insulina é um HORMÔNIO PROTEICO.
As PROTEÍNAS podem ser divididas informalmente em três classes principais, de acordo com as estruturas terciárias mais comuns: - PROTEÍNAS globulares, PROTEÍNAS fibrilares e PROTEÍNAS membranares.
Praticamente todas as PROTEÍNAS globulares são solúveis e grande parte são enzimas.
As PROTEÍNAS fibrilares são muitas vezes estruturais, como é o caso do colágeno, o principal componente do tecido conjuntivo, ou a queratina, a PROTEÍNA constituinte do cabelo e das unhas.
As PROTEÍNAS membranares atuam muitas vezes como receptores ou proporcionam canais para que as moléculas possam atravessar a membrana celular.
ESTRUTURA PRIMÁRIA.
É a sequência linear de AMINOÁCIDOS ao longo da cadeia polipeptídica da PROTEÍNA.
É o nível estrutural mais simples e mais importante, pois dele deriva todo o arranjo espacial da molécula.
É específica para cada PROTEÍNA, sendo, geralmente, determinada geneticamente.
A estrutura primária da PROTEÍNA resulta numa longa cadeia de AMINOÁCIDOS, com uma extremidade "amino terminal" e uma extremidade "carboxi terminal".
ESTRUTURA SECUNDÁRIA.
É a forma como os AMINOÁCIDOS se organizam entre si na sequência primária da PROTEÍNA.
Ocorre graças à possibilidade de rotação das ligações entre os carbonos alfa dos AMINOÁCIDOS e os seus grupos amina e carboxilo.
O arranjo secundário de uma cadeia polipeptídica pode ocorrer de forma regular.
Isso acontece quando os ângulos das ligações entre carbonos alfa e seus ligantes são iguais e se repetem ao longo de um segmento da molécula.
A cadeia polipeptídica pode interagir com ela própria através de duas formas principais: - Pela formação das alfa-hélices e das folhas-beta.
Além destas existem estruturas que não são nem hélices nem folhas chamadas laços (loops).
- Alfa-hélice: - Presente na estrutura secundária dos níveis de organização das PROTEÍNAS. São estruturas cilíndricas estabilizadas por pontes de hidrogênio entre AMINOÁCIDOS. As cadeias laterais dos AMINOÁCIDOS encontram-se viradas para fora. Existem várias formas de como as hélice alfa podem organizar-se. Na alfa-hélice a espinha dorsal polipeptídica é torcida numa hélice virada à direita.
- Folha-beta: - Padrão estrutural encontrado em várias PROTEÍNAS, nas quais regiões vizinhas da cadeia polipeptídica associam-se por meio de ligações de hidrogênio, resultando numa estrutura achatada e rígida. Esta é também uma estrutura estável na qual os grupos polares da cadeia polipeptídica associam-se por meio de ligações de hidrogênio um ao outro.
- Laços: - São secções da sequência que se ligam aos outros dois tipos de estrutura secundária. Em contraste com hélices e folhas, que formam o núcleo da PROTEÍNA, laços não são estruturas regulares e ficam fora da PROTEÍNA dobrada.
ESTRUTURA TERCIÁRIA.
A estrutura terciária é a forma como determinada molécula de PROTEÍNA se organiza no espaço.
Corresponde ao movimento, à organização das alfa-hélices, fitas b e voltas no espaço tridimensional, definido por coordenadas atômicas.
Resulta do enovelamento das hélices e das folhas pregueadas de uma estrutura secundária e é mantida nessa posição por interações hidrófugas e hidrófilas.
ESTRUTURA QUATERNÁRIA.
A estrutura quaternária de uma PROTEÍNA refere-se à união de várias moléculas PROTEICAS enoveladas num complexo multi-PROTEICO.
A interação entre as moléculas é realizada através de ligações não covalentes.
DETERMINAÇÃO da ESTRUTURA.
A descoberta da estrutura terciária de uma PROTEÍNA, ou da estrutura quaternária dos seus complexos, pode fornecer dados importantes acerca da forma como a PROTEÍNA realiza a sua função.
Entre os métodos mais comuns para determinar a estrutura estão a cristalografia de raios X e a ressonância magnética nuclear de PROTEÍNAS (RMN), ambas capazes de produzir dados à escala atômica.
No entanto, a RMN pode disponibilizar dados a partir dos quais é possível determinar as distâncias entre subconjuntos de pares de átomos, permitindo assim determinar todas as conformações finais possíveis de determinada PROTEÍNA.
A interferometria de dupla polarização é um método analítico que permite medir a conformação e as alterações conformacionais das PROTEÍNAS em função de interações ou de outros estímulos.
