Biochimica - modulo 1 su struttura 3 e 4 proteine

Struttura terziaria

La proteina nello spazio assume una certa conformazione, cioè che può essere modificata senza rompere il legame covalente. Se di una delle innumerevoli conformazioni predomina quella termodinamicamente più stabile. Coincide con quella nativa, permette la funzionalità biologica della proteina stessa.

La struttura terziaria definisce la disposizione di tutti gli atomi della proteina nello spazio.

• Proteine globulari: Forma a gomitolo.
• Proteine fibrose: A EAnature, regolari e ripetitive.

In una struttura terziaria complessa ci possono essere sia elementi di struttura 2ª α elica che a β foglietto.

Riassumendo

Struttura terziaria:

• È la struttura termodinamicamente più stabile.
• Massimizza il n° di interazioni, massimizza residui idrofobici al solvente, minimizza l'esposizione contatto con H₂O.
• Le proteine di membrana fanno eccezione, all'interno sono idrofobiche.
• Consente la funzione biologica della proteina stessa, perché permette di rendere vicini nello spazio i residui amminoacidici di rilievo per una specifica funzione catalitica meccanica di trasporto.

Struttura terziaria

La proteina nello spazio assume una certa conformazione, cioè che può essere modificata senza rompere il legame covalente.

Se di una delle innumerevoli conformazioni predomina quella termodinamicamente più stabile. Coincide con quella inattiva, permette la funzionalità biologica della proteina stessa.

La struttura terziaria definisce la disposizione di tutti gli atomi della proteina nello spazio.

• Proteine globulari: Forma a gomitolo.
• Proteine fibrose: Apertamente regolari e ripetitive.

In una struttura terziaria complessa ci possono essere sia elementi di struttura 2ª α-elica che a β-foglietto.

Riassumendo

• È la struttura termodinamicamente più stabile.
• Massimizza il num di interazioni.
• Nasconde residui idrofobici al solvente.
• Minimizza l’esposizione contatto con H₂O.
• Le proteine di membrana fanno eccezione, all’interno sono idrofobiche.
• Consente la funzione biologica della proteina stessa, perché permette di rendere vicini nello spazio i residui amminoacidici di rilievo per una specifica funzione catalitica, meccanica, di trasporto.

Idrofobico: Non polare, privo di carica.

Struttura nativa: Struttura che consente l'attività biologica.

Legami

Legami: Stabilizzano la proteina, avvengono tra catene laterali R degli aa.

Deboli, non covalenti:

• Legami elettrostatici = interazioni che avvengono tra aa con carica opposta sulla catena lat. R/ 2 gruppi R + R.
• Si attaccano per ionizzazione-elettrostatica delle cariche opposte.
• Legami idrogeno = Gli aa hanno sulla catena lat. R gruppi polari e privi di carica netta, ma su cariche parziali.
• Interazioni idrofobiche = Gli aa che hanno catena lat. R idrofobica.
• Idrogeno: serina, treonina, tirosina...
• Idrofobica: leucina, alanina.
• Interazioni con ioni metallici.
• Interazione Gm bifunzionale omogenea e inomogenea.

Forti, covalenti:

• Ponte -S-S’, tra 2 residui di cisteina, avvengono tra 2 gruppi -SH, tramite un’ossidazione.
• Riduzione → Da ponte -S-S’ a due gruppi -SH.

Classi di proteine

Le proteine vengono suddivise in 2 classi:

• Proteine semplici: costituite solo da aa.
• Proteine coniugate: oltre ad aa hanno gruppi prostetici, cioè gruppi di altra natura non proteica.
• Glicoproteine → zucchero.
• Lipoproteine → lipide.
• Nucleoproteine → ac. nucleico.
• Emoproteine → eme.
• Metalloproteine → ioni metallo.
• Fosfoproteine → acido fosforico.
• Flavoproteine → FAD, cofattore redox importante per il metabolismo.

Per questo le proteine vengono divise in più classi.

Strutture supersecondarie

Le strutture secondarie si possono disporre tra loro in dei ripiegamenti ordinati ripetuti più volte nella struttura terziaria complessa.

• Unità β-α-β.
• Unità α-α.
• Labirinto β.
• Chiave greca.

All'interno della struttura terziaria ci sono più regioni strutturate che sembrano indipendenti l'una dall'altra, si chiamano domini = porzione di proteina che dal punto di vista strutturale è un'unità formata da regioni compatte che costituiscono divisioni della struttura terziaria.

