Biochimica

Livelli strutturali delle proteine

STRUTTURA PRIMARIA (sequenza di amminoacidi legati tra loro con legame peptidico) è la più semplice ma dipendono tutte da lei, più alto è il livello di struttura più le funzioni della proteina sono complesse; l'informazione per la struttura primaria di una proteina è contenuta nella sequenza di basi del DNA ed è trasferita alla proteina attraverso processi di sintesi dell'mRNA (trascrizione) e della sua traduzione a livello della sintesi proteica.

ES: mioglobina (deposito di O); emoglobina (trasporto di O)

STRUTTURA SECONDARIA (ripiegamenti locali e ripetitivi della catena polipeptidica (alfa elica/foglietto beta)) forma legami a idrogeno intracatena (tra diverse parti della stessa catena) o intercatena (tra catene diverse) - alfa elica formano legami intracatena deboli (circa neanche 10 kcal/mol); è un'elica destrogira, in un giro completo ci sono 3,6 residui di

amminoacidi che corrispondo ad un'unità di ripetizione (distanza) di 5,4 A e ad un grado di avanzamento di 5,4 : 3,6 = 1,5

ES: cheratina dei capelli e delle unghie- foglietto beta formano legami intercatena e la proteina assume questa conformazione perché sono presenti aa nella struttura primaria che sfavoriscono la formazione di un'alfaelica e quindi si formano i:

• foglietti antiparalleli (amminico e carbossilico; quello di fianco il contrario e gli atomi che formano tra loro legami ad H si fronteggiano quindi i legami sono paralleli) la distanza tra due aa = 7A
• foglietti paralleli (amminico e carbossilico; entrambi però gli H non sono più paralleli ma sono il contrario) la distanza tra due aa = 6,5 A; formano una struttura a pieghe come tanti fogli uniti per il bordo longitudinale (cheratina della seta), le catene sono legate insieme da legami a idrogeno e da interazioni (forze di Van der Waals) che nonostante siano legami deboli si presentano

in grande quantità e quindi conferiscono una certa robustezza- struttura mista tra alfa e beta (foglietti beta all'interno, alfa-eliche esterne)-STRUTTURA TERZIARIA tutte le proteine hanno questa struttura, è composta da gruppi idrofobici all'interno così non entra acqua ma all'esterno da idrofili; le catene possono essere legate da legami a idrogeno, ponti salini (legame ionico), interazioni idrofobiche e ponti disolfuro (legame covalente fra residui di cisteina)ES: mioglobina (composta da 153 aa (globina) che lega un gruppo eme attraverso il quale la Mb lega una molecola di ossigeno, è per il 70% ad alfa-elica (8 alfa eliche) ma nel complesso è sferica/globulare); è una struttura tridimensionale non localizzata, un ripiegamento della catena polipeptidica ( in struttura primaria ) su se stessa-STRUTTURA QUATERNARIA composta da più subunità proteiche (almeno 2) omodimeri (due subunità uguali) / eterodimeri (due

subunità diverse)), solo alcune ce l'hanno questa strutture; alcune proteine che aggregano alcune subunità proteiche in un unico complesso mediante forze ioniche o polari non covalenti; caratteristiche di questa struttura sono la cooperatività (le subunità cooperano tra loro e dunque il cambiamento conformazionale di una subunità determina il cambiamento conformazionale della subunità accanto) e l'allosterismo (quando le subunità rispondono a molecole diverse (che si legano in siti diversi) dal loro ligando principale)

ES: emoglobina (ha due coppie di proteine diverse ma uguali 2 a 2 con peso molecolare di 68000 che formano un tetramero)

3 classi di proteine- FIBROSE: "fibre", forma allungata non tondeggiante, sono insolubili in acqua, sono costituite da un unico tipo di struttura secondaria e la terziaria è relativamente semplice, svolgono spesso ruoli strutturali (danno resistenza), rappresentano solo una piccola

frazione delle proteine che si trovano in natura ES: cheratina, collagene, miosina, actina per i muscoli

