ESTRUTURA QUATERNÁRIA DE PROTEÍNAS: CARACTERÍSTICAS - BIOLOGIA - 2025

A estrutura quaternária das proteínas define as relações espaciais entre cada uma de suas subunidades polipeptídicas unidas por forças não covalentes. Nas proteínas poliméricas, cada uma das cadeias polipeptídicas que as constituem são chamadas de subunidades ou protômeros.

As proteínas podem ser compostas de um (monomérico), dois (dimérico), vários (oligomérico) ou muitos protômeros (polimérico). Esses protômeros podem ter uma estrutura molecular semelhante ou muito diferente. No primeiro caso, seriam proteínas homotípicas e, no segundo caso, heterotípicas.

Exemplo de uma estrutura quaternária de uma proteína de antígeno nuclear de célula em proliferação. Extraído e editado de: Thomas Shafee.

Na notação científica, os bioquímicos usam letras gregas subscritas para descrever a composição do protômero das proteínas. Por exemplo, uma proteína tetramérica homotípica é designada α ₄, enquanto uma proteína tetramérica composta por dois dímeros distintos é designada α ₂ β ₂.

Estrutura da proteína

As proteínas são moléculas complexas que assumem diferentes configurações tridimensionais. Essas configurações são exclusivas para cada proteína e permitem que desempenhem funções muito específicas. Os níveis de organização estrutural das proteínas são os seguintes.

Estrutura primária

Refere-se à sequência na qual os diferentes aminoácidos estão dispostos na cadeia polipeptídica. Esta sequência é dada pela sequência de DNA que codifica a referida proteína.

Estrutura secundária

A maioria das proteínas não são cadeias longas de aminoácidos totalmente estendidas, mas têm regiões que são regularmente dobradas em hélices ou folhas. Essa dobradura é chamada de estrutura secundária.

Estrutura terciária

As áreas dobradas da estrutura secundária podem, por sua vez, ser dobradas e montadas em estruturas mais compactas. Esta última dobra é o que dá à proteína sua forma tridimensional.

Estrutura quaternária

Em proteínas compostas por mais de uma subunidade, as estruturas quaternárias são as relações espaciais que existem entre cada subunidade, que são ligadas por ligações não covalentes.

Estruturas primárias, secundárias, terciárias e quaternárias de proteínas, conformação tridimensional. Retirado e editado de: Alejandro Porto.

Estabilidade da estrutura quaternária

A estrutura tridimensional das proteínas é estabilizada por interações fracas ou não covalentes. Embora essas ligações ou interações sejam muito mais fracas do que as ligações covalentes normais, elas são numerosas e seu efeito cumulativo é poderoso. Aqui, veremos algumas das interações mais comuns.

Interações hidrofóbicas

Alguns aminoácidos contêm cadeias laterais hidrofóbicas. Quando as proteínas têm esses aminoácidos, o dobramento da molécula ordena essas cadeias laterais em direção ao interior da proteína e as protege da água. A natureza das diferentes cadeias laterais significa que elas contribuem de maneiras diferentes para o efeito hidrofóbico.

Interações de Van der Waals

Essas interações ocorrem quando moléculas ou átomos que não estão ligados por ligações covalentes ficam muito próximos uns dos outros e, por causa disso, seus orbitais eletrônicos mais externos começam a se sobrepor.

Nesse momento, uma força repulsiva é estabelecida entre esses átomos que cresce muito rapidamente conforme seus respectivos centros se aproximam. Essas são as chamadas 'forças de van der Waals'.

Interações carga-carga

É a interação eletrostática que ocorre entre um par de partículas carregadas. Nas proteínas, esse tipo de interação ocorre, tanto devido à carga elétrica líquida da proteína quanto à carga individual dos íons contidos nela. Esse tipo de interação às vezes é chamado de ponte salgada.

Ligações de hidrogênio

Uma ligação de hidrogênio é estabelecida entre um átomo de hidrogênio covalentemente ligado a um grupo doador de ligação de hidrogênio e um par de elétrons livres pertencentes a um grupo aceitador de ligação.

