Biochimica metabolismo - lezioni

Domini proteici

Struttura delle proteine

Proteina polimero lineare

• Struttura primaria: stringa di amminoacidi, il loro ordine. Elevata omologia globale stessa attività dell’enzima. Elevata omologia locale stessa attività dell’enzima. Conservazione di residui amminoacidici importanti per la funzione nella proteina già nota.
• Struttura secondaria: definita dalla ripetizione lungo un tratto di sequenza amminoacidica continua di angoli di torsione chiamati della catena principale.
• Struttura terziaria: struttura tridimensionale che definisce la disposizione dei singoli atomi nello spazio. Descrive come i singoli atomi di una catena proteica si dispongono nello spazio. La sua disposizione dipende dalla struttura primaria. Esempio: proteine globulari ripiegamento sferisco. Avviene il collasso idrofobico, i residui idrofobici preferiscono essere all’esterno.

Proteine di membrana

Sono sia idrofobiche sia idrofiliche. Sono elicoidali tranne qualcuna a beta foglietto. Esempio: proteine G. Forza trainante: aumento di entropia del solvente.

Domini proteici

Se una proteina solubile è composta da più di 400-500 amminoacidi, non può ripiegarsi in una singola struttura agomitolo. Le proteine si ripiegano e la loro struttura terziaria è formata da distinte porzioni globulari chiamate domini. Solitamente questi domini svolgono funzioni specifiche all’interno della proteina.

• Gli enzimi con attività di deidrogenasi sono composti da due domini, uno dei quali lega il substrato, l’altro il cofattore (NADH/NADPH). Questi hanno strutture terziarie molto simili, ma strutture primarie diverse (omologhe ma non identiche).
• Gli anticorpi sono costituiti da diversi domini di immunoglobulina strutturalmente omologhi. Però due soli di questi servono al riconoscimento degli antigeni, gli altri servono a mantenere la struttura dell’anticorpo ed assicurarne la flessibilità.
• I fattori di trascrizione sono composti da domini che interagiscono col DNA e domini che promuovono l’associazione con altre proteine per la regolazione della loro attività.

La complessità funzionale di un polipeptide è mediata dalla presenza di domini proteici che ne arricchiscono le proprietà di localizzazione, interazione, regolazione. La maggior complessità dell’uomo deriva in grande misura dalle interazioni proteina-proteina che fanno sì che un unico polipeptide possa svolgere diverse funzioni a seconda delle necessità. Queste interazioni tra macromolecole sono mediate da domini.

I domini sono sequenziali nella struttura primaria identificabili dall’analisi della sequenza. Sono costituiti da amminoacidi che appartengono a parti diverse della sequenza.

• Sono normalmente resistenti alle proteasi, in quanto ripiegati a globulo. Tratti di sequenza senza un ripiegamento preciso sono invece sensibili all’attività delle proteasi.
• Possono raggiungere la loro struttura terziaria in modo indipendente dal resto del polipeptide.
• Se definiti da un tratto continuo di sequenza amminoacidica, sono codificati da un unico esone.
• Un determinato dominio può avere sequenze amminoacidiche diverse in diversi polipeptidi, ma si ripiega alla stessa maniera.

Domini di immunoglobulina

Dominio molto comune in proteine extracellulari (secrete o di membrana), in particolare nei recettori del sistema immunitario.

Struttura: due foglietti beta contrapposti, uniti da forze idrofobiche e un ponte disolfuro intracatena. Pochi amminoacidi conservati inducono il ripiegamento di un dominio Ig. Gli altri possono essere variati con una certa libertà. Un anticorpo IgM contiene 35-42 domini Ig, uno IgG 12. Due sono utilizzati per riconoscere l’antigene, gli altri per mantenere la struttura e per mediare altre interazioni con le cellule del sistema immunitario.

Enzima tirosina chinasi C-Src

Formato da un dominio catalitico che catalizza il trasferimento di fosfato da ATP a peptidi contenenti Tyr in una sequenza ben precisa. Il dominio SH2 consente il legame della stessa proteina con peptidi contenenti pTyr. Localizzazione e (auto)regolazione. Il dominio SH3 permette a c-Src di legarsi ad altri polipeptidi contenenti tratti ricchi in Pro. Quindi, il dominio catalitico media la funzione di c-Src, mentre i domini SH2 e SH3 aiutano la regolazione e localizzazione della chinasi nel contesto appropriato. Sono state poi identificate decine di proteine diverse contenenti tratti di struttura primaria con elevata omologia con i domini SH2 e/o SH3.

