Proteínas

As proteínas são macromoléculas essenciais para a vida compostas por cadeias de aminoácidos. Elas possuem uma estrutura tridimensional única, determinada pela sequência desses aminoácidos. A importância das proteínas é evidente em todos os níveis, desde a bioquímica celular até o funcionamento sistêmico do organismo. Suas funções incluem o transporte de substâncias, a regulação de processos biológicos, a defesa contra patógenos, a participação na comunicação celular, entre outros.

Leia também: Lipídios — moléculas orgânicas formadas da associação entre ácidos graxos e álcool

Resumo sobre proteínas

• As proteínas são macromoléculas essenciais para a vida, compostas por cadeias de aminoácidos unidos por ligações covalentes.
• Existem 20 tipos de aminoácidos, cada um com propriedades distintas.
• Aminoácidos essenciais, necessários para a síntese proteica, devem ser obtidos pela alimentação, destacando-se a importância das proteínas na dieta humana.
• As proteínas desempenham diversas funções biológicas, incluindo catalisação de reações, transporte de substâncias, regulação de processos celulares, suporte estrutural e defesa imunológica.
• A estrutura tridimensional das proteínas estabelece suas funções.
• A conformação é determinada por interações não covalentes e fatores energéticos.
• A estrutura das proteínas é hierárquica, e compreende os seguintes níveis de organização: primário, secundário, terciário e quaternário.
• As proteínas podem ser classificadas de acordo com sua forma, composição e função.
• São tipos de proteínas, de acordo com a forma, as proteínas fibrosas e as proteínas globulares.
• São tipos de proteínas, de acordo com a composição, as proteínas simples e as proteínas conjugadas.
• São tipos de proteínas, de acordo com a função, as enzimas, as proteínas de armazenamento, as proteínas estruturais, as proteínas motoras, as proteínas receptoras, as proteínas de regulação gênica, as proteínas sinalizadoras, e as proteínas de transporte.
• A desnaturação refere-se à alteração na estrutura tridimensional de uma proteína, resultando na perda de sua forma e, na maioria dos casos, de sua função.
• Alimentos ricos em proteínas incluem carnes, ovos, leite e derivados de soja.

O que são proteínas?

As proteínas são macromoléculas formadas por sequências de aminoácidos (unidade básica) unidos por ligações covalentes. Cada tipo de proteína possui uma sequência única de aminoácidos, que determina sua estrutura tridimensional e sua atividade biológica. Milhares de tipos de proteínas podem ser encontrados em uma única célula, constituindo o principal componente dela, e mais de 100.000 proteínas diferentes já tiveram sua estrutura determinada.

Considera-se a hipótese de que a estrutura e a atividade de cada proteína tenham sido desenvolvidas e refinadas ao longo de bilhões de anos de evolução, que as tornaram moléculas complexas e funcionalmente sofisticadas do ponto de vista químico.

Composição das proteínas

As proteínas são constituídas por um conjunto de 20 aminoácidos diferentes, cada um com propriedades distintas, mantidos juntos por meio de ligações peptídicas covalentes. As proteínas são denominadas polipeptídeos, e suas cadeias de aminoácidos são chamadas de cadeias polipeptídicas. Em cada tipo de proteína, os aminoácidos estão dispostos em uma ordem única, chamada de sequência de aminoácidos, idêntica em cada molécula desse tipo de proteína.

→ Aminoácidos

Os aminoácidos têm um grupo carboxila (COOH) na extremidade C-terminal e um grupo amina (NH2) na extremidade N-terminal, ligados a um átomo de carbono. Diferenciam-se devido à presença de cadeias laterais (ou grupos R), que variam em cada aminoácido e os definem. Ao se unirem por ligações peptídicas, os aminoácidos formam uma cadeia principal polipeptídica com uma estrutura repetitiva, da qual as cadeias laterais se projetam. As propriedades e sequências das cadeias laterais quimicamente distintas conferem a cada proteína suas características únicas e individuais.

