Desnaturação de proteínas: fatores e consequências - Ciência - 2023

Contente

o desnaturação de proteína Consiste na perda da estrutura tridimensional devido a diversos fatores ambientais, como temperatura, pH ou determinados agentes químicos. A perda da estrutura resulta na perda da função biológica associada a essa proteína, seja ela enzimática, estrutural, transportadora, entre outras.

A estrutura da proteína é altamente sensível a mudanças. A desestabilização de uma única ligação de hidrogênio essencial pode desnaturar a proteína. Da mesma forma, existem interações que não são estritamente essenciais para cumprir a função da proteína e, se desestabilizadas, não têm efeito na função.

Estrutura das proteínas

Para entender os processos de desnaturação de proteínas, devemos saber como as proteínas são organizadas. Estes apresentam estrutura primária, secundária, terciária e quaternária.

Estrutura primária

É a sequência de aminoácidos que compõe a referida proteína. Os aminoácidos são os blocos de construção fundamentais que compõem essas biomoléculas e existem 20 tipos diferentes, cada um com propriedades físicas e químicas específicas. Eles estão ligados entre si por meio de uma ligação peptídica.

Estrutura secundária

Nessa estrutura, essa cadeia linear de aminoácidos começa a se dobrar por meio de ligações de hidrogênio. Existem duas estruturas secundárias básicas: a hélice α, em forma de espiral; e a folha dobrada β, quando duas cadeias lineares estão alinhadas em paralelo.

Estrutura terciária

Envolve outros tipos de forças que resultam em dobras específicas da forma tridimensional.

As cadeias R dos resíduos de aminoácidos que compõem a estrutura da proteína podem formar pontes dissulfeto e as partes hidrofóbicas das proteínas aglomeram-se por dentro, enquanto as hidrofílicas ficam de frente para a água. As forças de van der Waals atuam como um estabilizador para as interações descritas.

Estrutura quaternária

Consiste em agregados de unidades de proteína.

Quando uma proteína é desnaturada, ela perde sua estrutura quaternária, terciária e secundária, enquanto a primária permanece intacta. Proteínas ricas em ligações dissulfeto (estrutura terciária) oferecem maior resistência à desnaturação.

Fatores que causam desnaturação

Qualquer fator que desestabilize as ligações não covalentes responsáveis pela manutenção da estrutura nativa da proteína pode causar sua desnaturação. Entre os mais importantes podemos citar:

pH

Em valores de pH muito extremos, sejam ácidos ou básicos, a proteína pode perder sua configuração tridimensional. Excesso de íons H⁺ e OH^– no meio, ele desestabiliza as interações de proteínas.

Essa mudança no padrão iônico causa desnaturação. A desnaturação pelo pH pode ser reversível em alguns casos e, em outros, irreversível.

Temperatura

A desnaturação térmica ocorre com o aumento da temperatura. Em organismos que vivem em condições ambientais médias, as proteínas começam a se desestabilizar em temperaturas acima de 40 ° C. Claramente, as proteínas de organismos termofílicos podem suportar essas faixas de temperatura.

Os aumentos de temperatura se traduzem em movimentos moleculares aumentados que afetam as ligações de hidrogênio e outras ligações não covalentes, resultando na perda da estrutura terciária.

Esses aumentos de temperatura levam a uma diminuição na taxa de reação, se estamos falando de enzimas.

Substancias quimicas

Substâncias polares - como a uréia - em altas concentrações afetam as ligações de hidrogênio. Além disso, as substâncias não polares podem ter consequências semelhantes.

Os detergentes também podem desestabilizar a estrutura da proteína; no entanto, não é um processo agressivo e são geralmente reversíveis.

Agentes redutores

O Β-mercaptoetanol (HOCH2CH2SH) é um agente químico frequentemente usado em laboratório para desnaturar proteínas. É responsável por reduzir as pontes dissulfeto entre os resíduos de aminoácidos. Ele pode desestabilizar a estrutura terciária ou quaternária da proteína.

Outro agente redutor com funções semelhantes é o ditiotreitol (DTT). Além disso, outros fatores que contribuem para a perda da estrutura nativa nas proteínas são metais pesados em altas concentrações e radiação ultravioleta.

Consequências

Quando ocorre a desnaturação, a proteína perde sua função. As proteínas funcionam perfeitamente quando em seu estado nativo.

A perda de função nem sempre está associada a um processo de desnaturação. Pode ser que uma pequena mudança na estrutura da proteína leve à perda de função sem desestabilizar toda a estrutura tridimensional.

O processo pode ou não ser irreversível. No laboratório, se as condições forem revertidas, a proteína pode retornar à sua configuração inicial.

Renaturação

Um dos experimentos mais famosos e conclusivos sobre renaturação foi evidenciado na ribonuclease A.

Quando os pesquisadores adicionaram agentes desnaturantes, como ureia ou β-mercaptoetanol, a proteína foi desnaturada. Se esses agentes fossem removidos, a proteína retornava à sua conformação nativa e poderia desempenhar sua função com 100% de eficiência.

Uma das conclusões mais importantes dessa pesquisa foi demonstrar experimentalmente que a conformação tridimensional da proteína é dada por sua estrutura primária.

Em alguns casos, o processo de desnaturação é totalmente irreversível. Por exemplo, quando cozinhamos um ovo aplicamos calor às proteínas (a principal é a albumina) que o constituem, a clara assume um aspecto sólido e esbranquiçado. Podemos concluir intuitivamente que, mesmo que o esfriemos, ele não retornará à sua forma inicial.

Na maioria dos casos, o processo de desnaturação é acompanhado pela perda de solubilidade. Também reduz a viscosidade, a velocidade de difusão e cristaliza mais facilmente.

Proteínas chaperonas

As proteínas chaperones ou chaperoninas são responsáveis por prevenir a desnaturação de outras proteínas. Eles também reprimem certas interações que não são adequadas entre as proteínas para garantir o dobramento correto das mesmas.

Quando a temperatura do meio aumenta, essas proteínas aumentam sua concentração e atuam prevenindo a desnaturação de outras proteínas. É por isso que também são chamadas de "proteínas de choque térmico" ou HSP por sua sigla em inglês. (Proteínas de choque térmico).

As chaperoninas são análogas a uma gaiola ou barril que protege a proteína de interesse interna.

Essas proteínas, que respondem a situações de estresse celular, foram relatadas em vários grupos de organismos vivos e são altamente conservadas. Existem diferentes classes de chaperoninas e são classificadas de acordo com seu peso molecular.

Referências

Campbell, N. A., & Reece, J. B. (2007). biologia. Panamerican Medical Ed.
Devlin, T. M. (2004). Bioquímica: livro didático com aplicações clínicas. Eu inverti.
Koolman, J., & Röhm, K. H. (2005). Bioquímica: texto e atlas. Panamerican Medical Ed.
Melo, V., Ruiz, V. M., & Cuamatzi, O. (2007). Bioquímica dos processos metabólicos. Reverte.
Pacheco, D., & Leal, D. P. (2004). Bioquímica médica. Editorial Limusa.
Pena, A., Arroyo, A., Gómez, A., & Tapia, R. (1988). Bioquímica. Editorial Limusa.
Sadava, D., & Purves, W. H. (2009). Vida: A Ciência da Biologia. Panamerican Medical Ed.
Tortora, G. J., Funke, B. R., & Case, C. L. (2007). Introdução à microbiologia. Panamerican Medical Ed.
Voet, D., Voet, J. G., & Pratt, C. W. (2007). Fundamentos de Bioquímica. Panamerican Medical Ed.