Et t dáiEstruturasecundária … · 2012. 8. 14. · FFI0776ModelaModelageme...
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FFI0776�FFI0776��� Modelagem�e�Modelagem�e�ggEngenharia�de�ProteínasEngenharia�de�Proteínas
Prof. Rafael V. C. GuidoProf. Rafael V. C. GuidoProf.�Rafael�V.�C.�GuidoProf.�Rafael�V.�C.�[email protected]@ifsc.usp.br
Aula�01Aula�01Bacharelado em Ciências Físicas e BiomolecularesBacharelado em Ciências Físicas e BiomolecularesBacharelado�em�Ciências�Físicas�e�BiomolecularesBacharelado�em�Ciências�Físicas�e�Biomoleculares
Instituto�de�Física�de�São�Carlos�Instituto�de�Física�de�São�Carlos��� USPUSP
ObjetivosObjetivos
• Visualização�e�representação�de�estruturas• Estrutura de proteínasEstrutura�de�proteínas
– Estrutura�primáriaE t t dá i– Estrutura�secundária
– Estrutura�terciária– Estrutura�quaternária
Visualização e Representação deVisualização e Representação deVisualização�e�Representação�de�Visualização�e�Representação�de�EstruturasEstruturasEstruturasEstruturas
HistóriaHistória
John Kendrew e Max Perutz eJohn�Kendrew�e�Max�Perutz�e�os�modelos�3D�de�proteínas�
JonhJonh Kendrew�Kendrew�–– MioglobinaMioglobina (1958)(1958) Max�Perutz�Max�Perutz�–– Hemoglobina�(1960)Hemoglobina�(1960)
Visualização�dos�mapas�de�densidade�Visualização�dos�mapas�de�densidade�eletrônicaeletrônicaeletrônicaeletrônica
Kendrew et al Nature 1958 181 662Kendrew et al, Nature,1958, 181,�662
lPerutz et al,�Nature,�1960, 185,�416
Visualização�dos�mapas�de�densidade�Visualização�dos�mapas�de�densidade�eletrônicaeletrônicaeletrônicaeletrônica
Visualização�dos�mapas�de�densidade�Visualização�dos�mapas�de�densidade�eletrônicaeletrônica
• Avanços�nos�hardwares
eletrônicaeletrônica
ç– Refinamento�de�estruturas�cristalográficas�no�espaço�real,�
visualização�de�densidades�eletrônicasFRODO (Al J 1978)• FRODO�(Alwyn Jones,�1978);
• O (Jones�et al.,�1991)( l )• Coot�(Emsley &�Cowtan,�2004)
PymolPymol
• http://www pymol org�http://www.pymol.org•�Livre�até�a�versão�0.99.• Após a versão 1 0 livre para fins educacionais•�Após�a�versão�1.0,�livre�para�fins�educacionais
Superfície�Superfície� Superfície�colorida�por�tipo�de�átomoSuperfície�colorida�por�tipo�de�átomo
CCNNOOSS
EsferasEsferas
CCNNOOSS
Esferas�e�bastõesEsferas�e�bastões
CCNNOOSS
BastõesBastões
CCNNOOSS
LinhasLinhas
CCNNOOSS
Cadeia�principal�(CCadeia�principal�(C��)) Cadeia�principal�(CCadeia�principal�(C��)�colorido�de�acordo�com�)�colorido�de�acordo�com�a estrutura secundáriaa estrutura secundáriaa�estrutura�secundáriaa�estrutura�secundária
Hélice��Folha��AlAlça
FitasFitas
Hélice��Folha��AlAlça
FitasFitas
Hélice��Folha��AlAlça
Visão�GeralVisão�Geral
Hélice��Folha��AlAlça
Visão�GeralVisão�Geral
Representações�de�proteínasRepresentações�de�proteínas
Estrutura�de�Proteínas
Proteínas�Proteínas��� DefiniçãoDefinição
íí ííProteínasProteínas sãosão polímerospolímeros dedeaminoácidosaminoácidos unidosunidos entreentre sisiaminoácidosaminoácidos unidosunidos entreentre sisiatravésatravés dede ligaçõesligações peptídicaspeptídicas
Os�20�aminoácidosOs�20�aminoácidos
Organização�estruturalOrganização�estrutural