Os nomes dos 20 aminoácidos são convencionalmente abreviados em apenas uma letra ou em um conjunto de três letras:

• ácido aspártico (Asp) - D
• ácido glutâmico (Glu) - E
• alanina (Ala) - A
• arginina (Arg) - R
• asparagina (Asn) - N
• cisteína (Cys) - C
• fenilalanina (Phe) - F
• glicina (Gly) - G
• glutamina (Gln) - Q
• histidina (His) - H
• isoleucina (Ile) - I
• leucina (Leu) - L
• lisina (Lys) - K
• metionina (Met) - M
• prolina (Pro) - P
• serina (Ser) - S
• tirosina (Tyr) - Y
• treonina (Thr) - T
• triptofano (Trp) - W
• valina (Val) - V

Os aminoácidos podem ser fabricados pelo próprio organismo (aminoácidos não essenciais) ou obtidos na alimentação (aminoácidos essenciais). Os animais são capazes de produzir apenas 12 dos 20 aminoácidos existentes na natureza, devendo os demais serem obtidos por meio da alimentação, uma vez que são obrigatórios na fabricação das proteínas. Já os vegetais são capazes de produzir os 20 aminoácidos. Para saber mais sobre os aminoácidos, clique aqui.

Estrutura das proteínas

Cada tipo de proteína possui uma estrutura tridimensional característica determinada pela ordem em que seus aminoácidos estão dispostos ao longo da cadeia polipeptídica; e é estabilizado por interações não covalentes entre diferentes partes da molécula. A estrutura final enovelada, ou informação, é determinada por fatores energéticos. A proteína se enovelará em uma forma que minimize a energia livre. A função de uma proteína está diretamente relacionada à sua estrutura tridimensional específica, e pequenas alterações nessa estrutura podem resultar em grandes mudanças na função da proteína.

A estrutura das proteínas é hierárquica, compreendendo diferentes níveis de organização não independentes. Os principais níveis de estrutura das proteínas são:

• Estrutura primária: sequência linear de aminoácidos que compõem a cadeia polipeptídica da proteína. A ordem específica dos aminoácidos é fundamental, uma vez que determina as interações da proteína.
• Estrutura secundária: padrões de dobramento local na cadeia polipeptídica. Os dois tipos principais de estrutura secundária são:
  • α-hélice: hélice espiral formada pela ligação de hidrogênio entre aminoácidos ao longo da cadeia polipeptídica.
  • Folha-β: estruturas planares em forma de folha, formadas pela ligação de hidrogênio entre segmentos adjacentes da cadeia polipeptídica.
• Estrutura terciária: refere-se à conformação tridimensional completa da proteína, definindo sua forma global. É determinada pelas interações entre os aminoácidos distantes na cadeia polipeptídica, como ligações iônicas, interações hidrofóbicas, pontes dissulfeto e ligações de hidrogênio.
• Estrutura quaternária: quando a molécula proteica é formada por um complexo de mais de uma cadeia polipeptídica, a organização tridimensional dessas subunidades e as interações entre elas constituem a estrutura quartenária. Nem todas as proteínas possuem essa estrutura, já que diversas são compostas apenas por uma única cadeia polipeptídica.

Funções das proteínas

As diversas funções desempenhadas pelas proteínas decorrem da ampla variedade de conformações que são capazes de adotar. Algumas de suas principais funções incluem:

• Participação na estrutura básica de células, de tecidos e de órgãos.
• Catálise de reações químicas no metabolismo celular.
• Recebimento de sinais que desencadeiam respostas celulares.
• Participação no processo de movimento de células e músculos.
• Transporte de substâncias, como oxigênio e nutrientes.
• Armazenamento de nutrientes e minerais para uso posterior.
• Participação na comunicação celular, transmitindo sinais.
• Ação como hormônios, regulando diversas funções do corpo.
• Atuação como anticorpos na defesa contra patógenos.
• Regulação de processos biológicos e funções celulares.

Acesse também: Carboidratos — biomoléculas que apresentam como principal função o fornecimento de energia

Tipos de proteínas

As proteínas têm sido classificadas com base em diferentes aspectos, como forma, composição e função.

