Appunti Biochimica - 2/5

Amminoacidi e Peptidi

Sai già cosa sono gli amminoacidi, non c'è bisogno che lo ripeta. Esistono 20 amminoacidi proteinogenici:

• Glicina Gly, G
• Alanina Ala, A
• Valina Val, V
• Leucina Leu, L
• Isoleucina Ile, I
• Metionina Met, M
• Fenilalanina Phe, F
• Tirosina Tyr, Y
• Triptofano Trp, W
• Serina Ser, S
• Prolina Pro, P
• Treonina Thr, T
• Cisteina Cys, C
• Asparagina Asn, N
• Glutammina Gln, Q
• Lisina Lys, K
• Istidina His, H
• Arginina Arg, R
• Aspartato Asp, D
• Glutammato Glu, E

da cisteina avendo il gruppo tiolo SH e' particolare perche' puo' partecipare a reazioni di ossididrizione. Data la struttura tridimensionale delle proteine, puo' capitare che due amminioacidi che nella catena polipeptidica sono molto lontani tra loro, si trovino vicini nello spazio. Ad esempio se due cisteine si trovano vicine tra loro puo' avvenire una reazione di ossididrizione che porta alla formazione di un legame covalente tra i due atomi di S (ponte disolfuro). Questa reazione e' reversibile.

Il Trp, Tyr e Phe assorbono le luce UV (sono floreascenti)

totalmente i nostri capelli e analizziamo la sua struttura scopriamo che il filamento polipeptidico è composto da una α-elica destrorsa da struttura elicoidale con 3,6 residui per giro, la lunghezza del passo dell'elica è di 5,4Å, il diametro è di 6,0Å e catene laterali sono disposte verso l'esterno.

Nel grafico di Ramachandran gli angoli di legame che permettono l'esistenza dell'α-elica destrorsa sono rappresentati dalla zona blu scuro in basso a sinistra.

La struttura ad α-elica è stabilizzata da numerosi legami ad idrogeno (3-4 per ogni giro) tra i carbonili legame peptidico e l'H legato al N del legame ammidico. Per la stabilizzazione delle intere strutture come per le proteine gioca la cooperatività dell'elevato numero di legami ad idrogeno.

Non tutte le sequenze di amminoacidi però possono formare α-eliche. Ad esempio un gran numero di residui ingombranti o carichi sfavoriscono la formazione dell'α-elica. Oltre a questo, la presenza della glicina è sfavorevole dato che la catena laterale è troppo piccola, lascia troppi gradi di libertà all'α-elica causando instabilità. Anche la presenza di Prolina, data la sua struttura, non può formare il legame a idrogeno (non c'è H) e quindi è incompatibile con la formazione dell'α-elica.

Nella figura: Non c'è H per il legame

Quello che si è trovato in laboratorio è che la temperatura di denaturazione della tripla α-elica è direttamente proporzionale al numero di idrossiprolina e idrossilisina presente nella proteina e conseguenza maggiore è il contenuto di amminoacidi idrossilati e più stabile è α-elica perché gli OH aumentano il numero di legami ad idrogeno che si formano.

Lo scorbuto è una malattia causata dalla carenza di acido ascorbico quindi non si possono idrossilare residui di prolina e idrossiprolina e il collagene diventa meno stabile fino a che le sue temperature di denaturazione scende sotto la temperatura corporea, causando problemi.

Un'altro fattore che contribuisce alla stabilità del collagene sono i legami crociati. Essi sono legami covalenti formati da enzimi che legano residui diversi.

Questi legami vengono chiamati legami crociati. Esistono anche legami crociati formati da 4 residui diversi, ad esempio (lisina, istidina, e idrossilisina) il quale si trova all'interno del collagene. A seconda della resistenza richiesta dai vari tipi di tessuto sono presenti più o meno legami crociati e amminoacidi idrossilati.

