Proteine - riassunto

PROTEINE (Pag. 50-52) ∝

Polimeri lineari che derivano dall’assemblaggio tramite condensazione di 20 L-

amminoacidi.

∝ ∝

Gruppi -amminici e -carbossilici si legano tra loro mediante reazione di condensazione,

▪ cioè eliminazione di una molecola d’acqua. Si forma un legame peptidico.

Le proteine possono assumere 4 livelli organizzativi: struttura primaria, secondaria, terziaria e

▪ quaternaria.

STRUTTURA PRIMARIA (Pag. 52-59)

Sequenza di amminoacidi che compone la proteina: definisce l’individualità di una proteina.

∝

Catena proteica presenta una parte di struttura costante, formata da atomi di carbonio e dai

▪ legami peptidici chiamata catena principale o backbone. Su di essa si diramano le catene

!

laterali.

Gli amminoacidi vengono chiamati residui amminoacidici (perché l’amminoacido è ciò che

▪ resta dopo la condensazione, cioè un “residuo”).

Il n° di molecole d’acqua rilasciate nella formazione di una proteina composta da n

▪ amminoacidi è di n-1. ∝

L’estremità che presenta un gruppo -amminico libero viene detta estremità N-terminale;

▪ ∝

l’estremità che presenta un gruppo -carbossilico libero è detta estremità C-terminale il

!

fatto che le due estremità non siano equivalenti implica che la catena sia dotata di polarità.

≤ Na a ≤

In genere 150 800.

▪

▪ Peso molecolare di una proteina PM = Naa X 110. 110 massa molecolare media del singolo

!

residuo.

Un peptide è una catena polipeptidica di piccole dimensioni (meno di 50 amminoacidi) che, a

▪ differenza di una proteina, non è in grado di ripiegarsi (per assumere una struttura globulare) a

causa delle piccole dimensioni. Dunque, una catena polipeptidica fluttua senza assumere una

ben definita struttura tridimensionale.

▪ La struttura primaria definisce l’individualità di una proteina l’identità della proteina è

!

stabilita dalla sua sequenza amminoacidica le proteine hanno infatti sequenze uniche di

!

amminoacidi.

La sequenza amminoacidica determina la struttura tridimensionale e la funzione di una

▪ proteina.

LEGAME PEPTIDICO

Il legame peptidico è un ibrido di risonanza tra due forme limite. Conseguenze:

1. L’azoto del legame peptidico non può essere protonato non ha proprietà basiche.

!

2. Il legame peptidico è planare tutti gli atomi che formano il legame peptidico giacciono sullo

!

stesso piano.

3. Impossibilità di rotazione del legame peptidico parziale doppio legame della forma ibrida

! π

(deriva da una delle forme di risonanza) presenza di orbitali che impediscono la rotazione.

! ∝

4. Il legame peptidico è soggetto a isomeria cis-trans i due carboni possono trovarsi, rispetto

!

all’asse di legame, dalla stessa parte o da parti opposte la maggior parte sono trans, poiché

!

l’isomeria cis è sfavorita da impedimento sterico. Eccezione: prolina nel 20% dei casi presenta

isomeria cis!

5. Catena polipeptidica può essere rappresentata come sequenza di piani nello spazio, su

∝

ciascuno dei quali giace un legame peptidico ciascun carbonio giace su due piani

!

consecutivi e ne è il punto di giunzione. La conformazione (ripiegamento complessivo della

φ e ψ

proteina) può essere definita da tante coppie di valori (angoli torsionali) quanti sono

gli amminoacidi.

STRUTTURA SECONDARIA (Pag. 59-61)

Catena proteica con andamento nello spazio regolare o ripetitivo.

Un numero limitato di proteine possiede la struttura secondaria; la maggior parte delle proteine

▪ possiede una struttura terziaria entro la quale sono presenti elementi di struttura secondaria.

Le proteine dotate di sola struttura secondaria hanno funzione puramente meccanica o di

▪ sostegno. 1

La ripetitività conformazionale della catena non implica la ripetitività delle sequenze

▪ amminoacidiche.

negli anni ’50 del XX secolo non era ancora nota nessuna struttura tridimensionale delle

!

proteine. Linus Pauling cercò di identificare tutte quelle strutture regolari che consentissero la

formazione del massimo numero possibile di legami H tra C=O e i gruppi N-H predisse una

! ∝

serie di strutture secondarie, alcune esistenti effettivamente, altre no. Pauling predisse: -elica,

β

foglietto , elica 3 . Ramachandran predisse la tripla elica del collagene.