→ Tipos de proteínas de acordo com a forma

De acordo com o formato que as proteínas assumem, elas podem ser classificadas em:

• Fibrosas: têm uma estrutura alongada e geralmente são insolúveis em água, devido à sua estrutura hidrofóbica. Elas estão associadas a funções estruturais e de suporte nos organismos, participando na formação de tecidos, como tendões, cabelo e pele. O colágeno, a queratina e a fibrina são exemplos de proteínas fibrosas.
• Globulares: têm uma estrutura mais compacta e frequentemente adotam uma forma esférica ou globular. Geralmente, são solúveis em água devido à presença de regiões hidrofílicas. São versáteis e desempenham diversas funções, como catálise enzimática e transporte de substâncias. A hemoglobina e fatores de coagulação são exemplos de proteínas globulares.

→ Tipos de proteínas de acordo com a composição

De acordo com a sua composição, as proteínas podem ser classificadas em:

• Simples: são formadas apenas por cadeias de aminoácidos, sem a presença de grupos prostéticos não aminoácidos. A albumina e as globulinas são exemplos de proteínas simples.
• Conjugadas: apresentam, além de cadeias polipeptídicas, um grupo prostético (radical não peptídico). Os grupos prostéticos conferem funções específicas às proteínas conjugadas, aumentando a sua diversidade funcional. A hemoglobina, que contém o grupo heme, é um exemplo de proteína conjugada.

→ Tipos de proteínas de acordo com a função

• Enzimas: catalisam (aceleram) reações químicas por meio da formação ou a quebra de ligações covalentes. Exemplos: a pepsina degrada as proteínas ingeridas na dieta no estômago. Já a ribulose-bifosfato-carboxilase, presente nas plantas, atua na conversão de CO₂ em açúcar.
• De armazenamento: armazenam aminoácidos ou íons para uso posterior pelo organismo. Exemplo: o ferro liga-se à proteína ferritina e é armazenado no fígado.
• Estruturais: fornecem suporte mecânico para células e tecidos. Exemplos: a actina constitui filamentos que sustentam a membrana plasmática. A queratina é a principal proteína nos cabelos.
• Motoras: participam dos movimentos em células e tecidos. Exemplo: a dineína, presente nas células eucarióticas, promove o batimento de cílios e flagelos nessas células.
• Receptoras: detectam e recebem sinais, transmitindo-os à maquinaria celular e desencadeando respostas celulares. Exemplo: a rodopsina, proteína presente na retina, detecta a luz.
• De regulação gênica: ligam-se ao DNA, ativando ou reprimindo a transcrição gênica. Exemplo: proteínas homeodomínio controlam o desenvolvimento em organismos multicelulares.
• Sinalizadoras: transmitem sinais de uma célula para outra. Exemplos: diversos hormônios e fatores de crescimento que coordenam funções fisiológicas, como a insulina, que controla os níveis de açúcar no sangue.
• De transporte: transportam pequenas moléculas ou íons. Exemplo: os transportadores de glicose transferem glicose para dentro e para fora das células.

Desnaturação de proteínas

As proteínas geralmente precisam manter sua estrutura tridimensional enovelada para exercer adequadamente suas funções. A desnaturação refere-se à alteração na estrutura tridimensional de uma proteína, resultando na perda de sua forma e, na maioria dos casos, de sua função. A proteína é convertida em uma cadeia polipeptídica flexível que perdeu sua forma natural (proteína desnaturada). Isso pode ocorrer devido a fatores como mudanças de temperatura, pH, ou presença de certos solventes que perturbam as ligações não covalentes que mantêm o estado enovelado da cadeia.

Em alguns casos, quando as condições voltam ao normal, as proteínas podem recuperar sua estrutura e função originais em um processo chamado renaturação. No entanto, em situações extremas, a desnaturação pode ser irreversível, levando à perda permanente da função da proteína.

Importância das proteínas

As proteínas desempenham uma variedade de funções cruciais nos organismos vivos, sendo essenciais para a manutenção da vida e o funcionamento adequado de diversos mecanismos, desde a bioquímica celular até o nível sistêmico. Elas estão envolvidas no metabolismo celular; oferecem suporte e forma aos tecidos; agem como anticorpos na defesa contra patógenos; regulam processos biológicos; e participam na comunicação celular, entre diversas outras funções vitais. Assim, as proteínas são elementos-chave para a estrutura, função e regulação dos organismos vivos.