O dicroísmo circular é outra técnica laboratorial que permite determinar a composição das PROTEÍNAS a nível de hélices e folhas beta.
A crio-microscopia eletrônica (crio-EM) é usada para produzir informação de baixa resolução sobre complexos PROTEICOS de grande dimensão, entre os quais VÍRUS.
Uma variante denominada cristalografia eletrônica é, em alguns casos, capaz de produzir informação de elevada resolução, em particular nos cristais bidimensionais de PROTEÍNAS membranares.
As estruturas resolvidas são geralmente acrescentadas ao Protein Data Bank (PDB), um recurso disponível gratuitamente que permite consultar os dados estruturais de milhares de PROTEÍNAS.
Conhece-se um número muito maior de sequências genéticas do que estruturas PROTEICAS.
Além disso, o conjunto de estruturas resolvidas tende a focar-se naquelas que podem ser facilmente adequadas às condicionantes da cristalografia de raio X.
As PROTEÍNAS globulares, em particular, são as mais fáceis de preparar para a cristalografia de raio X, enquanto as PROTEÍNAS membranares são difíceis de cristalizar e comparativamente pouco representadas no PDB.
As iniciativas de genômica estrutural têm vindo a tentar corrigir esta assimetria através da resolução sistemática das estruturas representativas das principais classes de enovelamento.
Para além disso, existem ainda métodos de previsão de estruturas PROTEICAS que tentam fornecer uma estrutura plausível para PROTEÍNAS cujas estruturas ainda não foram determinadas experimentalmente.
FUNÇÕES CELULARES.
“Foto: Modelo molecular da enzima hexoquinase. No canto superior direito estão representados, à mesma escala, dois dos seus substratos: - A ATP e a glicose”.
As PROTEÍNAS são os principais intervenientes no interior das CÉLULAS, realizando as tarefas determinadas pela informação codificada nos genes.
Excetuando determinados tipos de RNA, a maior parte das restantes moléculas biológicas são elementos relativamente inertes nos quais as PROTEÍNAS atuam.
As PROTEÍNAS são também o principal componente CELULAR. Por exemplo, metade do peso de uma CÉLULA de Escherichia coli corresponde a PROTEÍNAS, enquanto outras macromoléculas como o DNA e o RNA correspondem apenas a 3% e 20% do peso, respectivamente.
O conjunto de PROTEÍNAS que podem ser expressas numa determinada CÉLULA ou tipo CELULAR é denominado PROTEOMA.
A principal característica das PROTEÍNAS, a qual também permite que exerçam um conjunto alargado de funções, é a sua capacidade de ligarem a si outras moléculas, de forma estável e específica.
A região da PROTEÍNA responsável pela agregação de outras moléculas é denominada sítio de ligação, a qual geralmente corresponde a uma depressão na superfície molecular da PROTEÍNA.
Esta capacidade de ligação é mediada pela estrutura terciária da PROTEÍNA, a qual define a região de ligação, e pelas propriedades químicas das cadeias de AMINOÁCIDOS laterais.
As ligações PROTEICAS podem ser extremamente específicas. Por exemplo, a PROTEÍNA inibidora da ribonuclease liga-se à angiogenina humana, mas não se liga à sua homóloga anfíbia rampirnase.
Há variações químicas extremamente sutis que, por vezes, podem ser o suficiente para eliminar por completo a possibilidade de ligação PROTEICA.
Por exemplo, o aminoacil-RNAt sintetase específico do AMINOÁCIDO valina não é capaz de se ligar à cadeia lateral do AMINOÁCIDO isoleucina, muito similar.
As PROTEÍNAS podem-se ligar não só a outras PROTEÍNAS, como também a substratos de pequenas moléculas.
Quando as PROTEÍNAS se ligam especificamente a outras cópias da mesma molécula, são capazes de se oligomerizar para formar fibrilas.
Este processo ocorre frequentemente em PROTEÍNAS estruturais constituídas por monômeros globulares que se associam entre si para formar fibras rígidas.
As interações entre PROTEÍNAS regulam também a atividade enzimática, controlam a progressão ao longo do ciclo CELULAR e permitem a formação de complexos PROTEICOS que desempenham diversas reações no âmbito de uma mesma função biológica.
As PROTEÍNAS também se ligam a membranas CELULARES.
A capacidade de ligarem a si parceiros que induzem alterações conformacionais nas PROTEÍNAS permite a construção de redes de sinalização CELULAR extremamente complexas.