Struttura nativa: formazione struttura 3ª

1. L'avvolgimento che porta nella forma nativa è veloce, ma dev'essere guidato.
2. I primi avvolgimenti sono nelle zone vicine nella sequenza primaria, si forma quindi la struttura secondaria.
3. La struttura secondaria si organizza in struttura supersecondaria.
4. La proteina assume la sua struttura nativa.

Chaperon proteine: Aiutano altre proteine a ripiegarsi correttamente.

Denaturazione proteina

Denaturazione proteina: Perdita della struttura totale o parziale tridimensionale di una proteina.

Denaturazione:

• Reversibile.
• Irreversibile.

Agenti denaturanti fisici:

• Temperatura.
• Pressione elevata.

Agenti denaturanti chimici:

• Acidi e basi, variano pH.
• Solventi organici.
• Detergenti.
• Alcuni sali, urea.
• Agenti riducenti.

Cosa determina la struttura terziaria?

La sequenza amminoacidica la determina. Ciò è stato dimostrato rinaturalando in vitro una proteina. Proteine omologhe, isoforme, di specie animali diverse hanno la stessa sequenza e la stessa struttura tridimensionale.

Amminoacidi identici, invarianti, tra le diverse sequenze sono indispensabili per il corretto ripiegamento e per l'attività biologica della proteina.

Mioglobina

Mioglobina Lega l'ossigeno all'interno delle cellule, il gruppo eme è fondamentale per legare l'ossigeno grazie al legame che si lega Istidina 93 (His 93) → si lega con il gene che si trova al centro del gruppo eme. 10 60 legame di coordinazione il gene es fa cm l'ossigeno che deve legare.

Istidina 64 (His 64).

Gruppo eme: da compattezza.

Struttura quaternaria

È un'associazione stabile di più polipeptidi, cioè più catene proteiche ciascuna con una sua propria struttura terziaria. Subunità proteiche polipeptidiche.

Le strutture quaternarie sono stabilizzate da interazioni tra catene laterali di amminoacidi. Ci sono gli stessi legami che stabilizzano la struttura terziaria, ma questa volta sono intermolecolari.

Legami:

• Elettrostatici.
• Idrogeno.
• Interazioni idrofobiche.
• Ponti disolfuro.

Ragioni per l'interazione permanente tra le proteine diverse

• Realizzare funzioni altrimenti impossibili: complessi supramolecolari.
• Rendere fisicamente connesse diverse attività biologiche: macchine molecolari per trasformare l'energia.
• Rendere le diverse subunità intercambiabili: semplificare la respirazione.
• Consentire una regolazione fine dell'attività: motori, accelerazioni e cruise control.

Esempi:

• Anticorpi o meglio immunoglobuline.
• Intervengono nelle risposte di base immunitarie.
• Hanno una struttura quaternaria, ci sono 4 subunità, 2 catene pesanti 330 aa sono leggere tra 230 aa2.

Collagene

Collagene: Proteina fibrosa, quindi allungata e regolare con funzione meccanica. Infatti il collagene è resistente alla trazione.

La fibra del collagene è fatta dall'associazione regolare di unità di tropocollageno.

Non sono presenti α eliche.

Ogni unità di tropocollageno è fatta da una tripla elica, cioè da 3 catene polipeptidiche avvolte tra loro con andamento elicoidale destrorso.

Nel collagene c'è idrossiprolina.

Le unità di tropocollageno si assemblano tra di loro di test-a coda (N e C terminale).

Ogni catena è fatta da 1000 aa in sequenza. Lo scheletro peptidico di ogni singola subunità si avvolge in andamento sinistrorso.

Ci sono 3 aa per ogni giro dell'elica. Le 3 subunità si avvolgono tra loro con andamento destrorso. Questo conferisce resistenza alla trazione.

La sequenza primaria di ogni singola catena, ha in realtà una sequenza ripetitiva.

Al centro della tripla elica ci sono i residui di glicina esposti che danno stabilità.

Le 3 singole catene si allineano perfettamente perché ci sono delle sequenze accessorie al C-terminale e N-terminale, quando vengono tradotte. Si ha un pezzetto in più di catena proteica. Le 3 catene iniziano ad allinearsi all’estremità C-terminale e formano tra loro legami covalenti grazie ai ponti di disolfuro. Questi legami che si formano tra le singole catene permettono di allinearsi tra loro.

Le 3 catene formano un midollo, cioè legami covalenti tra le 3 subunità per tenersi allineate e poi si avvolgono tra loro e formano il procollagene.