Alimentos ricos em proteínas

Existem uma variedade de alimentos ricos em proteínas, fornecendo uma fonte importante desse nutriente essencial para o corpo. Alguns alimentos particularmente ricos em proteínas são:

• carnes magras (carne bovina, frango e peru);
• peixes (salmão, atum, tilápia);
• ovos;
• leite e seus derivados (iogurte, queijos em geral);
• leguminosas (feijão, lentilha, grão de bico, ervilha);
• nozes e sementes (amêndoas, castanhas, semente de abóbora e de girassol);
• folhas verdes (espinafre, couve, brócolis);
• produtos derivados de soja (tofu, edamame);
• grãos integrais (quinoa, aveia).

Além desses alimentos naturais, tem se tornado cada vez mais comum o consumo de suplementos de proteínas, principalmente associados à prática de exercícios físicos. Entretanto, é importante ressaltar que a quantidade de proteínas necessárias pode variar de acordo com fatores como idade, sexo, nível de atividade física e metas específicas de saúde. Consultar um profissional de saúde ou nutricionista pode ajudar a determinar as necessidades individuais de proteínas.

Veja também: Vitaminas — moléculas orgânicas que funcionam, principalmente, como catalisadoras de reações químicas do nosso corpo

Exercícios resolvidos sobre proteínas

Questão 1

(PUC) Atletas devem ter uma alimentação rica em proteínas e carboidratos. Assim devem consumir preferencialmente os seguintes tipos de alimentos, respectivamente:

A) verduras e legumes pobres em amido.

B) óleos vegetais e verduras.

C) massas e derivados de leite.

D) farináceos e carnes magras.

E) carnes magras e massas.

Resolução:

Alternativa E

As proteínas estão predominantemente nos animais. Já nas plantas, os carboidratos são o grupo de compostos orgânicos mais abundante.

Questão 2

(Enem)

Na década de 1940, na Região Centro-Oeste, produtores rurais, cujos bois, porcos, aves e cabras estavam morrendo por uma peste desconhecida, fizeram uma promessa, que consistiu em não comer carne e derivados até que a peste fosse debelada. Assim, durante três meses, arroz, feijão, verduras e legumes formaram o prato principal desses produtores.

O Hoje, 15 out. 2011 (adaptado).

Para suprir o déficit nutricional a que os produtores rurais se submeteram durante o período da promessa, foi importante eles terem consumido alimentos ricos em

A) vitaminas A e E.

B) frutose e sacarose.

C) aminoácidos naturais.

D) aminoácidos essenciais.

E) ácidos graxos saturados.

Resolução:

Alternativa D

O organismo humano não é capaz de produzir os aminoácidos essenciais. Dessa forma, ao não se consumir carne e derivados, parte da demanda por esses aminoácidos não é suprida.

Questão 3

(Fuvest) Os carboidratos, os lipídios e as proteínas constituem material estrutural e de reserva dos seres vivos. Qual desses componentes orgânicos é mais abundante no corpo de uma planta e de um animal?

A) Proteínas em plantas e animais.

B) Carboidratos em plantas e animais.

C) Lipídios em plantas e animais.

D) Carboidratos nas plantas e proteínas nos animais.

E) Proteínas nas plantas e lipídios nos animais.

Resolução:

Alternativa E

As proteínas são encontradas, em maior quantidade, nos alimentos de origem animal. Já os carboidratos são abundantes em alimentos de origem vegetal.

Fontes

ALBERTS, B.  et al. 2008. Molecular Biology of the Cell. 5 ed. Nova York: Garland. 1728 p.

ALBERTS, B. et al. 2017. Fundamentos da Biologia Celular. 4 ed. Porto Alegre: Artmed. 864 p.

EKMAN, L. R. M. Estrutura das proteínas. E-disciplina, [2016]. Disponível em: https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/5198887/mod_resource/content/0/Aula%20Proteínas%20Estrutura%202016.pdf.

JUNQUEIRA, L. C. & CARNEIRO, J. 2012. Biologia Celular e Molecular. 9 ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan. 376 p.

NELSON, D. L. & COX, M. M. 2014. Princípios de bioquímica de Lehninger. 6 ed. Porto Alegre: Artmed. 1328 p.