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Proteínas
A coleção de proteínas dentro de uma célula determina sua saúde e função. As proteínas são responsáveis por quase todas as tarefas da vida celular, incluindo a forma da célula e organização interna, fabricação de produtos e limpeza de resíduos e manutenção de rotina. As proteínas também recebem sinais de fora da célula e mobilizam a resposta intracelular. São as macromoléculas da célula e são tão diversas quanto as funções que servem.
Quão diversas são as proteínas?
A fosforilação de uma proteína pode torná-la ativa ou inativa. A fosforilação pode ativar uma proteína (laranja) ou inativá-la (verde). O quinaso é uma enzima que protege fosforila. A fosfatase é uma enzima que desfosforila proteínas, efetivamente desfazendo a ação da quinase.
As proteínas podem ser grandes ou pequenas, principalmente hidrófilas ou principalmente hidrófobas, existem isoladamente ou como parte de uma estrutura de múltiplas unidades e mudam de forma com frequência ou permanecem praticamente imobilizadas. Todas essas diferenças surgem das únicas sequências de aminoácidos que compõem as proteínas. As proteínas totalmente dobradas também possuem características de superfície distintas que determinam quais outras moléculas com as quais interagem. Quando as proteínas se ligam a outras moléculas, a sua conformação pode mudar de forma sutil ou dramática.
Não surpreendentemente, as funções proteicas são tão diversas quanto as estruturas proteicas. Por exemplo, proteínas estruturais mantêm a forma celular, semelhante a um esqueleto, e compõem elementos estruturais em tecidos conjuntivos como cartilagem e osso em vertebrados. As enzimas são outro tipo de proteína, e essas moléculas catalisam as reações bioquímicas que ocorrem nas células. No entanto, outras proteínas funcionam como monitores, alterando sua forma e atividade em resposta a sinais metabólicos ou mensagens de fora da célula. As células também segregam várias proteínas que se tornam parte da matriz extracelular ou estão envolvidas na comunicação intercelular.
As proteínas são às vezes alteradas após a conclusão da tradução e dobradura. Em tais casos, as chamadas enzimas transferase adicionam pequenos grupos modificadores, como fosfatos ou grupos carboxilo, à proteína. Essas modificações muitas vezes alteram a conformação da proteína e atuam como interruptores moleculares que ativam ou desativam a atividade de uma proteína. Muitas modificações pós-tradução são reversíveis, embora diferentes enzimas catalisem as reações reversas. Por exemplo, as enzimas chamadas quinases adicionam grupos fosfato a proteínas, mas as enzimas chamadas fosfatases são necessárias para remover esses grupos de fosfatos.
Como as proteínas fornecem suporte estrutural para células?
O citoplasma é altamente estruturado, graças às proteínas. Particularmente em células eucarióticas, que tendem a ser maiores e precisam de mais suporte mecânico do que células procarióticas, uma extensa rede de filamentos – microtúbulos, filamentos de actina e filamentos intermediários – pode ser detectada com uma variedade de métodos microscópicos. Os microtúbulos desempenham um papel importante na organização do citoplasma e na distribuição de organelas. Eles também formam o fuso mitótico durante a divisão celular. Os filamentos de Actina estão envolvidos em várias formas de movimento celular, incluindo locomoção celular, contração de células musculares e divisão celular. Os filamentos intermediários são fibras fortes que servem de suporte arquitetônico dentro das células.
Como as proteínas ajudam as reações bioquímicas de uma célula?
As células dependem de milhares de enzimas diferentes para catalisar as reações metabólicas. As enzimas são proteínas, e eles fazem uma reação bioquímica mais propensos a prosseguir, reduzindo a energia de ativação da reação, tornando essas reações mais ou menos mil vezes mais rápidas do que elas sem um catalisador. As enzimas são altamente específicas para seus substratos. Eles ligam esses substratos em áreas complementares em suas superfícies, proporcionando um ajuste confortável que muitos cientistas se comparam a um bloqueio e chave. As enzimas funcionam ligando um ou mais substratos, juntando-os para que uma reação possa ocorrer e liberando-os assim que a reação estiver completa. Em particular, quando a ligação do substrato ocorre, as enzimas sofrem uma mudança conformacional que orienta ou estica os substratos para que eles sejam mais reativos.
O nome de uma enzima geralmente se refere ao tipo de reação bioquímica que ele catalisa. Por exemplo, as proteases quebram proteínas e as desidrogenases oxidam um substrato removendo átomos de hidrogênio. Como regra geral, o sufixo “-ase” identifica uma proteína como uma enzima, enquanto a primeira parte do nome de uma enzima refere-se à reação que catalisa.
Enzimas e energia de ativação
As enzimas reduzem a energia de ativação necessária para transformar um reagente em um produto. À esquerda é uma reação que não é catalisada por uma enzima (vermelha), e a direita é uma que é (verde). Na reação catalisada por enzimas, a enzima se liga ao reagente e facilita sua transformação em um produto. Consequentemente, a via de reação catalisada por enzimas possui uma barreira de energia menor (energia de ativação) para superar antes que a reação possa prosseguir.
O que as proteínas produzem na membrana plasmática?
As proteínas na membrana plasmática normalmente ajudam a célula a interagir com seu ambiente. Por exemplo, as proteínas da membrana plasmática desempenham funções tão diversas como transportar nutrientes através da membrana plasmática, recebendo sinais químicos de fora da célula, traduzindo sinais químicos para ação intracelular e, às vezes, ancorando a célula em um local particular.
Exemplos da ação de proteínas transmembranares
Os transportadores carregam uma molécula (como a glicose) de um lado da membrana plasmática para a outra. Os receptores podem ligar uma molécula extracelular (triângulo), e isso ativa um processo intracelular. As enzimas na membrana podem fazer o mesmo que fazem no citoplasma de uma célula: transformar uma molécula em outra forma. As proteínas âncora podem ligar fisicamente estruturas intracelulares com estruturas extracelulares.
As superfícies globais das proteínas da membrana são mosaicos, com manchas de aminoácidos hidrofóbicos onde as proteínas contêm lípidos na bicamada de membrana e manchas de aminoácidos hidrofílicos nas superfícies que se estendem para o citoplasma à base de água. Muitas proteínas podem se mover dentro da membrana plasmática através de um processo chamado difusão da membrana. Este conceito de proteínas ligadas à membrana que podem viajar dentro da membrana é chamado de modelo fluido-mosaico da membrana celular. As porções de proteínas de membrana que se estendem além da bicamada lipídica para o ambiente extracelular também são hidrofílicas e são frequentemente modificadas pela adição de moléculas de açúcar. Outras proteínas estão associadas à membrana, mas não inseridas nele.
O modelo de mosaico de fluído da membrana celular
Como um mosaico, a membrana celular é uma estrutura complexa composta de muitas partes diferentes, como proteínas, fosfolípidos e colesterol. As quantidades relativas desses componentes variam de membrana para membrana, e os tipos de lipídios nas membranas também podem variar.
Conclusão
As proteínas possuem uma variedade de funções dentro das células. Alguns estão envolvidos em suporte estrutural e movimento, outros na atividade enzimática, e outros ainda em interação com o mundo exterior. De fato, as funções das proteínas individuais são tão variadas como suas sequências únicas de aminoácidos e estruturas físicas tridimensionais complexas.
