Appunti Biochimica

Struttura delle proteine

XC e N hanno ibridazione sp (120°), quindi quelle parti sono planari.

Legame peptidico: gruppo COOH + gruppo NH2 -> con rilascio di H2O. L'azoto attira gli elettroni di legame (H - N) così come l'ossigeno (C - S tIteO). N e O hanno un eccesso di elettroni (+ elettronegativi), mentre H e C hanno una deficienza di elettroni.

Ponte disolfuro: avviene solo nella cisteina (ha un gruppo SH); quando 2 residui di cisteina si legano (detti cistine), i 2 gruppi solfidrili si ossidano, ovvero entra dell'O che si lega ai 2 H formando H2O; i 2 solfidrili si legano o valentemente formando un ponte disolfuro (si rompe solo con unariduzione).

Struttura primaria delle proteine: è data dalla sequenza (polimero: polipeptide se è corto, proteina se è lunga) degli amminoacidi legati tra loro con legami peptidici (gruppo NH2 sempre libero per legare un altro amminoacido).

La struttura (non è sinonimo di forma o conformazione, ma...

di sequenze - come una collana di perle) primaria analizza i rapporti tra amminoacidicontigui. Per rompere una proteina in singoli amminoacidi, serve molta energia e delle condizioni estreme, ma si rompe facilmente nello stomaco, dove c'è la pepsina, ovvero un enzima che taglia il legame peptidico, oppure mediante riduzione, in cui si può rompere il ponte disolfuro.

Struttura secondaria

Si prendono in esame i rapporti tra amminoacidi vicini (circa ogni 3-4 residui), ma non adiacenti. Questa struttura è data dal ripiegamento della catena polipeptidica; rispiegandolo non posso avvicinare facilmente 2 amminoacidi, perché sono vincolati dal legame peptidico; ha carattere parziale ed è doppio, quindi non può ruotare.

1 R-HR RiH " NicE i -o a(is-peptidica pepticaltrans- I due R stanno vicini se hanno cariche diverse (sennò stanno lontano, perché 2 cariche uguali si respingono). Se sono entrambi idrofobici o idrofili allora

possono stare vicini, se invece sono uno idrofilico e l'altro idrofobico non possono stare vicini.- Gli angoli e (Da 180° a - 180°) sono quelli che ruotano alle caratteristiche dei due R.44- può ruotare solo CX- ci sono dei punti in cui gli angoli sono più stabili: dove è presente l'alta-elica, la beta-elica o la tripla elica (collagene).is hegiren·8 ilia i t isthis Aere s. e re-antiparallelo paralleloBpiattolchastro piattoInastroStruttura secondariaStruttura alfa-elica, che è un ripiegamento regolare e ordinata (lineare) e può essere destrogira o levogira, (Pauling) la troviamo nelle proteine fibrose,avente funzione di protezione e sostegno.↑Si formano legami a idrogeno, che sono legami deboli e che stabilizzano la struttura a elica, tra il gruppo C O e il gruppo N - H, legati in verticale, ilquale sta sopra (ogni 3,6 residui avviene il legame, cioè fa un giro).L'etica può essere vista come una

Serie di piano peptidici impilati, pressoché paralleli all'etica, che si imperniano sui C-Nel caso dell'alfa-elica il legame a idrogeno è di tipo cooperativo, come una cerniera lampo; sono tanti legami deboli che globalmente fanno un legame un po' più forte. I gruppi R (residui) sono verso l'esterno. Al centro dell'alfa-elica c'è un buco vuoto, in cui neanche l'acqua può stare. Ci sono delle proteine fibrose, resistenti dal punto di vista meccanico, in alfa-elica allungata, divise in 2 famiglie: cheratine e collagene.

Caratteristiche delle proteine fibrose:

• catene disposte lungo un asse
• Insolubili in H2O
• presenza di un solo tipo di struttura secondaria
• Resistenza ed elasticità (stabili)
• Funzione strutturale (collagene e cheratina)

Cheratine: 2 alfa-eliche associate; alfa-cheratina (unghie, peli), beta-cheratina (squame, piume); l'alba cheratina può essere presente

Nei residui di cisteina (nei capelli ricci c'è più cisteina). Collagene: costituisce il 30% delle proteine totali; elica levogira contente 3 residui per giro (elica allungata); 3 catene superavvolte che formano una tripla elica destrogira, chiamata tropocollagene; è molto stabile e compatto; ci sono dei legami idrogeno tra le catene adiacenti (in orizzontale). Il collagene è una proteina, che non riusciamo a digerire, della matrice extracellulare insolubile (pelle, ossa, cartilagini, vasi sanguigni); è composta dal 33% di glicina, un amminoacido molto piccolo (il gruppo R ha un solo H) presente ogni 3 residui e presente sempre all'interno della tripla elica, 27% di prolina e idrossiprolina. Esse sono presenti in unità ripetute del tripeptide Gly-x-y, dove spesso x è prolina e y è idrossiprolina, non c'è mai la cisteina; gli altri amminoacidi si presentano più o meno frequentemente ma sono comunque pochi.

rispetto a quelli di altre proteine. Se il collagene viene bollito, diventa gelatina e solo allora può essere attaccato dalle proteasi. Esistono dei batteri (del genere Clostridium) che sono in grado di attaccare il collagene (gangrena gassosa -> virus ebola, si moltiplica nel collagene e lo rende una poltiglia); il collagene può essere soggetto a molte malattie genetiche, come l'osteogenesi imperfetta, cioè la sostituzione di una glicina con una cisteina; le collegenasi sono degli enzimi capaci di tagliare i legami peptidici del collagene, intervengono nella distruzione delle strutture extracellulari, nei processi patogeni instaurati da batteri come il Clostridium. Oltre alla struttura alfa-elica ce ne sono altre 2: - il foglietto beta-ripiegato - Il ripiegamento-beta- Nella struttura a foglietto beta-ripiegato lo scheletro covalente della catena polipeptidica assume un andamento a zig-zag con i gruppi R all'esterno. Legami idrogeno tra n -

H e C O posto di fronte; le catene possono avere la stessa direzione (beta-paralleli) o direzione opposta (beta-antiparalleli).

