Introdução à Bioquímica Estrutural

Conhecimentos de Base Recomendados

Bioquímica Introdutória, Bioquímica I, Bioquímica Física, Enzimologia e Química de Proteínas, Espectroscopia Biomolecular (frequência simultânea).

Métodos de Ensino

A matéria será apresentada e discutida com os alunos em aulas teóricas, por vezes com ajuda de meios informáticos (ex. acesso a links específicos na internet). Paralelamente, efectuar-se-ão aulas laboratoriais de Espectroscopia RMN e com a apresentação e manipulação de programas presentes para processamento de espectros RMN e visualização de estruturas de polímeros biológicos (“weblabs). Proceder-se-á também à discussão de projectos apresentados pelos alunos.

Resultados de Aprendizagem

Esta unidade curricular visa proporcionar conhecimentos essenciais e alguns mais avançados sobre a estrutura de proteínas, ácidos nucleicos, e complexos biológicos supramoleculares, sobre o uso das principais técnicas de determinação de estruturas biológicas, difracção de raios X e espectroscopia RMN multidimensional, as técnicas de interpretação e validação dos resultados experimentais, e a relação estrutura-função de proteínas. Os alunos serão instruidos no uso de ferramentas de modelação molecular on-line. Estes conceitos deverão munir o aluno dum entendimento conceptual analítico e sintético da relação estrutura-função de macromoléculas biológicas.

Estágio(s)

Não

Programa

1. Princípios Estruturais Básicos de Biopolímeros
Princípios estruturais básicos que determinam a estrutura tri-dimensional de proteínas e de ácidos nucleicos. Comparação de alinhamentos de sequências primárias e alinhamentos estruturais. Domínios e motivos estruturais. Dicionários de motivos característicos em sequências de proteínas. Estrutura quaternária de proteínas. Interacções moleculares nas estruturas terciárias e quaternárias. Implicações biológicas da estrutura quaternária e do tipo de enrolamento. Principais classes estruturais de proteínas e famílias de proteínas homólogas com base na estrutura tridimensional.
2. Determinação da Estrutura Tri-Dimensional de Proteínas
- Introdução breve às técnicas de determinação da estrutura 3D de macromoléculas biológicas.
- Cristalografia de raios-X. Cristalização de proteínas. Difracção de raios-X, medição e tratamento dos dados experimentais. Como passar dos dados de difracção à densidade electrónica. Refinamento e factores de temperatura. Obtenção de um modelo estrutural e respectiva validação. Actividade biológica e enzimática das proteínas cristalinas.
- RMN multidimensional. Breve revisão da teoria básica de RMN multidimensional. Informação estrutural: ângulos, distâncias, ambiente químico. Métodos experimentais: sequências de pulsos para aquisição de dados e atribuição espectral. Métodos bidimensionais e tridimensionais. Estrutura de proteínas por RMN. Metodologias para proteínas pequenas (<15 kDa) e grandes (>15kDa) . Marcação isotópica 2H, 13C, 15N.
- Interpretação dos resultados estruturais. Critérios de Validação. Análise conformacional, qualidade do modelo e precisão da estrutura tri-dimensional. Validação Comparação dos estados conformacionais em estruturas cristalinas e em solução (RMN). Comparação entre estruturas tri-dimensionais de proteínas. Alinhamentos e comparações estruturais. Bases de dados estruturais.
3. Estrutura e Função de Proteínas Relações estrutura-função. Interacções proteína-ligando e proteína-proteína, e formação de complexos macromoleculares. Complexos de proteínas com ácidos nucleicos- Proteínas que reconhecem o DNA e motivos específicos; Desenvolvimento de fármacos ("Drug design"). 4. Métodos Complementares em Análise Estrutural Alinhamentos e comparações estruturais. Utilização de ferramentas de modelação molecular on-line.
5. Seminários a- Análise estrutural do complexo de 900kDa GroEL-GroES; b- Base estrutural da actividade do ribossoma.
6. Aulas Práticas/Laboratoriais
1- Pesquisa em bases de dados (PDB, etc). Visualização, análise e manipulação de estruturas tri-dimensionais.
2. O espectrómetro de RMN. Aquisição e processamento de espectros. Apresentação de software para análise espectral: atribuição e integração de ressonâncias. Atribuição de espectros de RMN de um pequeno peptido. Determinação de elementos de estrutura secundária.

Métodos de Avaliação

Contínua
Trabalho laboratorial ou de campo: 25.0%
Projecto: 25.0%
Exame: 50.0%

Bibliografia

C.-I, Branden & GARLAND, Tooze, J. (1999). Introduction to Protein Structure.

LESK, Arthur M. (2001). Introduction to protein architecture: the structural biology of proteins. Oxford U.P.

SCHULTZ G. E.; and SCHIRMER, R. H. (1988). Principles of protein structure. N. Y: Springer-Verlag.

RHODES, G. (2000). Crystallography made Crystal Clear: a guide for users of Macromolecular Models. 2 nd ed. San Diego, London: Academic Press.

BLUNDELL, T. L. and JOHNSON, L.N. (1976). Protein Crystallography. London: Academic Press.

DRENTH, J. (1994). Principles of protein X- Ray Crystallography. N. Y.: Springer-Verlag.

EVANS, J. M. S. (1995). Biomolecular NMR Spectroscopy. Oxford: University Press.

CLORE G. M.; e GRONENBORN, A. M. (1993). NMR of Proteins: topics on molecular and strutural biology. CRC Pres.

RULE, G. S. e HITCHENS, T. K. (2005). Fundamentals of protein NMR Spectroscopy in Structural Biology. Springer.

BOURNE, Philip E.; WEISSIG, Helge (2003). Structural bioinformatics.