10

tutti i gruppi C=O e N-H della catena principale formano un legame idrogeno tra di loro.

!

∝ -ELICA (Pag. 61-64)

Filamento che si avvolge attorno all’asse centrale con andamento regolare e risale al

contempo lungo esso.

Passo = tratto dell’elica la cui altezza comporta una rotazione di 360° della catena. Passo =

▪ 0,54 nm si ottiene moltiplicando 0,15 nm X 3,6 Passo = n° di residui per giro X passo per

! !

residuo.

Passo per residuo = 0,15 nm.

▪

▪ Numero di residui per giro = 3,6 non è un numero intero, quindi il secondo giro non inizia

!

con lo stesso atomo della catena principale con cui era iniziato il primo.

La minima unità ripetitiva non è il giro ma il modulo. Per capire qual è la dimensione minima

▪ del modulo bisogna sommare un numero di giri tale da totalizzare un numero intero di residui

della catena principale: 3,6 x 5 = 18 sono necessari 5 giri e 18 residui per ritrovare la

!

condizione di partenza. Modulo = 18 giri.

Passo del modulo = modulo X passo per residuo = 18 X 0,15 nm = 2,7.

▪ L’orientamento dei legami H è parallelo all’asse dell’elica e la catena principale è

▪ perpendicolare all’asse dell’elica quindi i legami H sono perpendicolari alla catena

!

principale.

∝

L’ -elica presenta una rotazione destrorsa un’elica è destrorsa quando la catena

▪ !

principale, mentre decorre da sinistra a destra, va dal basso verso l’alto avvicinandosi

all’osservatore.

Le catene laterali sono dirette radialmente verso l’esterno.

▪

▪ Potrebbe essere chiamata “elica 3,6 ”: 3,6 n° di residui per giro, 13 n° di atomi che

! !

13

formano un’ansa entro un legame H.

ELICA 3 (Pag. 65)

10

▪ Passo = 0,60 nm si ottiene moltiplicando 0,20 nm X 3

!

Passo per residuo = 0,20 nm.

▪ Numero di residui per giro = 3.

▪ Passo del modulo = 3 X 0,20 = 0,60.

▪

▪ Modulo = 3 X 1 = 3 giri il n° di residui per giro è già un numero intero.

!

Rotazione destrorsa.

▪

▪ Forma legami H tra un C=O e l’N-H del terzo residuo successivo di conseguenza il legame

!

H racchiude un’ansa formata da 10 atomi.

▪ La denominazione “elica 3 ” deriva da: 3 n° di residui per giro, 10 n° di atomi che

! !

10

formano un’ansa racchiusa entro un legame H.

β

FOGLIETTO (Pag. 65-68) β

Insieme di un certo numero di filamenti adiacenti, che interagiscono mediante legame H,

formando una struttura approssimativamente planare.

β

Filamento : tratto di catena esteso, ad andamento regolare, che è in grado di formare legami

▪ H con analoghi tratti adiacenti.

β ∝ β

Un filamento è una struttura molto più estesa di un’ -elica un filamento non può

▪ !

∝

formare legami H intra-catena come l’ elica, ma solo legami H inter-catena, cioè tra due

catene adiacenti perché ha una struttura molto “stirata”, quindi i legami C=O e N-H sono

!

perpendicolari all’asse della struttura e puntano verso l’esterno.

β

Esistono 2 tipi di foglietto :

▪ 2

β

Foglietto antiparallelo: filamenti adiacenti hanno polarità alternata (immagine pag. 68).

➢ β

Foglietto parallelo: filamenti adiacenti hanno tutti la stessa polarità.

➢

▪ Passo per residuo = 0,34 nm (antiparallelo), 0,32 nm (parallelo) l’antiparallelo è leggermente

!

più disteso del parallelo.

Passo del modulo = 0,68 nm (antiparallelo), 0,64 nm (parallelo).

▪ Modulo = 2.

▪ β β

Il foglietto in inglese è chiamato “ -pleated sheet” foglietto leggermente increspato per via

▪ !

della geometria dei legami covalenti tra gli atomi della catena principale.

▪ I foglietti paralleli sono leggermente meno stabili di quelli antiparalleli perché nel foglietto

!

antiparallelo i legami H sono perfettamente allineati con C=O e N-H che li formano, nel foglietto

parallelo si osserva una certa distorsione (immagine pag.68).

