Estrutura terciária das proteínas

Mecanismo de formação da globula proteica

O processo de enovelamento proteico em uma globula compacta é determinado pela natureza química dos aminoácidos. A formação da estrutura ocorre em duas direções principais:

1. Formação do núcleo hidrofóbico. Radicais apolares (hidrofóbicos) de aminoácidos evitam o contato com a água. Eles se agregam no interior da molécula através de interações hidrofóbicas e forças de Van der Waals, formando um centro interno denso.
2. Formação do invólucro hidrofílico. Na superfície da proteína permanecem radicais hidrofílicos, que podem ser ionizados ou não ionizados. É exatamente esta superfície externa que entra em contato com o meio ambiente e garante a boa solubilidade das proteínas globulares em água.

Tipos de ligações na estrutura terciária

A forma espacial é mantida através de interações entre os radicais dos aminoácidos. Existem quatro tipos principais dessas ligações:

• Ligações iônicas — atração eletrostática entre grupos com cargas opostas.
• Pontas de hidrogênio — formam-se entre diferentes grupos hidrofílicos não carregados.
• Interações hidrofóbicas — adesão de radicais apolares no interior da globula.
• Pontes dissulfeto — ligações covalentes fortes que surgem com a oxidação e interação dos grupos SH de dois resíduos de cisteína. Elas servem para estabilizar adicionalmente a estrutura de algumas proteínas.

Nota: se resíduos hidrofílicos acabarem acidentalmente escondidos dentro do núcleo hidrofóbico, eles ainda são capazes de interagir entre si, formando ligações de hidrogênio ou iônicas.

Labilidade conformacional e homeostase

As interações iônicas, de hidrogênio e hidrofóbicas pertencem à categoria de ligações fracas. Sua energia excede apenas ligeiramente a energia do movimento térmico normal das moléculas. A conformação final da proteína é mantida devido a uma enorme quantidade de tais contatos fracos.

Os átomos dentro da molécula estão em movimento constante. Isso leva à quebra contínua de algumas ligações fracas e à formação de novas, o que causa deslocamentos locais de seções da cadeia. A capacidade da proteína de alterar ligeiramente sua forma é chamada de labilidade conformacional.

O estado funcional da molécula é chamado de conformação nativa. Sob condições de homeostase (constância do meio interno), a labilidade natural não impede que a proteína desempenhe suas funções. No entanto, se o meio interno muda drasticamente — por exemplo, ocorrem flutuações na concentração de prótons, íons de cálcio ou glicose —, a conformação da proteína é rompida, o que leva à perda de sua atividade funcional.

Domínios estruturais e sua dinâmica

Cadeias polipeptídicas longas frequentemente não formam uma única esfera, mas dobram-se em várias regiões compactas isoladas — os domínios. Cada domínio possui sua própria estrutura terciária independente e se assemelha a uma pequena proteína separada. A presença de domínios facilita significativamente o processo de dobramento correto de toda a molécula complexa.

Os domínios não são estáticos. Quando o centro ativo de uma enzima se liga a um ligante, os domínios podem mudar de posição. Um exemplo clássico é a enzima hexoquinase, que catalisa a transferência de um grupo fosfato do ATP para a glicose. Seu centro ativo está localizado na fenda entre dois domínios. Pelo mecanismo de "armadilha", quando a hexoquinase se liga a uma molécula de glicose, os domínios ao redor se fecham firmemente, fixando com segurança o substrato para a realização da reação química.

Classificação das proteínas globulares

Dependendo de quais estruturas secundárias estão presentes na molécula, as proteínas globulares são divididas em quatro categorias:

1. A primeira categoria inclui proteínas compostas exclusivamente por hélices $\alpha$. Exemplos marcantes são a mioglobina e a cadeia $\beta$ da hemoglobina. A característica dessas estruturas é a presença exata de oito hélices $\alpha$ em cada molécula.
2. A segunda categoria agrupa proteínas cuja estrutura apresenta tanto hélices $\alpha$ quanto folhas $\beta$. Este grupo inclui a triosefosfato isomerase e o domínio da piruvato quinase, estruturalmente semelhante a ela.

Resumo: perguntas e respostas sobre o tema

Questões de aulas e exames

O que mais estudar sobre o tema

• Características estruturais da cadeia $\beta$ da hemoglobina e da mioglobina
• Especificidade da reação enzimática da triosefosfato isomerase
• Efeito da concentração de íons de cálcio na conformação proteica
• Diferenças entre as duas categorias restantes de proteínas globulares
• Mecanismo de fosforilação da glicose no centro ativo da hexoquinase

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