Como você pode ver, a estrutura terciária da difteria toxina é uma estrutura bastante compacta. Que forças mantêm tal compactação?

São ligações ou interações entre as cadeias laterais dos aminoácidos:
1 - ponte salina
2 - ponte de hidrogênio
3 - interação hidrofóbica
4 - ponte dissulfeto

Vamos agora analisar um trecho da proteína em estudo em detalhe.

Clique abaixo para selecionar a arginina 173 (ARG173), um aminoácido carregado positivamente.
 

mostrar ARG173

Clique abaixo para selecionar o ácido aspártico 211 (ASP211), um aminoácido carregado negativamente.
 

mostrar ASP211

Perceba que apesar dos dois aminoácidos estarem localizados tão distantes um do outro na estrutura primária da proteína (separados por 37 aminoácidos), eles estão em contato. Para facilitar a compreensão da natureza deste contato entre os dois aminoácidos, vamos primeiramente identificar o trecho da estrutura dos aminoácidos envolvidos.
 

visualizar o "esqueleto de aminoácidos" do aminoácido 165 ao 173 (amarelo)

 

visualizar o "esqueleto de aminoácidos" do aminoácido 174 ao 211 (laranja) (interrompido)

 

visualizar o "esqueleto de aminoácidos" do aminoácido 212 ao 220 (ciano)

Você pode verificar que os aminoácidos estão de fato mantendo o contato entre os segmentos do esqueleto de aminoácidos que formam uma alça.

Vamos estudar agora o contato mais detalhadamente.
 

mostrar grupo amino (NH3+ , carregado positivamente) da cadeia lateral da ARG173

 

mostrar grupo carboxílico (COO- , carregado negativamente) da cadeia lateral do ASP211

Clique o botão abaixo para ver a estrutura atômica dos aminoácidos envolvidos na ponte salina em estudo.
 

ver estrutura plana dos aminoácidos ARG173 e ASP211

Para haver estabelecimento de uma ponte salina ou interação iônica, é necessário que os dois aminoácidos em contato tenham grupos carregados. Clique abaixo para ver os aminoácidos com cadeias laterais carregadas e suas estruturas. É importante lembrar que apesar de todos os aminoácidos terem dois grupos carregados, o grupo amino (positivo) e o grupo carboxílico (negativo), esses grupos estão envolvidos na ligação peptídica e não podem, portanto, estabelecer interação iônica.
O primeiro e último aminoácidos, no entanto, possuem o grupo amino e o grupo carboxílico livres, respectivamente.
Assim, os grupos que conferem carga líquida a um aminoácido são as cadeias laterais.
 

ver aminoácidos com carga

Vamos realizar o mesmo tipo de análise realizada para a ponte salina:
 

mostrar aminoácido tirosina 60 (TYR60)

 

mostrar aminoácido glutamina 184 (GLN184)

Novamente, os aminoácidos estão distantes na estrutura primária, mas estão em contato devido à estrutura tridimensional que a proteína adquire.
Veja abaixo o trecho da proteína envolvido nesta ligação em estudo.
 

mostrar aminoácidos 55 a 187 (interrompido)

Como já estudado anteriormente, uma ponte de hidrogênio se dá entre um átomo de oxigênio ou nitrogênio e um átomo de hidrogênio ligado a um átomo de oxigênio ou nitrogênio [veja mais sobre ponte de hidrogênio].
A ponte de hidrogênio em estudo é formada entre um átomo de hidrogênio ligado a um átomo de oxigênio da tyrosina 60 e um átomo de oxigênio da glutamina 184.
 

mostrar oxigênio da carbonila da cadeia lateral da GLN184

 

mostrar oxigênio da hidroxila  (O-H) da cadeia lateral da TYR60

 

mostrar ponte de hidrogênio entre TYR60 e GLN184 (3,24 angstrons)

Neste caso, a ponte de hidrogênio se estabelece entre o hidrogênio da hidroxila (O-H) da tirosina e o oxigênio da carbonila da glutamina.
 

mostrar fórmula estrutural dos aminoácidos envolvidos e a ponte de hidrogênio formada

 

ver outro exemplo

Observe que nesse exemplo a ponte de hidrogênio formada ajuda a manter as duas alfa-hélices próximas.

Outro tipo de interação muito importante para a manutenção da estrutura de uma proteína são as interações hidrofóbicas. Este tipo de interação é o mesmo que faz o óleo agregar-se quando jogado na água, por exemplo.
 

ver aminoácidos hidrofóbicos da toxina diftérica (em laranja)

Os aminoácidos hidrofílicos estão representados em ciano. Observe que os aminoácidos hidrofóbicos se encontram no interior da proteína. Isso ocorre porque os aminoácidos externos são hidrofílicos (hydros=água, phyllia=gostar) e fazem contato com a água. Os aminoácidos hidrofóbicos (phobia=medo) agregam-se, evitando o contato com a água.
 

ver aminoácidos hidrofílicos da toxina diftérica (em ciano)

A ponte dissulfeto é uma ligação covalente entre dois átomos de enxofre (das cadeias lateraisl de duas cisteínas).
 

mostrar aminoácidos 455-475

 

visualizar CYS461

 

visualizar CYS471

 

visualizar átomo de enxofre da cadeia lateral da CYS461

 

visualizar átomo de enxofre da cadeia lateral da CYS471

 

visualizar ponte dissulfeto entre átomos de enxofre da CYS461e CYS471

 

ver representação estrutural da ponte dissulfeto entre CYS461e CYS471

 

> D o m í n i o s

Grandes cadeias polipeptídicas (mais de 200 aminoácidos) dobram-se e formam domínios . Domínios são estruturalmente independentes do resto da proteína, ou seja, sua retirada não afeta tão gravemente o resto da estrutura. Também estão relacionados a uma função específica que exercem.

O primeiro domínio da proteína diftérica que veremos é o domínio catalítico (domínio C). Uma vez que domínios são porções da proteína estruturalmente independentes e com uma função específica, vamos localizar primeiramente o sítio catalítico desta toxina.

O sítio catalítico é uma região ou sítio da proteína que é diretamente responsável pela reação química que a enzima catalisa. Nessa região existem aminoácidos que se encontram numa conformação tal que suas cadeias laterais podem reagir com um substrato, ou seja, com uma molécula que sofrerá a catálise enzimática.
 

visualizar sítio catalítico da difteria toxina

Podemos também visualizar o substrato no sítio ativo.
 

visualizar NAD

 

ver o domínio catalítico (C). Resíduos 1-187

 

ver domínio transmembranar (R). Resíduos 201-386

Perceba que esse domínio é rico em alfa-hélices.
 

visualizar alfa-hélices (TH1-TH9)

O último domínio da difteria toxina é o domínio de ligação ao receptor, que possui a função de promover a ligação da toxina diftérica a um receptor (receptor de precursor de fator de crescimento heparina-ligante) que se encontra na superfície da célula, possibilitando assim a entrada da toxina.
 

domínio transmembranar (R). Resíduos 387-535