Biochimica

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VDEYLNRFL

2. Calcolare con Protparam i seguenti parametri:

Trp (W)% : 0,3% è un amminoacido raro

PI: 5.7 quindi è una proteina acida (prevalente carica negativa e scambio anionico)

-1 -1

Coeff estinzione (epsylon) : 20400 M cm

3. Calcolare la concentrazione di una soluzione di proteina di cui avete ottenuto il

seguente spettro di assorbimento (usando una cuvetta da 1 cm)

- Quali posizioni non sembrano tollerare sostituzioni? La posizione 6 e 9

- Quali posizioni mostrano sostituzioni tra amminoacidi polari? L’unica che ha

veramente amminoacidi solo polari è la prima con acido aspartico (D) e lisina (K)

- Quali posizioni mostrano sostituzioni tra amminoacidi idrofobici? Per esempio la

seconda colonna e la decima sono idrofobica perche ha solamente isoleucina,

leucina, fenilalanina e tirosina, anche la 3,4,5,7,8,10 sono miste

- Quali posizioni sono maggiormente variabili? La 3 e la 4 colonna 44

Struttura tridimensionale delle proteine

È riferita alla conformazione della catena principale, gli angoli formati dagli atomi che

fanno parte della catena principale. Il livello superiore è la struttura terziaria, cioè la

disposizione nello spazio di tutti gli atomi. Siccome, poi, le proteine possono essere

organizzate in più catena, c’è anche una struttura quaternaria che si riferisce

all’assemblaggio nello spazio di più catena. È un livello tridimensionale che si riferisce al

caso in cui più catene terziarie si mettono assieme a formare una proteina completa.

Struttura secondaria

il legame peptidico è importante per capire la struttura secondaria: esso è un legame

singolo tra il C carbonilico e l’azoto amminico. Si ha una forma limite di risonanza.

Questo ha una lunghezza sperimentale di 1,32 Armstrong, ed è una lunghezza intermedia

tra: legame singolo C-N 1,42 Armstrong e legame doppio C=N 1,27 Armstrong. Ciò dice che

quel legame ha una parziale caratteristica di doppio legame (struttura di risonanza).

Inoltre, il legame peptidico e i suoi atomi sono tutti sul piano ed è proibita quindi la

rotazione del legame tra C e N. Quel tipo di legame e quegli atomi impegnati nel legame

non hanno libertà di rotazione come nel legame semplice. Cosa che non avviene qua e

quindi si parla di piano peptidico e rotazione impedita.

Configurazione

La catena principale quindi si può immaginare come una successione di piani amidici e la

configurazione dei C-alfa rispetto ai piani è in trans (C rispetto al legame peptidico).

Non stanno dalla stessa perché ci sarebbe l’ingombro sterico tra le catena laterali quindi è

favorita la trans. I carboni alfa possono avere confuigurazxione trans o cis e di fatto quasis

sempre vi è una configurazione

trans percvhe una caterna laterale

è verso l’alto e una nella direzione

opposta verso il basso del piano

peptidico.

Se fossero cis ci sarebbe ingombro

sterico, il discorso vale per tutti gli

amminoacidi tranne che per la

Prolina. Nella prolina non c’è 45

grande differenza di energia tra la configurazione cis e trans quindi esiste nelle due

configurazioni nelle proteine.

La catena principale è una successione

Quindi la catena principale è come una catena di piani in successione in cui normalmente

si hanno i C-alfa che sono in trans rispetto al legame peptidico e si può cambiare

l’orientazione dei piani cambiando gli angoli tra l’N del legame peptidico e il C-alfa, oppure

cambiando l’angolo tra il c-alfa e il carbonile del legame peptidico successivo.

Angoli diedri

Questi due angoli sono chiamati diedri e stabiliscono la rotazione tra:

il piano individuato dall’N del legame peptidico e il C-alfa —>

● Phi ( j)

il piano tra il C-alfa e il C carbonilico del piano peptidico

● successivo —> Psi (y)

La rotazione degli angoli diedri può essere 360° e si ha un verso positivo

di rotazione se, sedendomi sul C-alfa, si vede l’angolo girare in senso

orario. Convenzionalmente si preferisce misurare l’intervallo che va da 0

a 180 gradi e da 0 a -180 gradi.

Le combinazioni di Phi e Psi non possono essere casuali, perché ci sono

molte combinazioni proibite dall’ingombro sterico. Si scrivono con le

lettere greche (sembrano un ohm e forchettone) e sono in quest’ordine,

mai in modo casuale. Combinazioni possibili

Ci sono rotazioni proibite che tendono al collasso e a

sovrapporsi , ma ci sono anche combinazioni possibili.

Ci sono alcune combinazioni ammesse e quali sono lo

dice una struttura chiamata il Diagramma di

Ramachandran, dal nome di uno scienziato indiano che

ha stabilito per primo quali sono le combinazioni

ammesse e possibili tra gli angoli Phi e Psi sulla base

dell’ingombro sterico.

Lavorando su modelli, Ramachandran ha definito delle

regioni sul grafico in cui era possibile osservare alcune

combinazioni dei due angoli. Phi va da -180 a 180,

abbiamo poi un punto 0,0 sul piano e otteniamo

l’incrocio delle due rette.

Le combinazioni sono importanti perché dicono come ci si deve aspettare gli angoli della

catena principale.

- La posizione 0,0 è proibita, non ci sarà mai una combinazione così perché i due

piani sarebbero affiancati e ciò non sarebbe possibile a causa di H e O.

- Ci sono solo due regioni in cui ci sono combinazioni ammesse, alfa e beta.