Esse tipo de ligação é muito importante, já que as propriedades de muitas moléculas, incluindo as da água e das moléculas biológicas, são em grande parte devidas às ligações de hidrogênio. Ele compartilha propriedades de ligações covalentes (os elétrons são compartilhados) e também de interações não covalentes (interação carga-carga).

Interações dipolo

Em moléculas, incluindo proteínas, que não têm uma carga líquida, pode ocorrer um arranjo não uniforme de suas cargas internas, com um extremo ligeiramente mais negativo do que o outro. Isso é conhecido como dipolo.

Essa condição dipolar da molécula pode ser permanente, mas também pode ser induzida. Os dipolos podem ser atraídos por íons ou outros dipolos. Se os dipolos são permanentes, a interação tem um escopo maior do que com dipolos induzidos.

Além dessas interações não covalentes, algumas proteínas oligoméricas estabilizam sua estrutura quaternária por meio de um tipo de ligação covalente, a ligação dissulfeto. Estes são estabelecidos entre os grupos sulfidrila das cisteínas de diferentes protômeros.

As ligações dissulfeto também ajudam a estabilizar a estrutura secundária das proteínas, mas, neste caso, elas ligam resíduos de cisteinila dentro do mesmo polipeptídeo (ligações dissulfeto intrapolipeptídicas).

Interações entre protômeros

Conforme observado acima, em proteínas que são compostas de várias subunidades ou protômeros, essas subunidades podem ser semelhantes (homotípicas) ou diferentes (heterotípicas).

Interações homotípicas

As subunidades que constituem uma proteína são cadeias polipeptídicas assimétricas. Porém, em interações homotípicas, essas subunidades podem se associar de diferentes maneiras, alcançando diferentes tipos de simetria.

Os grupos de interação de cada protômero geralmente estão localizados em posições diferentes, por isso são chamados de interações heterólogas. As interações heterólogas entre as diferentes subunidades às vezes ocorrem de forma que cada subunidade é torcida em relação à anterior, podendo atingir uma estrutura helicoidal.

Em outras ocasiões, as interações ocorrem de tal forma que grupos definidos de subunidades são organizados em torno de um ou mais eixos de simetria, no que é conhecido como simetria ponto-grupo. Quando há vários eixos de simetria, cada subunidade gira em relação ao seu vizinho 360 ° / n (onde n representa o número de eixos).

Entre os tipos de simetria assim obtidos estão, por exemplo, helicoidal, cúbica e icosaédrica.

Quando duas subunidades interagem por meio de um eixo binário, cada unidade gira 180 ° em relação à outra, em torno desse eixo. Essa simetria é conhecida como simetria C ₂. Nele, os sites de interação em cada subunidade são idênticos; neste caso, não falamos de uma interação heteróloga, mas sim de uma interação isóloga.

Se, pelo contrário, a associação entre os dois componentes do dímero for heteróloga, então será obtido um dímero assimétrico.

Interações heterotípicas

As subunidades que interagem em uma proteína nem sempre são da mesma natureza. Existem proteínas que são compostas por doze ou mais subunidades diferentes.

As interações que mantêm a estabilidade da proteína são as mesmas que para as interações homotípicas, mas geralmente são obtidas moléculas completamente assimétricas.

A hemoglobina, por exemplo, é um tetrâmero que possui dois pares diferentes de subunidades (α ₂ β ₂).

Estrutura quaternária da hemoglobina. Tirado e editado de: Benjah-bmm27. Modificado por Alejandro Porto..

Referências

1. CK Mathews, KE van Holde & KG Ahern (2002). Bioquímica. 3ª edição. Benjamin / Cummings Publishing Company, Inc.
2. RK Murray, P. Mayes, DC Granner e VW Rodwell (1996). Harper's Biochemestry. Appleton & Lange
3. JM Berg, JL Tymoczko & L. Stryer (2002). Bioquímica. 5ª edição. WH Freeman and Company.
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