Appunti Biochimica generale

STRUTTURA QUATERNARIA

Alcune proteine la possiedono. Appartiene solo a quelle proteine che sono formate da due o

più catene polipeptidiche che si associano tra loro tramite interazioni prevalentemente di

natura non covalente, ma anche covalente.

La struttura tridimensionale di una proteina dipende dalla sequenza amminoacidica.

CLASSIFICAZIONE DELLE PROTEINE

Si possono classificare per:

1) Composizione si distinguono proteine semplici (sequenza di soli aa) da proteine

coniugate (composte da aa e molecole diverse come: zuccheri e vanno a formare

glicoproteine, acidi nucleici a formare nucleoproteine ecc).

2) Struttura: si distinguono proteine fibrose (dalla forma molecolare allungata) e proteine

globulari (dalla forma molecolare sferoidale compatta)

3) Funzione: possono esserci proteine a funzione enzimatica, di trasporto, di deposito, di

protezione (anticorpi), contrattili (actina, miosina), di regolazione ormonale (insulina),

strutturali (collagene, elastina), di regolazione genica (fattori di trascrizione),

recettoriali

PROTEINE FIBROSE

Sono caratterizzate da una struttura allungata che conferisce al tessuto in cui sono inserite

resistenza o elasticità. L’unità strutturale di base è un semplice elemento di struttura

secondaria e la maggior parte sono insolubili in acqua (aminoacidi di natura idrofobica) e sono

costituite dall’associazione di più catene polipeptidiche in un complesso sopra molecolare. A

seconda del tipo di struttura che prevale si hanno proteine con diverse caratteristiche: se

prevale la struttura beta la proteina è più soffice e flessibile.

Esempi di proteine fibrose: miosina, fibrina, alfa cheratina, collagene, beta cheratina.

Le alfa cheratine (prevale struttura secondaria alfa destrorsa) sono insolubili generalmente in

ambiente acquoso, sono rigide, ma estendibili. Gli aa che costituiscono queste proteine sono

simili. Gli aa più importanti che contiene sono aa idrofobici come alanina, valina, leucina,

metionina, ma anche la presenza di cisteina che forma ponti disolfuro intercatena. A seconda

del contenuto di zolfo si suddividono in dure e soffici. È fatta generalmente da un monomero a

circa 300 aa caratterizzato da un dominio centrale ad alfa elica destrorsa con due estremità

Nterminale (testa) e Cterminale (coda) a struttura più flessibile e più variabile.

Le cheratine sono idrofobiche, ma se poste in acqua, come i capelli, essi assorbono acqua sia

in forma liquida sia sotto forma di vapore. Quando i capelli vengono bagnati o vengono a

contatto con l’umidità, i legami idrogeno che legano le catene α-elica si rompono,

despiralizzando la proteina e facendo quindi allungare i capelli (questi legami si riformano non

appena l’acqua evapora).

Nelle beta cheratine prevale la struttura beta, organizzata in estesi foglietti pieghettati a

ventaglio. Ala e Gly sono i prevalenti e si alternano nella sequenza primaria: ciò consente ai

foglietti beta di disporsi in piani sovrapposti, ravvicinati e compatti, tenuti insieme da deboli

interazioni apolari tra i gruppi R di Ala e Gly.

Il collagene è la proteina più abbondante nel nostro organismo ed è il costituente principale

del tessuto connettivo, insieme a elastina, fibrina e proteoglicani (sono tutti prodotti da

fibroblasti, condroblasti e osteoblasti). Il collagene di tipo I costituisce il 90% del nostro

organismo. È una glicoproteina anaelastica, non è suscettibile a trazione. Si parla di collagene

fibrillare o reticolare. L’unità costitutiva è il tropocollagene che si organizza in microfibrille a

loro volta costituite da fibrille e poi fibre.

→ → →

tropocollagene microfibrille fibrille fibre

Le fibre possono organizzarsi in fasci tubulari (come i vasi), intrecciati (cornea) e sparsi (come

i tendini). Il collagene è abbondante in tessuti dove è richiesta resistenza o solidità.

Gli aminoacidi inseriti dopo la sintesi proteica sono fondamentali per stabilizzare la struttura

della proteina e sono la prolina e idrossiprolina. Le idrossilasi usano Fe, vitamina C e O2.

A stabilizzare la struttura della fibrilla di collagene ci sono anche legami covalenti detti anche

legami trasversali o crociati (più ci sono più il collagene risulta resistente). Per avere legami

crociati bisogna lavorare sulla Lys lisina: la ossidiamo eliminando il gruppo amminico

sottoforma di ammoniaca e trasformiamo il C terminale in un gruppo aldeidico e il residuo

formato prende il nome allisina. L’enzima che media è la lisil-ossidasi. L’allisina può reagire

con a) un residuo di Lys a dare una base di Shift o b) con un altro residuo di allisina attraverso

condensazione aldolica.

Enzimi che degradano il collagene sono i collagenasi, enzimi proteolitici in grado di idrolizzare

i legami peptidici delle catene. Ci sono_

- Collagenasi tissutali

- Collagenasi da batteri patogeni che degradano il collagene producendo gas

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ELASTINA

L’unità costituente è la tropoelastina. È una proteina fatta da circa 700 aa, costituita per il

33% da Gly, ricca di Pro, scarsa di OH-Pro, assente OH-Lys. Nella struttura secondaria si

alternano due dominio: un dominio idrofilico ricco in Lys e Ala responsabile dei legami crociati,

un dominio idrofobico ricco in Val, Pro, Ala, Gly che presenta unità ripetitive del tipo VPGVG =

curva β e n curve β costituiscono la spirale β. Quest’ultimo dominio è responsabile

dell’elasticità della proteina.