Uma vez que as interações entre PROTEÍNAS são reversíveis, e dependem da disponibilidade de diferentes grupos de PROTEÍNAS para formar agregados capazes de desempenhar um conjunto alargado de funções, o estudo das interações entre PROTEÍNAS específicas é fundamental para compreender aspetos importantes da função CELULAR e, por fim, as propriedades que distinguem diferentes tipos de CÉLULAS.
ENZIMÁTICA.
Ver artigo principal: Enzima.
As PROTEÍNAS podem atuar na CÉLULA enquanto enzimas, as quais são catalisadoras de reações químicas.
As enzimas são, regra geral, extremamente específicas e aceleram apenas uma única ou muito poucas reações químicas.
As enzimas realizam a maior parte das reações que fazem parte do metabolismo e manipulam o DNA em vários processos, como a replicação de DNA, reparação de DNA e transcrição genética.
Algumas enzimas atuam sobre outras PROTEÍNAS no sentido de acrescentar ou remover grupos químicos, um processo denominado modificação pós-translacional.
São conhecidas cerca de 4.000 reações químicas catalisadas por enzimas.
A taxa de aceleração proporcionada pela catálise é muitas vezes imensa, podendo chegar a valores na magnitude de 1017 em relação à reação não catalisada, o que faz com que um processo que naturalmente demoraria 78 milhões de anos, com a enzima seja completo em apenas 18 milissegundos.
Os compostos químicos que sofrem reações enzimáticas são denominados substratos.
Embora as enzimas possam ser constituídas por centenas de AMINOÁCIDOS, só uma pequena percentagem dos resíduos é que entra em contato com o substrato e uma percentagem ainda mais pequena – três a quatro resíduos, em média – é que está diretamente envolvida na catálise.
PROTEÍNAS ESTRUTURAIS.
As PROTEÍNAS estruturais conferem rigidez a componentes biológicos que, de outra forma, seriam apenas fluidos.
A maior parte das PROTEÍNAS estruturais são PROTEÍNAS fibrilares.
Por exemplo, o colágeno e a elastina são componentes fundamentais do tecido conjuntivo, como a cartilagem, enquanto a queratina está presente em estruturas duras como o cabelo, unhas, penas, cascos e algumas carapaças animais.
Algumas PROTEÍNAS globulares podem também desempenhar funções estruturais.
Por exemplo, a actina e a tubulina são globulares e solúveis enquanto monômeros, mas são capazes de se polimerizar nas fibras rígidas e longas que formam o citoesqueleto, o qual permite à célula manter a sua forma e tamanho.
Outras PROTEÍNAS que têm funções estruturais são as PROTEÍNAS motoras como a miosina, cinesina e a dineína, as quais são capazes de gerar força mecânica, como a que contrai os músculos.
Estas PROTEÍNAS são cruciais para a motilidade de organismos unicelulares e dos espermatozoides dos organismos multicelulares que se reproduzem através de reprodução sexuada.
SINALIZAÇÃO CELULAR e PROTEÍNAS LIGANTES.
“Foto: Representação tridimensional de um anticorpo para a cólera em ratos, o qual tem a si ligado um hidrato de carbono antígeno”.
Muitas das PROTEÍNAS estão envolvidas nos processos de sinalização CELULAR e transdução de sinal.
Algumas delas, como a Insulina, são PROTEÍNAS extracelulares que transmitem um sinal para outras CÉLULAS em tecidos distantes, a partir da CÉLULA onde são sintetizadas.
Outras são PROTEÍNAS membranares que atuam enquanto receptores, cuja principal função é ligar a si uma molécula sinalizadora e induzir uma resposta bioquímica na CÉLULA.
Muitos dos receptores têm na sua superfície um sítio de ligação e um domínio efetivo dentro da CÉLULA, o qual pode ter atividade enzimática ou sofrer alterações conformacionais que são detetadas por outras PROTEÍNAS no interior da CÉLULA.
Os anticorpos são componentes PROTEICOS do SISTEMA IMUNITÁRIO ADQUIRIDO, cuja função principal é ligar a si antígenos ou outras substâncias estranhas ao corpo, marcando-os para serem destruídos.
Os anticorpos podem ser segregados para o ambiente extracelular ou ancorados nas membranas de LINFÓCITOS B especializados, denominados PLASMÓCITOS.
Enquanto as enzimas são extremamente limitadas na sua capacidade de ligação, resumindo-se aos substratos necessários para realizar a sua função enzimática, os anticorpos não têm esta restrição, apresentando uma afinidade extremamente elevada.
Muitas das PROTEÍNAS que transportam ligantes são capazes de ligar a si pequenas biomoléculas, transportando-as para diferentes locais do corpo.
