A estrutura terciária de uma proteína é a maneira pela qual uma cadeia polipeptídica é dobrada no espaço tridimensional. Essa conformação surge devido à formação de ligações químicas entre radicais de aminoácidos distantes um do outro. Este processo é realizado com a participação dos mecanismos moleculares da célula e desempenha um papel importante na atividade funcional das proteínas.
Características da estrutura terciária
Os seguintes tipos de interações químicas são característicos da estrutura terciária das proteínas:
- ionic;
- hidrogênio;
- hidrofóbico;
- van der Waals;
- dissulfeto.
Todas essas ligações (exceto o dissulfeto covalente) são muito fracas, porém, devido à quantidade que estabilizam a forma espacial da molécula.
Na verdade, o terceiro nível de dobramento das cadeias polipeptídicas é uma combinação de vários elementos da estrutura secundária (α-hélices; camadas β-pregueadas eloops), que são orientados no espaço devido a interações químicas entre radicais de aminoácidos laterais. Para indicar esquematicamente a estrutura terciária de uma proteína, as α-hélices são indicadas por cilindros ou linhas espirais, camadas dobradas por setas e alças por linhas simples.
A natureza da conformação terciária é determinada pela sequência de aminoácidos na cadeia, de modo que duas moléculas com a mesma estrutura primária em iguais condições corresponderão à mesma variante de empacotamento espacial. Essa conformação garante a atividade funcional da proteína e é chamada de nativa.
Durante o dobramento da molécula de proteína, os componentes do centro ativo se aproximam, o que na estrutura primária pode ser significativamente removido um do outro.
Para proteínas de fita simples, a estrutura terciária é a forma funcional final. Proteínas complexas de múltiplas subunidades formam uma estrutura quaternária que caracteriza o arranjo de várias cadeias em relação umas às outras.
Caracterização de ligações químicas na estrutura terciária de uma proteína
Em grande medida, o dobramento da cadeia polipeptídica é devido à proporção de radicais hidrofílicos e hidrofóbicos. Os primeiros tendem a interagir com o hidrogênio (elemento constituinte da água) e, portanto, estão na superfície, enquanto as regiões hidrofóbicas, ao contrário, correm para o centro da molécula. Esta conformação é energeticamente a mais favorável. NOo resultado é um glóbulo com um núcleo hidrofóbico.
Os radicais hidrofílicos, que, no entanto, caem no centro da molécula, interagem entre si para formar ligações iônicas ou de hidrogênio. As ligações iônicas podem ocorrer entre radicais de aminoácidos de cargas opostas, que são:
- grupos catiônicos de arginina, lisina ou histidina (têm carga positiva);
- Grupos carboxílicos dos radicais ácido glutâmico e aspártico (têm carga negativa).
As ligações de hidrogênio são formadas pela interação de grupos hidrofílicos não carregados (OH, SH, CONH2) e carregados. As ligações covalentes (as mais fortes na conformação terciária) surgem entre os grupos SH dos resíduos de cisteína, formando as chamadas pontes dissulfeto. Normalmente, esses grupos são espaçados em uma cadeia linear e se aproximam apenas durante o processo de empilhamento. As ligações dissulfeto não são características da maioria das proteínas intracelulares.
Labilidade conformacional
Como as ligações que formam a estrutura terciária de uma proteína são muito fracas, o movimento browniano dos átomos em uma cadeia de aminoácidos pode fazer com que eles se quebrem e se formem em novos lugares. Isso leva a uma ligeira mudança na forma espacial de seções individuais da molécula, mas não viola a conformação nativa da proteína. Este fenômeno é chamado de labilidade conformacional. Este último desempenha um grande papel na fisiologia dos processos celulares.
A conformação da proteína é influenciada por suas interações com outrasmoléculas ou alterações nos parâmetros físicos e químicos do meio.
Como é formada a estrutura terciária de uma proteína
O processo de dobrar uma proteína em sua forma nativa é chamado de dobramento. Este fenômeno é baseado no desejo da molécula de adotar uma conformação com um valor mínimo de energia livre.
Nenhuma proteína precisa de instrutores intermediários que determinarão a estrutura terciária. O padrão de postura é inicialmente "gravado" na sequência de aminoácidos.