GLOBULARI: solubili in acqua (citoplasma/matrice), hanno una forma approssimativamente sferica e contengono più tipi di struttura secondaria, esiste una enorme varietà di loro strutture tridimensionali, quasi tutte contengono quantità rilevanti di alfa eliche e foglietti beta ES: enzimi, molti ormoni peptidici, emoglobina, nel plasma albumine (presenti in maggior quantità), globuline, fibrinogeno che contribuiscono alla pressione osmotica (la parte di essa dovuta solo a loro è detta pressione oncotica o colloidale e se si perdono possono causare ritenzione idrica) e al trasporto di ormoni e molecole non solubili

DI MEMBRANA: porzioni idrofobiche verso lo strato fosfolipidico e porzioni idrofiliche verso l'esterno e l'interno della cellula ES: perilipina che è a contatto con citosol (componente liquida e non strutturata del citoplasma)

QUESTE FUNZIONI SONO:

• componenti strutturali (collagene ed elastina, nel tessuto connettivo, citoscheletro, pelle)
• trasportatori (emoglobina per O2, CO2, H+; albumina per ormoni, acidi grassi, ecc.)
• trasmettitori di messaggi (ormoni peptidici)
• catalizzatori di reazioni chimiche (enzimi)
• difesa contro

interagiscono con amminoacidiidrofobici: alanina, valina, leucina ecc.

4 protofibrille per un totale di 32 filamenti di alfa cheratina si combinano a formare unfilamento intermedio o microfibrilla

la resistenza delle proteine fibrose è aumentata da legami covalenti (i più forti) crociati trale catene polipeptidiche, presenti all'interno dell'elica spiralata; i legami che stabilizzano lastruttura quaternaria delle alfa cheratine sono ponti disolfuro (cisteine)

due forme: alfa cheratina soft (nella pelle, capelli, lana; con pochi ponti disolfuro quindi poco rigida) / alfa cheratina hard (negli artigli, becchi, unghie; con più del 18 % di cisteine impegnate in ponti disolfuro nelle più dure come il corno dei rinoceronti)

una volta conosciuta la struttura biochimica di queste proteine c'è anche un impegno estetico (permanente); (cisteina+acido tioglicotico+acido tiolattico che riducono i ponti disolfuro, diventano malleabili e si ha la piega,

le cisteine che prima si frontavano sono disposte diversamente, con l'acqua ossigenata vi è un'ossidazione e si riformano i ponti di solfuro tra proteine disposte diversamente e quindi cambiano la forma)

beta fibroina / beta cheratina- proteina della seta, prodotta dagli insetti e dai ragni- le sue catene polipeptidiche si trovano quasi esclusivamente nella conformazione beta e organizzate in foglietti- i foglietti beta sono disposti antiparalleli e sono uniti da legami a ponte di idrogeno tra catene polipeptidiche nel foglietto beta e da interazioni di Van der Waals tra foglietti differenti- la fibroina è ricca di alanina e glicina (amminoacidi con gruppo R più semplice (metile e idrogeno)); questo fa sì che i foglietti rivolgano l'un l'altro gruppi molto piccoli che possono compattarsi meglio e quindi abbiamo più strati sovrapposti perfettamente

collageno- è la proteina più abbondante nei mammiferi (25-30% del totale delle proteine)

Il collagene è una proteina fibrosa presente nel corpo umano. È diverso nei diversi organi, sia come quantità percentuale che come composizione delle sue unità alfaeliche. Ad esempio, nel fegato è presente al 4%, nell'osso al 23% con cristalli di idrossiapatite/idrossifosfatodi calcio, nella cartilagine al 50% e nella pelle al 72%.

Il collagene ha una elevata resistenza alla tensione ed è insolubile e indigeribile. Quando viene sottoposto a bollitura, viene irreversibilmente denaturato e si trasforma in gelatina, che è digeribile ma ha un valore biologico nullo o scarso, poiché manca di amminoacidi essenziali o ne è carente.

Il collagene è prodotto da diversi tipi cellulari, ma principalmente dai fibroblasti (cellule del tessuto connettivo interstiziale), dalle cellule muscolari e dalle cellule epiteliali. Esistono numerose varianti di collagene (30 varianti strutturali) che svolgono diverse funzioni nel corpo.

Il collagene di tipo I è la proteina più abbondante nei mammiferi e il principale componente del tessuto connettivo. È presente nella pelle, nelle ossa, nei tendini, nei vasi sanguigni e nella cornea.