Biochimica

PUNTO ISOELETTRICO

Abbiamo detto come, all’aumentare del pH, aumenta la deprotonizzazione degli amminoacidi, causando anche una polarizzazione

degli stessi (si avrà una carica parziale positiva sul gruppo aminico e una negativa su quello carbossilico). Queste deprotonizzazioni

sono stilate dal valore del pK dei 2 gruppi.

È importante però anche sapere dell’esistenza del punto isoelettrico (pI): esso è definito come il punto nel quale la molecola non ha

una carica netta (o è neutra o ha una carica negativa che si equipara con una positiva).

Per ogni amminoacido si avranno dei diversi valori di Pk ma anche di pI.

Con il concetto del pI si può arrivare a definire uno Zwitterione, ovvero una molecola elettricamente neutra nel complesso ma che

però presenta sia cariche negative che positive localizzate: quindi uno zwitterione può accettare una carica negativa ma anche una

positiva.

PROTEINE

Le proteine sono dei polimeri, le cui unità monomeriche sono gli amminoacidi.

Possono essere:

- semplici: quando sono prive di altri componenti.

- coniugate: quando le proteine contengono nella loro struttura anche molecole non proteiche (gruppi prostetici), che però sono

fondamentali per lo svolgimento della loro funzione biologica. Ne sono esempio le lipoproteine, glicoproteine e le metalloproteine.

Le proteine sono un importantissimo gruppo di biopolimeri in quanto costituiscono un importante ruolo a livello metabolico e no.

Infatti sono molecole funzionali nella cellula, in particolare ogni tipo di proteina svolge un preciso lavoro integrato nella dinamica

cellualre e regolato in base alle mutevoli esigenze della cellula stessa. Hanno infatti una grande versatilità di funzioni:

- enzimi: quasi tutte le razioni che avvengono negli organismi sono catalizzate da specifiche proteine, poiché alle temperature a cui

le cellule possono vivere, tali reazioni procederebbero troppo lentamente. (accelerazioni in termini specifici e selettivi) (RNAasi idrolisi

RNA; Cit. c trasporto e-, Tripsina idrolisi peptidi).

- proteine di riserva: servono da materiale di riserva da utilizzare nei momenti di bisogno (ovalbumina albume d’uovo; caseina latte;

gliadina frumento; Zeina mais)

- proteine di trasporto: servono per trasportare da zone diverse di un organismo alcuni tipi di specie chimiche (emoglobina O2 nel

sangue; mioglobina O2 muscolo)

- proteine contrattili : in grado di allungarsi o contrarsi oppure di produrre associazioni in cui possono scorrere reciprocamente

(actina e miosina cellule del tessuto muscolare)

- proteine di difesa: sistema degli anticorpi che sono proteine in grado di riconoscere, attraverso delle loro zone specifiche (epitopi),

sostanze estranee (anticorpi, fibrinogeno e trombina coagulazione)

- tossine: proteine e loro filamenti sono i costituenti attivi di numerose tossine e veleni di animali e piante utili per uccidere o

danneggiare eventuali competitori nel habitat in cui vivono (neurotossina del pesce palla; botulinotossina Clostridium botulinum; Bt)

- ormoni e recettori: servono a coordinare l’attività biochimica di cellule vicine o appartenenti a organi e tessuti diversi in modo da

assicurare costanza del ambiente interno anche reagendo a eventuali variazioni di quello esterno (neurotrasmettitori e fattori di

crescita)

- proteine strutturali: forniscono consistenza, resistenza e sostegno meccanico a strutture e organi, nonché protezione a superfici

particolarmente delicate come quelle delle mucose (virali; di membrana; cheratina pelle unghie, peli; collagene tessuto connettivo

fibroso; istoni).

STRUTTURA delle PROTEINE

Abbiamo detto con sono polimeri di amminoacidi: più in particolare si può osservare una certa uniformità nella struttura di base, la

quale è costituita a partire da 20 amminoacidi di base.

È importante sapere che il peso molecolare delle proteine è espresso in Dalton (1 Da = 1/12 del peso di un singolo atomo di C-12,

ovvero 1,66x10^24g): il peso medio di una proteina si aggira dai 10-11 kDa (1 amminoacido circa 110 Da).

Una proteina si può intendere come un peptide, ovvero un insieme di più amminoacidi:

- di-, tri-peptide: 2 o 3 amminoacidi.

- oligopeptide: meno di 50 amminoacidi.

- polipeptide: più di 50 amminoacidi.

LEGAME PEPTIDICO

I vari amminoacidi nella proteina sono legati tra loro grazie ad un speciale legame, chiamato legame peptidico: questo legame si

forma tra un O del gruppo carbossilico di un amminoacido con un H del gruppo amminico di un amminoacido successivo (tramite

una reazione di condensazione, quindi con liberazione di acqua).

Si dice che è un legame direzionale in quanto segue una specifica direzione, con un preciso posizionamento dei gruppi: infatti si dice

che va da N-terminale a C-terminale.

Questo legame ha la particolarità di poter condividere in modo equo gli elettroni dall’ossigeno al carbonio e poi all’azoto.

Inoltre è un legame planare in quanto possiede carattere da doppio legame per la delocalizzazione della coppia elettronica

sull’orbitale PI-greco (quella del doppio legame) e della coppia non condivisa sul l’atomo di azoto tra il legame C-O e quello C-N:

questo lo rende un legame più forte di un normale legame singolo, infatti assume una struttura planare rigida, nella quale non c’è

rotazione attorno al legame C-N.