No entanto, em condições normais, para que uma grande molécula de proteína adote uma conformação nativa correspondente à estrutura primária, levaria mais de um trilhão de anos. No entanto, em uma célula viva, esse processo dura apenas algumas dezenas de minutos. Essa redução significativa no tempo é proporcionada pela participação no dobramento de proteínas auxiliares especializadas - dobrases e chaperonas.
O dobramento de pequenas moléculas de proteínas (até 100 aminoácidos em uma cadeia) ocorre de forma bastante rápida e sem a participação de intermediários, o que foi demonstrado por experimentos in vitro.
Fatores de dobragem
As proteínas auxiliares envolvidas no dobramento são divididas em dois grupos:
- foldases - têm atividade catalítica, são necessárias em uma quantidade significativamente inferior à concentração do substrato (como outras enzimas);
- chaperones - proteínas com uma variedade de mecanismos de ação, necessárias em uma concentração comparável à quantidade de substrato dobrado.
Ambos os tipos de fatores participam da dobra, mas não estão incluídos noproduto final.
O grupo de dobrases é representado por 2 enzimas:
- Protein dissulfeto isomerase (PDI) - controla a correta formação de pontes dissulfeto em proteínas com um grande número de resíduos de cisteína. Essa função é muito importante, pois as interações covalentes são muito fortes e, no caso de conexões errôneas, a proteína não seria capaz de se rearranjar e assumir uma conformação nativa.
- Peptidil-prolil-cis-trans-isomerase - proporciona uma mudança na configuração dos radicais localizados nas laterais da prolina, o que altera a natureza da curva da cadeia polipeptídica nesta área.
Assim, as dobrases desempenham um papel corretivo na formação da conformação terciária da molécula da proteína.
Acompanhantes
As chaperonas também são chamadas de proteínas de choque térmico ou estresse. Isso se deve a um aumento significativo de sua secreção durante os efeitos negativos sobre a célula (temperatura, radiação, metais pesados, etc.).
As chaperonas pertencem a três famílias de proteínas: hsp60, hsp70 e hsp90. Essas proteínas desempenham muitas funções, incluindo:
- Proteção de proteínas contra desnaturação;
- exclusão da interação de proteínas recém-sintetizadas entre si;
- prevenindo a formação de ligações fracas incorretas entre radicais e sua labialização (correção).
Assim, os acompanhantes contribuem para a rápida aquisição da conformação energeticamente correta, excluindo a enumeração aleatória de muitas opções e protegendo ainda não madurosmoléculas de proteína de interação desnecessária entre si. Além disso, os acompanhantes fornecem:
- alguns tipos de transporte de proteínas;
- controle de redobragem (restauração da estrutura terciária após sua perda);
- mantendo um estado de dobramento inacabado (para algumas proteínas).
Neste último caso, a molécula chaperona permanece ligada à proteína no final do processo de dobramento.
Desnaturação
A violação da estrutura terciária de uma proteína sob a influência de quaisquer fatores é chamada de desnaturação. A perda da conformação nativa ocorre quando um grande número de ligações fracas que estabilizam a molécula é quebrada. Nesse caso, a proteína perde sua função específica, mas mantém sua estrutura primária (as ligações peptídicas não são destruídas durante a desnaturação).
Durante a desnaturação, ocorre um aumento espacial na molécula de proteína, e áreas hidrofóbicas voltam à superfície. A cadeia polipeptídica adquire a conformação de uma bobina aleatória, cuja forma depende de quais ligações da estrutura terciária da proteína foram quebradas. Nesta forma, a molécula é mais suscetível aos efeitos das enzimas proteolíticas.
Fatores que violam a estrutura terciária
Existem várias influências físicas e químicas que podem causar desnaturação. Estes incluem:
- temperatura acima de 50 graus;
- radiação;
- alterando o pH do meio;
- sais de metais pesados;
- alguns compostos orgânicos;
- detergentes.
Após o término do efeito desnaturante, a proteína pode restaurar a estrutura terciária. Este processo é chamado de renaturação ou redobramento. Sob condições in vitro, isso só é possível para proteínas pequenas. Em uma célula viva, a redobragem é fornecida por acompanhantes.