Il precursore del tropocollagene perché contiene ancora le sequenze accessorie presenti al C e N terminali.

Quando le 3 catene si sono avvolte nel modo corretto, le sequenze accessorie al C-terminale e all’N-terminale vengono eliminate grazie ad enzimi e si forma la proteina matura, il tropocollagene.

Gli enzimi che tagliano queste seq. accessorie sono delle peptidasi, cioè enzimi che idrolizzano i legami peptidici. Le seq. acc. al C-terminale servono per tenere allineate tra loro le catene. Le seq. acc. all’N-terminale servono per la corretta stabilizzazione della proteina.

Le diverse unità di tropocollagene hanno uno scorrimento difficile, a causa della presenza di glicosilazioni e della formazione di legami covalenti. Tra le varie unità di tropocollagene i legami covalenti derivano da modificazioni post-traduzionali. Questi legami covalenti non sono dovuti ai ponti disolfuro, ma a modificazioni post-traduzionali. La modificazione post-traduzionale più importante che permette di formare legami covalenti avviene grazie alla lisina, per di più per poter fare effettuare questa modificazione, è necessaria la vitamina C, che è necessaria per effettuare la modificazione covalente della lisina che a sua volta forma legami covalenti stabilizza le unità di tropocollagene. I legami crociati aumentano con l'età, meno flessibile e più rigide. Il collagene non è l'unica proteina del tessuto connettivo. Anche la cheratina nei capelli.

Elastina

Elastina: Comportamento elastico. Ci sono legami trasversali formati da residui di alisina. Le catene tendono ad accorciarsi. Fibrosa. Le sue singole subunità tendono ad arrotolarsi su se stessi. Sono legate tra loro con legami covalenti. Per azione meccanica la proteina può venire stirata e ritornare. Qui legami crociati sono dovuti ai residui di lisina.

Emoglobina

Emoglobina = nel sangue, all'interno dei globuli rossi. Attraverso il sangue, trasporta O₂ dai polmoni fino ai punti periferici, quindi ai tessuti. Serve un trasportatore perché O₂ ha bassa solubilità nei liquidi e senza trasportatore non arriverebbe sufficientemente nei tessuti.

È una proteina oligomerica, cioè che ha 4 catene polipeptidiche (subunità) ognuna legata con un gruppo eme prostatico. Il gruppo eme è identico a quello della mioglobina. Ha 4 singole catene polipeptidiche legate tra loro, associate tra loro.

È un tetramero α₂β₂, 2 subunità α tra di loro identiche e 2 subunità β tra di loro identiche. Le singole subunità sono molto simili alla mioglobina. Ci sono 27 residui invarianti e 40 sostituzioni conservative.

Le 4 subunità sono legate tra loro da interazioni ionogene, ci sono anche interazioni ioniche che coinvolgono i gruppi carbossilici terminali delle varie catene.

Mioglobina e singole subunità dell'emoglobina hanno struttura primaria e terziaria simile. Differiscono sul fatto che la mioglobina è una struttura con solo struttura terziaria e invece l'emoglobina si assembla con una struttura quaternaria.

Allineamento di sequenza, si ha catena α emoglobina e la catena β e poi la struttura primaria della mioglobina.

Vengono clemente con residui invarianti che saranno posizionati tra le singole catene.

Ci sono istidini 64 e 93 dell'eme, tra gli ossigenati.

Differenza tra emoglobina e mioglobina

Funzione di legame O₂ e trasporto.

La mioglobina lo lega all'interno delle cellule, l'emoglobina lo lega nel sangue.

Si possono avere diverse curve di saturazione.

• Sull'asse delle x: pressione O₂, concentrazione di O₂.
• Sull'asse delle y: grado di saturazione, quanto si satura la mioglob.

Come si lega O₂ in funz. di [O₂ x] misura a ungas si misura la sua pressione parziale.

Le curve di saturazione delle, variano.

Emoglobina = andamento simgmoidale ee prime molecole di O₂ formafibrica o legarsi. Le serve una maggiore conc. di O₂ Fa più fatica perché ha struttura quaternaria e quindi fa reggere gli ossificati e primo assumento 40% saturata quando ci sono 4 O₆ legatti e 4 gruppi eme insieme.

Mioglobina = Già a basse pressioni di O₂ tende a saturarsi complessamente. Infatti vuole che conca. di O₂ aumenta sarà completamente saturato a 100%. Questa curva tiene assimeticamente di un vtare max l del e 100% di saturazione classica curva di saturazione. Quanta di O₂ legata e profemer. Alla P b.