Ci sono una serie di spirali unite tra loro tramite un legame molto forte, un particolare legame

crociato intercatena attraverso l’aa Lys: 1 Lys e 3 allisine si uniscono tra loro formando un

legame crociato (una specie di anello eterociclico) che prende il nome di desmosina. Grazie

alla presenza di questo legame c’è uno stiramento reversibile in tutte e quattro le direzioni.

Per trasformare la Lys in allisina con la vitamina B6 si fa una deaminazione ossidativa.

Lez 6

PROTEINE GLOBULARI

Come proteine globulari di esempio prendiamo in considerazione quelle che trasportano

l’ossigeno.

Mioglobina e emoglobina hanno in comune molte cose ma differiscono molto per la capacità

di legare l’O: sono coniugate, hanno una parte proteica fatta di aa chiamata globina e un

gruppo non proteico (aggiunto dopo la sintesi della proteina) detto gruppo postetico che è

l’eme. Possono essere chiamate cromoproteine perché l’eme gli conferisce una determinata

colorazione visibile (il sangue è rosso perché i globuli rossi contengono emoglibine). La

funzione di entrambi è quella di trasportare ossigeno e la parte proteica differisce nelle due

proteine: nella mioglobina la parte proteinca: trattenere O all’interno dei tessuti e trasportarlo

all’interno delle cellule verso i mitocondri per la respirazione cellulare.

L’emoglobina è fatta da 4 catene: nell’adulto la maggior parte dell’Hb è fatta da due catene

chiamate α e 2 catene β. L’emoglobina dell’adulto è fatta da 2α e 2β chiamata anche con

l’acronimo HbA1. Ha la funzione di trasportare O dai polmoni verso i tessuti periferici.

….Una proteina deve cambiare la sua capacità di legare l’ossigeno (affinità per O). Questo è

dovuto a cambiamenti conformazionali della proteina. Queste globine hanno il 75% di

conformazione ad α elica: nella mioglobina nella catena β ci sono 8 segmenti ad α elica,

nell’emoglobina 7. I segmenti non indicati con delle lettere maiuscole da A ad H (nelle catene

α manca il segmento D). dal punto di vista della struttura terziaria i gruppi R degli aa apolari,

dato che sono immersi in ambiente acquoso, sono presenti all’interno (fanno eccezione 2

istidine. Nella miogloobina troviamo sulla superficie tutti aa polari, nell’Hb l’esterno presenta

sia residui di aa sia polari sia non polari. Caratteristica comune è l’assenza della cisteina, Cys

(assenza di ponti disolfuro). Oltre alla mioglobina classica ci sono altre forme di globine in

grado di trasportare O come la neuroglobina e citoglobina (funzione non molto nota).

2

Istidina E7 si trova nella stessa posizione in tutte le 3 catene e istidina F8 uguale.

Il gruppo eme è inserito in una tasca della proteina.

Nella mioglobina è presente un solo gruppo eme inserito nella tasca idrofobica e nell’Hb ci

sono 4 gruppi eme inseriti nelle 4 tasche idrofobiche. L’Hb lega 4 O mentre la mioglobina

2

lega solo una molecola di O . Omologia nella struttura terziaria di queste due proteine: la E e

2

la F formano la tasca idrofobica dove c’è l’eme nella mioglobina e anche nell’Hb nella

struttura α e β.

L’eme chimicamente viene definito una ferroprotoporforina. È una struttura chimica

eterociclica formata dall’unione di 4 pirroli, anelli eterociclici a 5 atomi (4 C e 1 N) e i pirroli

sono uniti tra loro attraverso 4 ponti metinici (C con un altro doppio legame) tutti legati

covalentemente. La posizione dei doppi legami non è fissa, ma c’è una forte delocalizzazione

affinchè tutti gli atomi di porfina giacciono su un piano (conferiscono colore). Nel centro della

struttura due azoti risultano protonati e gli altri no. Questa struttura viene chiamata porfina e i

ponti metinici vengono chiamati α, β, gamma, delta. Gli 8 H angolari vengono sostituiti con

differenti gruppi per dare origine alla porfirina: 4 metili -CH , 2 vinili -CH=CH , 2 propanoili

3 2

-

-CH CH COO combinando questi sostituenti in posizioni diverse otteniamo le protoporfirine.

2 2

Esistono 15 modi per sistemare i sostituenti che danno origine ad altrettante isoforme

(nell’emoglobina abbiamo la protoporfirina IX nove). I quattro azoti al centro costituiscono uno

spazio teradentato: i due protoni legati a N possono dissociarsi formando due cariche negative

2

delocalizzate nello spazio tetradentato sui 4 azoti (strutture di risonanza). Il legame del Fe

favorisce la dissociazione dei due protoni e si lega con 4 legami di coordinazione e la

protoporfirina IX si trasforma in ferroprotoporfirina IX che è l’emoglobina.

Il 5 e il 6 legame di coordinazione sono molto importanti perché quando inseriamo l’eme nella

globina: il sesto legame è in grado di accettare l’O e conferisce all’eme la capacità di legare

l’O .

2

Ci sono due forme di eme:

- Quello non capace di legare l’O (deossi)

2

- Quello capace di legare l’O (ossi)

2

Il Ferro deve essere ridotto per legare la proteina (2+) perché conferisce carica netta pari a 0.

3+

Il ferro però si ossida facilmente perdendo un elettrone divenendo Fe che rimane all’interno

dell’eme (em