As proteínas são cadeias de aminoácidos ligados por ligações peptídicas. Após a sua síntese, uma proteína dobra-se em uma conformação tridimensional que é fundamental para sua função biológica. As interações entre os seus aminoácidos constituintes guiam o enovelamento das proteínas e, portanto, a estrutura proteica depende principalmente da sua sequência de aminoácidos.
As proteínas executam uma ampla gama de funções biológicas, como catalisar reações químicas, fornecer defesa imunitária, armazenamento, transporte, comunicação celular, movimento e suporte estrutural. A função de uma proteína depende principalmente da sua capacidade de reconhecer e ligar outras moléculas, como uma fechadura e chave. Assim, a atividade específica de cada proteína depende da sua arquitetura tridimensional única.
Para que uma proteína seja funcional, ela deve dobrar-se com precisão. A maioria das proteínas passa por várias formas intermediárias antes de se dobrar na estrutura mais estável e biologicamente ativa. O enovelamento incorreto das proteínas tem efeitos prejudiciais sobre o funcionamento geral da célula. Em humanos, várias doenças se devem à acumulação de proteínas não dobradas ou mal dobradas. Estas incluem fibrose cística, Alzheimer, Parkinson, ELA e doença de Creutzfeldt-Jakob.
As proteínas são compostas por uma ou mais cadeias de aminoácidos, chamadas polipeptídeos. Um polipeptídeo é sintetizado como uma cadeia linear que rapidamente se dobra sobre si mesma para formar uma estrutura tridimensional. O termo polipeptídeo e proteína às vezes são usados de forma intercambiável, mas mais comumente, um polipeptídeo dobrado que pode executar uma função biológica é chamado de proteína. Uma estrutura proteica é geralmente descrita em quatro níveis: primária, secundária, terciária e quaternária. A maioria dos polipeptídeos dobra-se em estruturas terciárias compactas e globulares, como a hemoglobina, a proteína portadora de oxigénio no sangue. Algumas proteínas, como as queratinas, podem formar fibras longas que são comumente encontradas em cabelos e unhas.
A sequência de aminoácidos na cadeia de polipeptídeos é o determinante primário da sua estrutura. A sequência de aminoácidos determina o tipo e a localização das estruturas secundárias. Além disso, a estrutura terciária geral de uma proteína é predominantemente estabilizada por ligações químicas entre cadeias laterais de aminoácidos—os grupos químicos únicos que distinguem os aminoácidos uns dos outros. Essas cadeias laterais são positiva ou negativamente carregadas, polares não carregadas ou não polares.
Os aminoácidos têm características físicas e químicas únicas, dependendo dos seus grupos de cadeias laterais. Por exemplo, aminoácidos polares e carregados interagem com a água para formar ligações de hidrogénio e são chamados de hidrofílicos; enquanto que os aminoácidos não polares evitam interações com a água e são chamados de hidrofóbicos. Assim, quando uma proteína é dobrada em um ambiente celular, cadeias laterais de aminoácidos hidrofóbicos ficam localizadas no núcleo da proteína longe do ambiente aquoso, enquanto que as cadeias laterais de aminoácidos hidrofílicos ficam expostas à superfície da proteína.
Os aminoácidos hidrofóbicos bem embalados no núcleo proteico levam à formação de interações fracas de Van der Waals entre os grupos das cadeias laterais. A presença dessas forças de Van der Waals dá mais estabilidade à proteína enovelada. Os aminoácidos polares expostos à superfície da proteína são livres para formar ligações de hidrogénio com moléculas de água ou outras cadeias laterais de aminoácidos polares. Os aminoácidos carregados positiva e negativamente também estão presentes no exterior da proteína onde formam ligações iónicas com outros aminoácidos próximos, de cargas opostas.
As ligações de dissulfito formam-se entre dois grupos sulfidrilo, ou SH, no aminoácido cisteína. Esta é uma interação muito robusta que funciona como reforço da proteína enovelada. A presença de ligações de dissulfito bloqueia a proteína enovelada na sua conformação tridimensional mais favorecida. O enovelamento adequado de uma proteína também depende de outros fatores do ambiente celular, como o pH, a concentração de sal, a temperatura, etc. A alteração das condições físicas e químicas de um ambiente proteico afeta as interações químicas que mantêm a proteína unida e pode fazer com que fique mal dobrada ou não dobrada e que perca a sua função biológica—um processo conhecido como desnaturação das proteínas.