AsAs proteínasproteínas sãosão organizadasorganizadas eedescritasdescritas emem quatroquatro níveisníveis hierárquicoshierárquicosdede complexidadecomplexidade sendosendo cadacada nívelníveldede complexidade,complexidade, sendosendo cadacada nívelnívelrepresentadorepresentado dede formaforma distintadistinta
Organização�estruturalOrganização�estrutural
Estrutura�PrimáriaEstrutura�Primária
A�estrutura�primária�consiste�na�descrição�sequencial dos�resíduos�de�á í
N C
aminoácidos�presentes�na�cadeia�polipeptídica
Sequência�de�aminoácidos
N C
Ligação peptídicaLigação peptídica
Conformação�da�cadeia�polipeptídicaConformação�da�cadeia�polipeptídica
• A�ligação�peptídica�é�planar�(características�de�dupla�ligação�parcial);
Difícil de girar (�)estruturaestrutura
planar
• Ligações�do�tipo�cis (� ��0o)�e trans (� ��180o);• Isômero�trans é�mais�estável;• A�diferença�de�energia�entre�a�forma�cis e�trans é�bastante�grande�(85�KJ/mol);
Cadeia�principalCadeia�principal
A�cadeia�principal�possui�liberdade�de�rotação�somente�ao�redor�das�ligações formadas pelo C� ou seja:ligações�formadas�pelo�C�,�ou�seja:
• N�C� =��(Phi)• C��C =� (Psi)• C��C�=���(Psi)
O ângulo � possui apenas dois grausO�ângulo�� possui�apenas�dois�graus�de�liberdade�conformacional�0o e�180o• C�N�=�� (Omega)( g )
Ângulos�internos�Ângulos�internos��� e�e���
• A�conformação�da�cadeia�i i l d d íd éprincipal�de�cada�resíduo�é�
determinada�pelos�ângulos�� e��;g � �;• Algumas�combinações�de�� e���levam�a�conformações�ã itidnão�permitidas�
(impedimento�estérico);
Diagrama�de�RamachandranDiagrama�de�Ramachandran
• As�duas�grandes�regiões�Hélice�tripla�de�
correspondem�a���hélice e�folha��
Folhas��antiparalelas
Folhas �
pcolágeno
�Folhas��paralelas Folhas��
distorcidas���hélice�
(mão�esquerda)
��hélice�(mão direita)(mão�direita)
A�estrutura�secundária�ilustra�a�organização�dos�elementos�estruturais�estáveis�observados�em�uma�cadeia�polipeptídica
Exemplo�experimental�Exemplo�experimental�–– ConformaçõesConformações
Legenda:Regiões�permitidas�mais�favoráveisRegiões adicionaisRegiões�adicionais�permitidas
Regiões�generosamente�permitidas
Regiões�não�permitidas
Baseado�na�análise�de�118�estruturas de proteínas comestruturas�de�proteínas�com�resolução���2�Å�e�Rfactor <�20%
Um�bom�modelo�deve�apresentar�>�90%�dos�resíduos�em�regiões�permitidas�mais�favoráveis
Estrutura�secundáriaEstrutura�secundária
• As�estruturas�secundárias�de�proteínas�são�caracterizadas�pcomo�conformações�locais�estáveis�da�cadeia�polipeptídica;
• As�limitações�de�rotações�impostas�pela�ligação�peptídica�e�os�padrões�de�ligação�de�hidrogênio�determinam�as�p g ç gestruturas�secundárias�(conformações�locais)�possíveis�em�um�proteína;
• Dois�tipos�de�conformações�locais�são�predominantes�em�estruturas�de�proteínasp
��hélices�Folhas��
Ligações�de�hidrogênio�em�hélicesLigações�de�hidrogênio�em�hélices
27 ribbon• Hélices�são�originadas�a�partir�de�uma�
curvatura na cadeia principal que
A héli ã
27 ribbonLigação�de�H�=�n�– n+2Período�=�2,0�aa/volta
curvatura�na�cadeia�principal�que�determina�um�forma�helicoidal;
• As�hélices�são�estabilizadas�por�ligações�
de hidrogêniohélice�310 de�hidrogênio�(intramoleculares)�entre�os�resíduos�adjacentes�
10Ligação�de�H�=�n�– n+3Período�=�3,0�aa/volta
