Back to chapter

4.14:

Funções Mecânicas das Proteínas

JoVE Core
Molecular Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Molecular Biology
Mechanical Protein Functions

Languages

Share

As proteínas executam uma variedade de funções mecânicas, incluindo aquelas que produzem movimento de célula e contração de músculos. Assim como o transporte das moléculas entre locais diferentes dentro e fora de uma célula. As funções mecânicas da proteína são alimentadas pela conversão da energia química no trabalho mecânico através das mudanças conformacionais na estrutura da proteína.Dentro de um domínio da proteína, mudanças químicas simples como a hidrólise de moléculas ligadas, tais como ATP ou GTP, pode resultar em mudanças conformacionais que criam movimentos muito maiores na proteína. A hidrólise de ATP alimenta a proteína motora, a miosina, que age como uma alavanca puxando filamentos de actina e causando os músculos a contrair. As helicases que desenrolam o DNA durante a replicação e transcrição, também usam ATP para quebrar ligações hidrogénio e mover-se ao longo da fita de DNA.No ribossoma muitas proteínas trabalham junto como uma máquina para sintetizar novas proteínas. A hidrólise do GTP permite que o fator de alongamento, EF-Tu transfira uma molécula de tRNA para o ribossoma. Assim que pode adicionar um aminoácido à vertente de proteína crescente.O tRNA é associado com o EF-Tu quando o GTP é ligado. Quando o GTP é hidrolisado ao GDP, a liberação do grupo do fosfato resulta em uma mudança conformacional pequena dentro e perto do sítio de ligação do nucleotídeo. Essa pequena mudança faz com que uma hélice alfa localizada na interface do domínio GTPase e os outros dois domínios mudem de posição.O movimento desta hélice faz com que dois domínios balancem abertos para liberar o tRNA ligado.

4.14:

Funções Mecânicas das Proteínas

As proteínas executam muitas funções mecânicas em uma célula. Estas proteínas podem ser classificadas em duas categorias gerais- proteínas que geram forças mecânicas e proteínas que são submetidas a forças mecânicas. Proteínas que fornecem suporte mecânico à estrutura da célula, como a queratina, são sujeitas a força mecânica, enquanto que proteínas envolvidas no movimento celular e no transporte de moléculas através das membranas celulares, como uma bomba de iões, são exemplos de geração de força mecânica. 

Funções como o movimento das células e a contração muscular exigem a conversão de energia química para mecância, geralmente através de alterações conformacionais. Por exemplo, a hidrólise de trifosfatos de nucelótidos, como ATP e GTP, pode resultar em uma pequena mudança conformacional que se torna amplificada para grandes mudanças estruturais.  Por exemplo,  EF-Tu é uma proteína com três domínios distintos que transfere uma molécula de tRNA para o ribossoma.  Um dos domínios liga GTP e a hidrólise de GTP para GDP resulta em uma alteração conformacional no local de ligação nucleotídica devido ao fosfato inorgânico libertado. Isso ativa o movimento de uma alfa-hélice localizada na interface do domínio de GTP e os outros dois domínios alterando a posição relativa dos domínios entre si.  Isto permite que a proteína liberte o tRNA que é mantido na interface pelos três domínios, permitindo assim que se desloque para o ribossoma.

Algumas proteínas, como a actina, fornecem muitos tipos de funções mecânicas.  Por exemplo, a actina funciona como um caminho para a proteína mecânica miosina caminhar. Dependendo do tipo, a miosina pode executar várias funções, tais como puxar os filamentos de actina ou transportar um organelo ligado ao longo do filamento.  Como parte do citoesqueleto, os filamentos de actina agem como um suporte mecânico para a estrutura das células.  Durante o movimento celular, estes filamentos exercem pressão sobre a membrana celular, fazendo com que a célula forme filopódios e lamelipódios, extensões da membrana celular que permitem que a célula migre para uma nova localização. Cientistas desenvolveram técnicas, como pinças ópticas, que podem medir a força que a actina produz ao deformar a membrana.

Suggested Reading

  1. Alberts et al., 6th edition; pages 160-165
  2. Medical Cell Biology, 3rd Edition, pages 59
  3. Oberhauser, A. F., & Carrión-Vázquez, M. (2008). Mechanical biochemistry of proteins one molecule at a time. The Journal of biological chemistry, 283(11), 6617–6621. doi:10.1074/jbc.R700050200
  4. Bustamante, Carlos, Yann R. Chemla, Nancy R. Forde, and David Izhaky. “Mechanical Processes in Biochemistry.” Annual Review of Biochemistry 73, no. 1 (2004): 705–48. https://doi.org/10.1146/annurev.biochem.72.121801.161542.
  5. Farrell, Brenda, Feng Qian, Anatoly Kolomeisky, Bahman Anvari, and William E. Brownell. “Measuring Forces at the Leading Edge: a Force Assay for Cell Motility.” Integrative Biology 5, no. 1 (2012): 204–14. https://doi.org/10.1039/c2ib20097j.