L'ossiemoglobina fa più fatica della muscolglobina a legare l'O₂, perché ha strutture quaternaria che rende difficile il legame con il primo ossigeno. Il legame dell'emoglobina ha cooperatività positiva, cioè che l'O₂ fa fatica a legarsi al primo gruppo eme, gli altri si legano più facilmente alle altre subunità dell'emoglobina. L'emoglobina ha questo comportamento perché l'istidina lega il Fe nel gruppo eme, e il suo vetro appartiene all'elica. Nel sistema di ossigenamento, l'istidina legata al gene Bina o gene vero se degli mammiferi, il gruppo eme quando cambia aspetto crea uno gamma pronto il legame dell'eme. Il fa cambiare gamma. Questo legame dell'eme ha quindi una funzione meccanica. A sua volta è l'istidina che in cui è inserita. Questo spostamento si riflette su tutta la struttura terziaria che subisce un cambio conformazionale. Il cambio conformazionale che subisce la prima subunità che deve legare il O₂, viene trasferito anche alle altre 3 subunità dell'emoglobina. Ci sono contatti subunità-subunità. Basta un minimo spostamento dell'istidina. 0,6 A Armstrong Desossiemoglobina (non lega ossigeno) e ossiemoglobina (lega ossigeno) sono simili, ma non identiche. Ci sono 2 conformazioni diverse.

Le legame dell'ossigeno cambia la forma delle molecole di emoglobina. Durante il cambio di forma non possono avere interazioni ioniche che coinvolgono caraminoacidi. Questi fenomeni che hanno un effetto sulla funzione dell'alosterici, non tutte le proteine oligomeriche sono allosteriche. Gli effetti allosterici sono sulle strutture quaternaria delle proteine ma non tutte le legame dell'O2 al gruppo eme fa cambiare la conformazione della emoglobina. Nel proteine si instaurano anche alcuni legami ioniche che coinvolgono alcuni aa. È difficile rompere i legami ionici. L'effetto allosterico è importantissimo per una bilogica emoglobina e mioglobina. Nei polmoni c'è alta pressione di O2 (pressione arteriosa) a questa pressione l'emoglobina si satura di O2 ed inoltre si lega ad O2 e lo porta nei tessuti dove però la pressione di O2 è più basso, quindi l'emoglobina dissocia O2 che è diffuso nel sangue e dalle sangue ai tessuti. Nelle cellule O2 si lega della mioglobina, che a basse pressioni è più affine per O2.

Emoglobina: meno affine per O2 per l'effetto allosterico dovuto a struttura quI tessuti che consumano O₂ e producono CO₂.

Il muscolo consuma O₂ quando compie attività. Ispiriamo con i polmoni e l’O₂ si lega all’emoglobina che lo trasporta nel sangue fino ai tessuti, dove la pressione è più bassa e l’emoglobina rilascia l’ossigeno che passa nelle cellule dove l'emoglobina cerca di mantenendo rendendo insomma, dell’emoglobina.

Nei tessuti l’O₂ è usato per la respirazione, attraverso cui viene prodotta CO₂, che torna ai polmoni dove la espiriamo.

La CO₂ dai tessuti che la producono passa al sangue dove viene sciolta e forma acido carbonico, dissociandoti e fa abbassare le pH del sangue. → Compito dell’anidasi carbonica.

L’abbassamento di pH del sangue rende l’emoglobina ancora meno affine all’O₂, quindi a pH più basso, l’emoglobina è portata a legare l’O₂. Più basso è pH passare tutto cambia.

Le pH quindi sono più basse, nei tessuti che stanno facendo più attività, rilascia o facilitQuando le pH si abbassano, è istidina si plasma avendo carica positiva e può fare legame elettrostatico, che stabilizzano con conformazione che non sta legando (ossigeno bassa). L’emoglobina quando non lega O₂, ha forma chiusa, quando la leg. è aperta.

Si abbassa il pH e si può formare un legame elettrostatico che potra tenere vicino diverse parti che siano vicine, quando la proteina non sta leggendo l’O₂, invece quando lega O₂ le proteine cambiano conformazione e le 2 parti vengono allontanate; L’abbassamento di pH inverte l’affinità emogl-oss, e perché fa formare un legame elettrostatico che stabilizza la conformazione che non sta leggendo O₂.