β

Nelle proteine dotate di struttura terziaria i singoli filamenti che compongono un foglietto

▪ normalmente sono parte di un’unica catena polipeptidica e quindi sono connessi tra loro

secondo varie modalità.

PROTEINE DOTATE DI SOLA STRUTTURA SECONDARIA (Pag. 68-71)

CHERATINE

∝

-cheratine:

! ∝

Formate da -eliche.

▪ Costituiscono gli annessi cutanei nei vertebrati: peli, capelli, unghie, corna, piume, squame,

▪ artigli.

Presenti nei cheratinociti (cellule epiteliali dell’epidermide).

▪ Andamento sinistrorso.

▪

▪ Formano struttura detta superelica o elica superavvolta (coiled coil) le supereliche si

!

attorcigliano tra loro sempre di più formando fasci sempre più grandi (protofilamenti e

protofibrille).

Caratteristiche:

▪ Insolubilità per alto contenuto di amminoacidi idrofobici. È un’eccezione in quanto la

!

superficie esterna delle proteine globulari è quasi sempre polare e dunque sono solubili in

acqua.

▪ Resistenza meccanica legami trasversali (vedi inestensibilità).

!

▪ Inestensibilità per presenza di numerosi ponti disolfuro che formano una fitta rete di

!

legami trasversali o crociati (cross links) tra molecole adiacenti i ponti disolfuro si

!

formano grazie alla presenza di cisteine (11% sul totale degli amminoacidi), che

possiedono come catena R -CH -SH (il ponte disolfuro si forma tra due catene R di due

2

cisteine -CH -S-S-CH -). La presenza di cisteine è condizione necessaria ma non

2 2

sufficiente per la formazione di ponti disolfuro. ∝

È particolare il fatto che siano inestensibili, in quanto un’ -elica è una struttura compatta

che è soggetta ad essere estesa.

β -cheratine:

! β

Formate da foglietti .

▪

▪ Costituiscono i tessuti di sostegno di uccelli e rettili: penne e squame.

▪ FIBROINA proteina prodotta da un insetto allo stato larvale, ovvero il baco da

! ∝

seta, è il componente base della seta. Stesse proprietà delle -cheratine

(insolubilità, resistenza meccanica, inestensibilità) ma proprietà strutturali diverse.

β

Foglietto antiparallelo.

▪

▪ Sequenza amminoacidica ripetitiva 1 glicina ogni due residui, i residui rimanenti

!

sono o alanina o serina.

Caratteristiche:

▪ Insolubilità per effetto idrofobico dovuto agli amminoacidi apolari.

!

▪ Resistenza meccanica dovuta ad estese interazioni di Van der Waals che

!

conferiscono grande stabilità ma anche flessibilità (no resistenza al piegamento) !

dovute all’interdigitazione delle glicine di glicine di foglietti adiacenti.

β

Inestensibilità dovuta alla struttura a foglietto .

!

▪ 3

PONTI DISOLFURO (Pag. 76-78)

I ponti disolfuro si formano a seguito dell’ossidazione di cisteine promossa direttamente o

indirettamente dall’O atmosferico __> reazione ossidoriduttiva in cui gli elettroni sono

2

trasferiti dai gruppi tiolici -SH delle cisteine all’O:

▪ La formazione di ponti disolfuro richiede una ambiente ossidante non si formano in

!

ambiente intracellulare perché la concentrazione di ossigeno è troppo bassa !

solitamente le proteine intracellulari non possiedono ponti disolfuro pur contenendo

cisteine.

▪ I ponti disolfuro si trovano nelle proteine destinate alla secrezione, cioè ad un ambiente

extracellulare ne determinano la stabilità es: anticorpi, enzimi (chimotripsina,

! !

tripsina, ribonucleasi), albumina di siero, ormoni peptidici (insulina, ormone della

crescita).

∝

L’ -cheratina è una proteina intracellulare, tuttavia contiene ponti disolfuro si trova

!

▪ in cellule morte (annessi cutanei) che hanno quindi cessato totalmente di consumare

ossigeno.

Esempio “messa in piega permanente” dal parrucchiere:

1. Indebolimento legami H tramite vapore

2. Trattamento capelli con agente riducente che rompe i ponti disolfuro

3. Arricciatura, piega

4. Rimozione agente riducente e quindi riossidazione si riformano i ponti disolfuro che

!

“bloccano” i capelli nella nuova