SH2 circa 110 amminoacidi, foglietto beta misto centrale circondato da due alfa eliche. Il sito del fosfopeptide è sulla superficie del dominio. L’alta affinità per peptidi contenenti la sequenza (p)YEEI è dovuta alla presenza di interazioni altamente specifiche tra questi residui e la superficie del dominio.

Complementazione

• Idrofobico-idrofobico
• Cariche opposte
• Accettori-donatori legami a idrogeno

I residui sulla superficie del dominio complementano i residui del peptide ligando (ponti salini, legami idrogeno). Mutazioni in queste posizioni del dominio SH2 portano a cambiamenti della specificità.

SH3 lega peptidi ricchi in Pro. Sequenze consenso XPxXP, dove x è spesso un’altra Pro. Studi strutturali hanno definito due sequenze amminoacidiche che si possono legare in direzioni opposte:

• Tipo I: RxLPP#P (#=idrofobico)
• Tipo II: Px#PxR

Questo perché è presente una tasca di legame che consente di sistemare un residuo carico positivamente. Questo semplice accorgimento consente di aumentare la specificità dell’interazione. Il peptide si lega in conformazione di elica di poliprolina di tipo II (f=-79°, y=150°).

Interazioni proteina – DNA

• Mediate da specifici domini, chiamati in generale DNA-binding domains.
• Essenziali per poter dirigere la trascrizione/repressione di geni specifici.
• È indispensabile che le proteine riconoscano con elevata accuratezza dei segmenti di DNA.
• Principio generale: motivo strutturale (loops, oppure motivo elica-loop-elica) che consente l’inserimento di specifici amminoacidi nei solchi (maggiore e/o minore) del DNA.
• Interazione tra le catene laterali della proteina ed i sostituenti delle basi azotate del DNA. Spesso questa interazione è mediata da molecole di acqua legate al DNA che fungono da “ponte”.
• È anche possibile che due proteine, ciascuna in grado di interagire col DNA, formino un complesso binario tra loro per riconoscere una sequenza estesa. Estrema flessibilità.
• Alcune proteine distorcono sensibilmente la struttura del DNA. Ad esempio, alcuni enzimi per la riparazione del DNA “flippano” la base da sostituire fuori dalla doppia elica.

Le interazioni proteina-DNA sono frequentemente mediate da molecole d’acqua, legata in modo specifico da una rete di legami ad idrogeno. Decodificare come le proteine “leggono” la sequenza del DNA ci aiuta per modificare dei geni in modo specifico.

Nucleosoma

Complesso tra DNA e otto diverse proteine chiamate istoni. Le interazioni sono con lo scheletro ribosio-fosfato del DNA, quindi non dipendono dalla sequenza nucleotidica. Interazioni mediate da residui idrofilici e carichi positivamente (lisine e arginine). Acetilazione/deacetilazione di questi residui modula l’affinità dell’interazione, e quindi il ripiegamento/svolgimento del DNA.

Enzima alcool deidrogenasi (ADH)

• È la nostra arma di difesa contro l’etanolo, che è tossico per il sistema nervoso centrale.
• Il prodotto della reazione enzimatica è l’acetaldeide, ancora più tossica dell’etanolo (volatile, rilevabile), ma convertita immediatamente in acido acetico, facilmente utilizzabile dalle cellule.
• ADH quindi protegge da una tossina molto comune.
• La protezione porta con sé un rischio. L’ADH infatti converte il metanolo in formaldeide, che “imbalsama” le proteine e le inattiva. Le più sensibili sono quelle della retina (cecità in piccole dosi). L’ingestione di un bicchiere di metanolo è sufficiente per portare alla morte.
• In caso di overdose accidentale da metanolo, viene somministrata una dose sub-letale di etanolo per impegnare ADH, ed evitare la formazione di formaldeide.
• I livelli di espressione dell’ADH nello stomaco e nel fegato influenzano la capacità di detossificare l’etanolo.
• L’espressione di ADH è dose-inducibile, ovverosia la presenza di etanolo fa sì che il gene dell’ADH venga trascritto a livelli più elevati.
• Mutazioni che modificano il sito attivo dell’ADH portano ad enzimi meno efficienti.

Metabolismo dei nucleotidi

I nucleotidi sono prodotti dal nostro metabolismo.