na�cadeia�principal,�onde,�o�oxigênio�da�carbonila (C=O) atua
� héliceLigação�de�H�=�n�– n+4 carbonila (C=O)�atua�
como�centro�receptor�e�o�nitrogênio�da�amida�(NH)�
g çPeríodo�=�3,6�aa/volta
g ( )como�centro�doador�de�
hidrogênio.� héliceLigação de H = n – n+5Ligação�de�H� �n� n+5Período�=�4,4�aa/volta
Estrutura�secundária�Estrutura�secundária�–– �� héliceshélices• Estrutura�regular�e�energeticamente�estável,�pois�todas�as��ligações�de�H�possíveis entre a cadeia principal são estabelecidas ao longo do eixo da hélice;possíveis�entre�a�cadeia�principal�são�estabelecidas�ao�longo�do�eixo�da�hélice;• O�comprimento�médio�das�� hélices�é�10�15�resíduos�(12�22�Å)
� +
� +
Ligação�de�H� +
Estrutura�Estrutura�secundária�secundária�–– folhas�folhas���• Folhas�� são�formadas�por�ligações�de�H�(intermoleculares)�entre�cadeias�polipeptídicas�
• Seções�das�cadeia�polipeptídica��que�pertencem�
(intermoleculares)�entre�cadeias�polipeptídicas�adjacentes;
as�folhas�� são�denominadas�fitas��;• O�comprimento�médio�das�folhas�� é�3�10�resíduos (7 30 Å)
Fitas�antiparalelas Fitas�paralelasresíduos�(7�30�Å).
� = �139o � 119o�� � 139
��=�135o��=��119o
��=�113o
Ligações�de�hidrogênio�em�folhas�Ligações�de�hidrogênio�em�folhas���
Fitas�paralelas
Fitas�antiparalelasp
Estrutura�secundária�Estrutura�secundária�–– folhas�folhas���
• Frequentemente,�proteínas�enoveladas�apresentam��a�maioria�das�folhas�� com�estrutura�distorcida�(0�30o);
90o90
Estrutura�secundária�Estrutura�secundária�–– alçasalças• Aproximadamente�1/3�dos�resíduos�de�uma�proteína�globular�estão�envolvidos�em regiões de alça;em�regiões�de�alça;• Frequentemente�as�alças�são�observadas�conectando�folhas�� antiparalelas.�Nestes�casos,�são�denominadas�alça�� ou�“grampo��”�(��hairpin);• Aproximadamente�70%�das�alças�� são�compostas�por�até�7�resíduos.
Porcentagem�Porcentagem�de�de�héliceshélices���� e�folhase�folhas���� em�em�proteínasproteínasproteínasproteínas
Estrutura�SecundáriaEstrutura�Secundária Estrutura�Secundária�Estrutura�Secundária��� TopologiaTopologia
Domínio�de� Domínio�de�Ligação�do�
Cofator�(NAD+)Ligação�do�Substrato
EstruturasEstruturas supersecundáriassupersecundárias((motivosmotivos estruturaisestruturais))((motivosmotivos estruturaisestruturais))
Barril �
Chave grega
Estrutura�TerciáriaEstrutura�Terciária
A�estrutura�terciária�envolve�a�organização�estrutural�3D�referente�ao�enovelamento�da�proteína�(topologia)
Hidroximetil�glutaril� Proteína verdeProtease�de�HIVgcoenzima�A�redutase
(HMGR)
Proteína�verde�fluorescente
(GFP)
Interações�Interações�–– Estrutura�terciáriaEstrutura�terciária Estrutura�QuaternáriaEstrutura�Quaternária
DímeroDímero TetrâmeroTetrâmero
TrímeroTrímero
Interações�Interações�–– Estrutura�quaternáriaEstrutura�quaternária Estrutura�QuaternáriaEstrutura�Quaternária
DodecâmeroDodecâmeroDecâmeroDecâmero
Estrutura�QuaternáriaEstrutura�Quaternária
Vírus da poliomeliteVírus�da�poliomelite
EstruturaEstrutura de�de�proteínasproteínas e�e�análiseanálise de�de�textotexto
TCGHY aminoácidoletras
abcdeTCGHYletras
estrutura�secundáriapalavras
estrutura supersecundáriaestrutura�supersecundáriafrases
estrutura�terciáriacapítulocapítulo
estrutura�quaternárialivro�completo