NB: La glicosilazione degli idrossiamminoacidi ha un ruolo nel favorire la deposizione della componente minerale dell'osso. Perché i cristalli di

Il legame cooperativo dell’emoglobina:

Grazie alla cooperatività è possibile quindi ottenere la proteina teorica ideale per il trasporto di O₂, ovvero una proteina che riesce con efficienza sia a legare che a rilasciare l’ossigeno. Questa proteina deve quindi avere una alta affinità per l’O₂ a elevate concentrazioni ed una bassa affinità alla diminuzione della concentrazione.

Il grafico mostra la percentuale di saturazione dell’emoglobina in funzione della pressione parziale di O₂ con la pO₂ (tor) messa in paragone ad una emoglobina teorica nella quale la cooperatività non è presente (grafico simile alla mioglobina a bassa efficienza). Con la cooperatività si ottiene quindi una curva di tipo sigmoide.

Il modello concertato della cooperatività:

Tra gli anni 50 e 60 furono proposti due modelli per spiegare il funzionamento dell’emoglobina. Il primo è il modello sequenziale, che è il modello descritto fino ad ora. Nel 55’ fu proposto un altro modello, l’aiutato modello concertato che prevede la non convivenza degli stati conformazionali. Prevede quindi che l’emoglobina si trovi o nella forma R o nella forma T. Quando la quantità di O₂ è bassa, possono esistere entrambe le forme, ma l’equilibrio è tremendamente spostato verso la forma T, ma mano che si lega l’ossigeno l’equilibrio si sposta e diventa sempre più favorita la forma R, fino a che l’equilibrio si inverte rendendo la forma T estremamente sfavorita, ma comunque presente.

NB: una diminuizione dell' Ea di 5,7 Kj/mole fa aumentare la velocità di reazione di 10 volte. Un aumento di 34,2 Kj/mol fa aumentare la velocità di 10⁶ volte.

Consideriamo la reazione unimolecolare non catalizata S^k produce P dove k è la costante di velocità della reazione. La velocità sarà quindi: v = k [S].

Se la reazione viene invece catalizzata dall'enzima, la velocità della reazione in funzione della concentrazione di substrato è descritta da un ramo di iperbole.

La velocità della reazione catalizzata dall'enzima raggiunge un asintoto all'aumentare di [S]. Questo è spiegabile con l'esistenza di un intermedio ES che finché non reagisce, non può legare altro substrato, imponendo un limite sulla velocità massima.

Analizzando questo tipo di curva si vede che v è proporzionale ad [S] con una relazione quasi lineare. In questa zona la reazione è assimilabile ad una reazione del primo ordine, non catalizzata.

Si evidenzia poi una seconda zona, non ancora ben descritta in letteratura.

Si evidenzia poi una terza zona dove la velocità della reazione è indipendente dalla concentrazione di substrato ed è massima. Si considera zero quindi l'ordine di reazione rispetto al substrato.

Gli inibitori e l'inibizione

L'inibizione si divide in due casi: reversibile (nella quale l'inibitore si può staccare dall'enzima ripristinando il suo funzionamento) e irreversibile che in questo corso non studieremo. L'aspirina è un esempio di inibitore irreversibile.

L'inibizione reversibile si distingue in due categorie: l'inibizione competitiva e non competitiva. Nell'inibizione competitiva, la molecola di inibitore ha una struttura chimica simile a quella del substrato. L'inibitore si lega dunque nel sito attivo dell'enzima e impedisce quindi al substrato di legarsi. In sostanza l'inibitore compete con il substrato per il raggiungimento del sito attivo. In questo caso l'attività dell'enzima può essere modulata variando il rapporto tra la concentrazione di inibitore e di substrato.

L'equazione della velocità di Michaelis-Menten diventa quindi:

V = ^V_max[S]/_{Km(1 + ^[I]/Ki) + [S]}

Si ha quindi una apparente diminuzione della Km. Chiamiamo la Km apparente K^*m = K_m(1 + ^[I]/_Ki). La linearizzazione di Lineweaver-Burk diventa quindi:

¹/_V = (^K*_m/_Vmax)(1 + ^[I]/_Ki)(¹/_[S]) + ¹/_Vmax