- C’è un’altra regione, quella grigia, che è ammessa secondo Ramachandran, ma la

presenza di un residuo in questa regione è occasionale e non corrisponde a

strutture secondarie. Si incontra per pochi tratti della catena.

- Il grafico è importante perché nelle proteine ci sono due strutture secondarie che

corrispondono a queste due regioni nel grafico: alfa elica e foglietto beta. le

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regioni blu (beta: -135 phi +135 psi) e verdi (alpha: -60 phi -45 psi) sono regioni più

importanti e sostanzialmente sempre ammesse.

Esempio= guardando la struttura delle proteine, prendo un amminoacido con C alpha e

guardo il valore di phi per esempio dell’isoleucina (phi= -138 e psi=-132), si tratta di una

regione ammessa.

Struttura secondaria ad α-elica

I residui con angoli Phi e Psi nella regione alfa danno luogo ad una struttura secondaria

particolare. L’alfa-elica. È un’elica destrorsa che ha caratteristici parametri geometrici: si

ripete ogni 5,4 Armstrong (passo dell’elica). Il modello indicato è quindi detto a nastro che

si avvolge quindi in un andamento elicoidale, con passo d’elica di 5,4 A.

Tutti gli angoli Phi e Psi in questa struttura saranno compresi attorno alla regione alfa.

La struttura ad alfa-elica l’ha scoperta Linus Pauling nel 1951, sulla base

delle evidenze del grafico di Ramachandran e di alcune evidenze

sperimentali ottenute con la cristallografia a raggi X di piccoli peptidi. Ma

soprattutto grazie ad un ragionamento chimico fatto con dei modelli,

grazie ai quali ha compreso che esisteva una particolare conformazione

della catena principale, cioè si aveva un preciso schema (pattern) di

legami H favorevoli: l’ossigeno del carbonile di un residuo n fa un legame

H (tratteggio giallo) con l’H dell’N di un residuo n+4

Questa è la struttura più comune e la più favorita. All’interno, la struttura,

soddisfa i legami H che devono essere formati con la componente polare

della catena principale (deriva dal legame peptidico idrofilico). Il

carbonile e l’azoto del legame peptidico sono idrofilici ma mi è possibile

avere l’alfa elica all’interno della proteina che ha un ambiente idrofobico.

Ciò vuol dire che l’alfa-elica può formarsi indipendentemente dal

solvente: ambiente acquoso, dentro la proteina, dentro le membrane a

contatto con le code idrofobiche dei fosfolipidi di membrana.

Un’altra caratteristica sempre valida è che nell’alfa-elica le catene laterali

di diverso tipo (i vari amminoacidi) puntano verso l’esterno. L’interno ha

avvolgimento destrorso con la catena principale mentre l’esterno è

rivestito dalle catene laterali che spuntano fuori dal nastro come palline.

In un passo dell’elica (5,4 Armstrong) ci sono 3,6 residui (aa).

Struttura secondaria a filamento β

C’è un’altra struttura secondaria, sempre scoperta da Linus Pauling nel 1951, che

corrisponde ad una successione di residui nella parte superiore del grafico di

Ramachandran. La catena anziché avvolgersi, sta tendenzialmente sul piano.

È il foglietto-beta: lo si può considerare come un filamento che sta su un piano in cui non

c’è uno schema di legami H all’interno dello stesso filamento, si hanno i legami peptidici.

Esiste, infatti, solo a contatto con altri filamenti a formare uno schema di legami H. I

filamenti affiancati formano dei foglietti con legami H tra diversi filamenti.

Si hanno quindi sempre

almeno due foglietti-beta

adiacenti sul piano per

soddisfare il legame H. Spesso

questa struttura è

simboleggiata con una freccia 47

per indicare la direzione che è sempre dall’N terminale al C

terminale.

L’affiancamento dei filamneti può essere:

Foglietto parallelo —> con tutti i filamenti paralleli

● Foglietto antiparallelo —> con tutti i filamenti antiparalleli

● Foglietto misto —> con filamenti paralleli e antiparalleli

●

Legami idrogeno nei foglietti β

Tra questi filamenti si ha il legame H tra le catene principali (tra L'ossigeno del carbonile

del legame peptidico e H dell’azoto di un altro legame peptidico di un altro filamento),

non coinvolge la catena laterale.

Il legame H ha una geometria più ideale nei foglietti antiparalleli; i legami H sono più

vicini alla geometria ideale perché accettore e donatore sono allineati. È la mia favorita.

Si ha un’ondulazione che è più pronunciata nel foglietto parallelo: questo, infatti ha un

passo di 6,5 Armstrong rispetto ai 7 Armstrong dell'antiparallello. Questa struttura è più

stesa dell’alfa-elica. Il foglietto- beta si ripete ogni 3 residui. I legami idrogeno sono un

pochino più distanti alla geometria ideale della parallela piuttosto

che nell’anti parallela.

Inoltre, le catena laterali rispetto al piano del foglietto sono

perpendicolari al foglietto e alternate sopra-sotto-sopra-sotto.

Le Catene laterali rispetto al foglietto beta si dispongono in

modo alternato sotto e sopra al piano. Avrò residui R che puntano

sotto e successivamente R sopra al piano con un passo di

(antiparallelo) 7 Armstrong e 3 residui più ingombranti, oppure di

(parallelo) 6,5 Armstrong piu ondulati e sempre 3 residui

(amminoacidi) come passo.

Modello spacefill

Tutto ciò che non è ad alfa-elica o foglietto-beta, si trova in

una