Il ripiegamento-beta è responsabile dei cambiamenti di direzione delle catene polipeptidiche, tipici delle proteine globulari. Collegano le 2 estremità di 2 segmenti adiacenti aventi strutture ad alfa-elica o a foglietto beta-ripiegato. Il ripiegamento-beta contiene 4 residui amminoacidi (legame idrogeno tra il gruppo C O del primo residuo con il gruppo N - H del quarto residuo), spesso sono presenti prolina e glicina.

Anche la struttura random (struttura disorganizzata e molto flessibile che varia di continuo e a caso la sua forma) è secondaria.

Strutture secondarie: alfa-elica 57%, strutture beta 6%, ripiegamenti beta 10%, random 27%

Struttura terziaria: Organizzazione tridimensionale che una proteina assume nello spazio. Strutture meno ordinate, che permettono di variare conformazione.

La struttura delle proteine è determinata dalla sequenza degli amminoacidi della catena polipeptidica e dipende dalla struttura primaria (Aa) e dalla struttura secondaria (alfa-elica, beta-sheet e ripiegamento beta) delle proteine globulari, che sono di forma più o meno sferica e solubili in acqua.

Il ripiegamento dei domini può avvenire in alfa-elica, beta-strand, beta-loop e random. La struttura terziaria è caratterizzata da interazioni chimiche tra i gruppi R degli amminoacidi, come:

• ponti disolfuro (tra i 2 residui di cisteina)
• interazioni elettrostatiche
• legami idrogeno
• interazioni idrofobiche
• interazioni di Van der Walls

Quando una proteina si ripiega, gli amminoacidi idrofobici (che non contengono nel gruppo R nessun atomo che abbia un'elettronegatività notevole, come O2, S, N) si dispongono all'interno, mentre in superficie (ambiente acquoso) si trovano quelli idrofilici, che hanno carica (+ o -) o un gruppo che può legare l'acqua. Vi è un'interazione tra le catene laterali R dei residui.

presente nelle globulari e assente o quasi in quelle fibrose, la quale stabilizza la struttura(massima stabilità e minimo contenuto energetico). La struttura viene mantenuta ad una certa temperatura (si denaturano ad elevate temperature, chenon sono uguali per tutti —> scaldandola si rompono le interazioni deboli): a 50° si denaturano del tutto. Ciò che stabilizza la struttura sono i legamideboli covalenti, che permettono alla proteina di ripiegassi e mantenere la sua struttura corretta, in modo che abbia la sua attivà biologica; essisono:

• ponte salino (legame ionico): tra un gruppo con carica negativa e uno con carica positiva (COO — NH )st-
• Ponti idrogeno: tra chi dona e chi accetta H (come OH — H )-
• Legami idrofobici: legami intermolecolari tra residui apolari degli amminoacidi
• Ponti disolfuro (non covalente): tra 2 gruppi SH di 2 molecole di cisteina

Durante il processo di avvolgimento della catena

La struttura polipeptidica può combinare diverse strutture secondarie riconoscibili, come ad esempio le unità beta-alfa-beta, alfa-alfa o meandri beta (brevi tratti di alfa-elica e struttura beta, collegate da tratti non organizzati in struttura secondaria: beta-alfa-beta), che vengono chiamate strutture supersecondarie.

I domini sono porzioni di proteina con specificità strutturale e funzionale, ma non tutte le proteine ne hanno. Più strutture supersecondarie possono associarsi per formare dei domini, che sono unità strutturali indipendenti. Ognuno di questi domini ha le caratteristiche di una piccola proteina globulare. Ad esempio, la gliceraldeidefosfoidrogenasi ha due domini, connessi da anse e lati tramite interazioni deboli.

Le proteine possono essere divise in famiglie, in base al numero di ripiegamenti possibili. Si stima che ci siano al massimo 1000 ripiegamenti con la stessa conformazione strutturale in organismi diversi. Si ritiene che le proteine utilizzate dall'uomo, tenendo conto del numero di geni, siano meno di 30000, che sono considerate le proteine di base.

però possono essere post-modificate (es. citocromo, proteina del mitocondrio che serve nella catena respiratoria e che contiene un gruppo eme e ossidasi), quindi il numero di proteine diventa più grande del numero di geni che possiede. Struttura quaternaria Almeno 2 proteine (dimero, trimero, tetramero, pentamero, ecc. -> 2 o + subunità, quindi 2 o + catene polipeptidiche; le subunità possono essere identiche o diverse) si associano (interazioni di carattere idrofobico - ambiente acquoso all'esterno) tra loro con legami deboli non covalenti (legami idrogeno e ionici e interazioni idrofobiche -> eventualmente alla fine possono esserci dei ponti di solfuro). Emoglobina: 4 proteine (2 catene alfa e 2 catene beta) Immunoglobina: sono gli anticorpi. 2 catene leggere e 2 catene pesanti, legati da ponti di solfuro. Siccome le proteine sono stabilizzate da legami deboli, possono essere facilmente aperte aumentando la temperatura: il calore altera ii legami deboli, in particolare quelli H. La perdita di struttura di una proteina de