Le proteine si possono organizzare secondo più tipi di strutture:

STRUTTURA PRIMARIA

Questa struttura è formata dalla sequenza di amminoacidi nella catena di una proteina: questa sequenza conterrà diversi tipi di

amminoacidi (idrofilici, idrofobici,..) che conferiranno alla proteina delle caratteristiche diverse.

La struttura primaria è costituita quindi dall’insieme di legami peptidici che uniscono le varie unità monomeriche, formando così una

catena polipeptidica.

Tutte le proteine appena formate saranno in struttura primaria, per poi riarrangairsi, avvolgendosi, per cercare di raggiungere la

posizione termodinamicamente più stabile (in cui c’è meno tensione): questo avvolgimento avviene in funzione degli amminoacidi

presenti, i quali si posizioneranno in base alla loro natura (per esempio, gli amminoacidi idrofilici si posizioneranno all’esterno in una

soluzione acquosa).

Per consentire alle proteine neoformate di raggiungere una conformazione corretta, esistono delle proteine, chiamate chaperonine,

che aiutano e regolano questo avvolgimento. Se ciò non avviene, o avviene in maniera scorretta, le proteine vengono riciclate.

Infine, si osserva che l’ossigeno carbossilico ha una parziale carica negativa e l’azoto ammidico una parziale carica positiva.

Grazie alla planarità del legame peptidico, i 6 atomi componenti il gruppo peptidico giacciono sullo stesso piano.

Inoltre lo scheletro di una catena polipeptidica può essere rappresentato come una serie di piani rigidi consecutivi che hanno in

comune un punto di rotazione costituto da C-@.

Una tipica proteina a struttura secondaria è il lisozima, costituito da un lungo filamento con la presenza di alcune cisteina che

causano la formazione di ponti disolfuro, portando così ad una sorta di riarrangiamento: questo lisozima catalizza la rottura idrolitica

della parete di molti batteri determinandone la morte

STRUTTURA TRIDIMENSIONALE delle PROTEINE

La struttura tridimensionale di una proteina è determinata dalla sequenza amminoacidica: in particolare si osserva come le forze più

importanti che stabilizzano la specifica struttura tridimensionale sono interazioni non covalenti.

È importante conoscere questa struttura tridimensionale di una proteina in quanto definisce quella che sarà la sua funzione.

Questa struttura tridimensionale è unica o praticamente unica.

STRUTTURA SECONDARIA

Raramente le proteine restano in struttura primaria, quindi lineare, ma tendono piuttosto a richiudersi su se stesse dando origine a 2

tipi di conformazioni:

- la catena polipeptidica forma una spirale o un’elica generalmente destrorsa (che gira secondo il verso dettato dalla

- alfa-elica: regola della mano destra) con 3,6 amminoacidi per giro.

- i vari gruppi si dispongono in maniera specifica: si ha il C-terminale verso il basso, l’N-terminale verso l’alto e i gruppi

R verso l’esterno dell’elica, non disturbando o andando a squilibrare la struttura.

- questa struttura è stabilizzata da legami idrogeno che si formano tra l’idrogeno legato all’azoto elettropositivo di ogni

legame peptidico con l’ossigeno carbonilico elettronegativo del quarto residuo amminoacidico successivo nella

direzione dell’N-terminale dell’elica.

- ci sono dei casi, in alcune proteine come la cheratina, dove 2 o più filamenti ad alfa-elica possono ulteriormente l’uno

sull’altro formando una struttura a cordone intrecciato: questa specifica disposizione è perciò costituita da fasci di fibre

estremamente resistenti (strutture a cavo).

Ci sono delle limitazioni alla formazione della struttura alfa-elica, causate dalla presenza di vari fattori:

- la presenza di prolina che, avendo il gruppo R rinchiuso ad anello sull’N, non possiede un NH che possa formare un legame

idrogeno (può però essere presente per segnare la fine dell’elica).

- la presenza di più amminoacidi vicini con gruppi R ingombranti.

- fenomeni di repulsione elettrostatica dovuti alla vicinanza di amminoacidi con gruppi R con carica dello stesso segno.

- in questo caso lo scheletro polipeptidico presenta una disposizione bidimensionale ripiegata a zig-zag e si

- beta-foglietto: possono formare legami idrogeno intracatena tra parti diverse di una singola catena polipeptidica che curva su se

stessa o tra catene polipeptidiche diverse (intercatena).

- si può intendere questa struttura come un insieme di più strutture primarie (filamenti di amminoacidi) legate fra loro

su un piano

- in ogni caso, e a differenza di come accadeva nell’alfa-elica, i legami idrogeno sono sempre perpendicolari alla

direzione della catena.

- si possono distinguere 2 tipi di beta-foglietti: le catene infatti possono essere parallele quando tutti i filamenti

vanno nella stessa direzioni (per esempio tutti da N-terminale a C-terminale) o anti-paralleli quando i filamenti non

vanno tutti nella stessa direzione.

Quindi le differenze fra le 2 sono:

- le strutture alfa sono formate da una singola catena polipeptidica, mentre le strutture beta sono formate da da almeno 2 catene

polipeptidiche (o da segmenti di catena).

- nella struttura alfa la catena si avvolge ad elica, mentre in quelle beta le catene sono completamente distese.

- sono però entrambe stabilizzate da ponti idrogeno, che però sono intracatena e paralleli nell’alfa-elica e sono sia intra che intercatena

nel beta-foglietto e disposti in maniera perpendicolare rispetto allo scheletro polipeptidico.

STRUTTURA SUPER-SECONDARIA

È un tipo di struttura inte