Estas PROTEÍNAS devem ter uma elevada afinidade de ligação nos casos em que o seu ligante esteja presente em elevada concentração, mas serem também capazes de libertar o ligante nos casos em que a sua concentração nos tecidos-alvo seja diminuta.
O exemplo canônico de uma PROTEÍNA ligante é a HEMOGLOBINA, a qual transporta o oxigênio dos pulmões para os restantes órgãos e tecidos em todos os vertebrados e tem homólogos em todos os reinos.
As PROTEÍNAS transmembranares atuam também enquanto PROTEÍNAS transportadoras de ligantes, capazes de alterar a permeabilidade da membrana CELULAR em relação a pequenas moléculas e a iões.
A própria membrana tem um núcleo hidrófugo, através do qual as moléculas polarizadas ou carregadas eletrônicamente não são capazes de se difundir.
As PROTEÍNAS membranares possuem canais internos que permitem a este tipo de moléculas entrar e sair da CÉLULA.
Muitas PROTEÍNAS com canais iônicos são especializadas no sentido de selecionar apenas um ião em particular.
Por exemplo, os canais de potássio e sódio muitas vezes aceitam apenas um dos dois iões.
DOENÇAS PROTEICAS.
A acumulação de PROTEÍNAS mal enoveladas pode causar doenças amilóides, um grupo de várias doenças comuns, entre as quais a Doença de Alzheimer, Doença de Parkinson e Doença de Huntington.
Observação do escriba: - O texto da Wikipédia deixa transparecer que o Mal de Alzheimer e o Mal de Parkinson são ocasionados pelo acúmulo de PROTEÍNAS.
O risco destas doenças aumenta significativamente com a idade.
À medida que o ser humano envelhece, o equilíbrio da síntese, enovelamento e degradação das PROTEÍNAS vai sofrendo distúrbios, o que provoca a acumulação de PROTEÍNAS mal enoveladas em agregados.
No entanto, as doenças causadas pela agregação de PROTEÍNAS mal enoveladas não são exclusivas do Sistema Nervoso Central e podem-se manifestar em tecidos periféricos, como no caso da Diabetes mellitus tipo 2, Cataratas hereditárias, algumas formas de Aterosclerose, distúrbios relacionados com a hemodiálise, Amiloidose, entre outras.
Os genes e produtos PROTEICOS envolvidos nestas doenças denominam-se amiloidogênicos e todas estas doenças têm em comum a expressão de uma PROTEINA fora do seu contexto normal.
Em todas estas doenças, a agregação de PROTEÍNAS pode ser causada por mero acaso, por hiperfosforilação PROTEICA, por mutações que tornam a PROTEÍNA instável ou ainda pelo aumento desregulado ou patológico da concentração de algumas destas PROTEÍNAS entre as CÉLULAS.
Estes desiquilíbrios na concentração podem ser causados por mutações dos genes amiloidogênicos, alterações na sequência de AMINOÁCIDOS da PROTEÍNA ou por deficiências no PROTEASSOMA.
MÉTODOS de ESTUDO.
As PROTEÍNAS são uma das MOLÉCULAS BIOLÓGICAS mais intensivamente estudadas, quer in vitro, in vivo ou in silico.
O estudo in vitro de PROTEÍNAS purificadas em ambiente controlado é útil na aprendizagem da forma como as PROTEÍNAS desempenham as suas funções.
Por exemplo, o estudo da cinética enzimática explora o mecanismo químico da atividade catalítica de uma enzima e a sua afinidade relativa em relação às possíveis moléculas do substrato.
Por outro lado, as experiências in vivo podem fornecer dados sobre o papel fisiológico da PROTEÍNA no contexto de uma CÉLULA ou de um ORGANISMO.
O estudo in silico recorre a MÉTODOS COMPUTACIONAIS para estudar PROTEÍNAS. (continuaremos a 3ª parte do 2º “capítulo”).
A luta contra a debilitante POLIOMIELITE (paralisia infantil) continua, e a luta a favor da inofensiva AUTO-HEMOTERAPIA (AHT), também continua.
Se DEUS nos permitir voltaremos outro dia ou a qualquer momento. Boa leitura, boa saúde, pensamentos positivos e BOM DIA.
ARACAJU, capital do Estado de SERGIPE (Ex-PAÍS do FORRÓ e futuro “PAÍS da BOMBA ATÔMICA”), localizado no BRASIL, Ex-PAÍS dos fumantes de CIGARROS e futuro “PAÍS dos MACONHEIROS”. Sábado, 02 de setembro de 2017.
Jorge Martins Cardoso – Médico – CREMESE – 573.
Fontes: (1) – Wikipédia. (2) – OUTRAS FONTES.