Biochimica generale - 1° parziale

Amminoacidi PROTEINE

e

La biochimica si basa sul alfabeto degli amminoacidi VENGONO

COME

Sono caratterizzati dalla presenza di un gruppo carbossilico (acido) e RAPPRESENTATI:

amminico (basico)

Nelle proteine sono tutti cioè che il gruppo carbossilico e

alfa-amminoacidi,

amminico sono posizionati sullo stesso carbonio (C alfa) ↑.

Si ha un protone H

Si ha una catena laterale R che è diversa in base al tipo di amminoacido

Gli amminoacidi presenti nelle proteine sono 20

Si divisone in due grosse categorie in funzione della loro catena laterale R

(polari e apolari)

Ci sono amminoacidi:

Polari = ci sono neutri, carichi neg (amminoacidi acidi) e pos (amminoacidi basici)

Apolari = anelli aromatici pVind: ASSOCIANO

S STRUTTURESTABIL

CREARE

LORO PER

TRA

7

AMMINDACIDI:

20 -INSLUBIL IDROFOBICI

=

ACQUA

IN

Amminoacidi con R alifatici, non polari:

Glicina = più semplice. Sulla catena è presente

sono un H, quindi sarà poco ingombrante, e rende

il carbonio in alfa non chirale

Alanina = la R è un gruppo metilico

Valina = amminoacido ramificato, la R è isopropile

Leucina = ramificato, la R è un isobutile (AGGrunGoCH2)

Isoleucina = ramificato, la R è un sec-butile

Metionina = la R contiene un atomo di S. Durante la

sintesi proteica è l’amminoacido iniziale. È facilemente

ossidabile (problema)

Prolina = la R è una catena pirrolidinica e quindi il gruppo

amminico è intrappolato all’interno di una struttura ad

anello, e perciò sarà molto rigida come catena laterale

av

=

Rofici -

.

Amminoacidi con R polari, non carichi:

Serina = la R ha un gruppo ossidrilico e può essere facilmente

modificata attraverso fosforillazioni

Treonina = la R ha un gruppo ossidrilico che può esssere

fosforilizzato

Asparagina = la R ha un gruppo ammidico neutro

Glutammina = ha una CH2 in più rispetto alla asparagina

Cisteina = la R ha un gruppo tiolico e forma dei legami covalenti

con altre cisteina e forma la tramite dei

cistina ponti disolfuro. CISTINA

Tendono ad ossidarsi e va a formare dei ponti di solfuro

La polarità è dovuta ai gruppi ossidrilici, ai gruppi ammidici, e al gruppo sulfidrilico

Insulina, anche lei contiene dei ponti di solfuro

È un ormone che regola il metabolismo del glucosio e lipidico, e ha funzioni a livello

trascrizionale

È una proteina costituita due catene polipeptideche: A e B

All’interno delle catene ci sono delle ponti di solfuro

C’è ne sono due tipi: intracatena (amm 6 e 9), e due catene intercatena (tengono insieme la

catena A e B)

Quindi i ponti disolfuro sono fondamentali per stabilizzare le proteine e si devono formare

tra le cisteine in modo corretto

GRUPPO

1 CARBOSSILICO AGISCE

come acido dona UN Ht

e

-

Amminoacidi con R carichi negativamente:

(Non dico “acidi” perché a pH fisiologico sono carichi

negativamente)

Aspartato

Glutammato GRUPPO

L Amminico

AGISC COME accestaUNHt

↑BASE

perché

Amminoacidi con R carichi positivamente:

Lisina

Arginina = la R ha un gruppo guanidinico

Istidina = la R ha un imidazolo, a pH fisiologico può passare

alla suo forma protonata per piccole variazioni di pH che si

possono manifestare all’interno delle nostre cellule

Amminoacidi con R aromatici, non polari: Il triptofano viene messo in

Fenilalanina = fenile posizioni specifici, e ce ne

sono pochi nelle proteine e

Tirosina = para-idrossibenzile conferiscono alla proteine

Triptofano = indolo delle caratteristiche

particolari, quindi basta una

Hanno delle caratteristiche nella loro mutazione per cambiare

assorbimento delle radiazioni luminose tutta la funzione delle proteine

Le proteine, in funzione dei residui aromatici che contengono, hanno della caratteristiche

spettroscopiche diverse. La misura dell’assorbimento della luce con uno spettrofotometro è

utilizzata per identificare le proteine e per valutare la loro concentrazione in soluzione

Spettrometro:

Permette di studiare l’assorbimento delle radiazioni

luminose generate da una lampadina

In base ai residui aromatici permettono di monitorare

le proteine

Gli amminoacidi aromatici hanno degli spettri di

assorbimento diversi

Conoscendo la posizioni dei triptofano si può

calcolare il coefficiente di estensione molare

Il massimo dell’ assorbimento è nel ultravioletto

Ogni amminoacidi presenta

una sigla che può essere a

tre lettere o a una lettera mutazione post-

Ci sono ammicodici che subiscono delle

traduzionali che possono essere reversibile o irreversibili

Ad esempio la prolina e lisina

Avviene dopo che la protiena è stata sintetizzata

Possono essere fosfolirati e possono portare all’attivazione

o l’inattivazione del enzima stesso

Amminoacidi non proteici:

Essendo non proteici non entrano nella strttura

della proteina ma sono degli intermedi metabolici

chirale

Il carbonio in alfa, tranne per la glicina, è (4 sost diversi)

due

Quindi esistono diversi isomeri degli amminoacidi, ha

enantiomeri, attività ottica perché ruotano il piano

quindi hanno

della luce polarizzata

Gli amminoacidi possono esistere in due configurazione diverse

forme geometriche in

e per convezioni sono scritti attraverso

modo che la R e carbossile sono sotto al piano e il gruppo

amminico e protone sono sopra la piano

Gruppo amminico a sx = L

Gruppo amminico a dx = D (nulla a che vedere con R e S)

Si possono usare anche le proiezioni di fischer L

In natura, gli ammincido presenti nelle proteine sono

L’eccezioni sono peptidi di alcuni batteri

Diversi gradi di ioninazzione:

Gli amminoacidi hanno un gruppo acido e basico Proprietà degli amminoacidi in soluzione

In soluzione a pH neutro sono degli ioni bipolari ma con carica Gli amminoacidi senza gruppi carichi sulla catena

netta nulla laterale, in soluzione a pH neutro sono in genere

ioni dipolari (o zwitterioni). Un AA può quindi agire

come acido (donatore di protone) e come base

Quindi, possono fungere, a seconda del pH, da acidi o basi (accettore di protone)

Lo stato di ioninazzione di un amminoacido varia in funzione del Lo stato di

pH ionizzazione di

un amminoacido

varia in funzione

A pH = 0 il gruppo amminico è completamente protonato del pH.

Più si aumenta il pH e si ha una neutralità (forma zwiterionica)

A pH= 14 ci sarà la deprotonazione anche del gruppo amminico

Quindi si possono studiare le curve di titolazione degli

amminoacidi

PI = punto isoeletttrico cioè quando ha carica netta nulla

ed frutto dalla media dei due valori di pH

Si ha un terzo equibrio generato dal gruppo presente

nella catena laterale

Quindi si avrà 3 pKa

Il PI è la media tra pK1 e pKr per il glutammato

Invece la istidina si una la pKa2 perché l’ammianoiid ha

carica netta zero tra pKa2 e pKar ZERO

IDEVO VEDERE PUNTO

MEZZO TROVA IL

SI

COSA

A

I N pI=(pK +pK )/2= 3.22 pI=(pK +pK )/2=7.59

1 R R 2

Tabella riepilogativa

PROTEINE

Organizzazione degli amminoacidi per formare le

formano?

Come si

Le proteine si formano sul ribosoma attraverso la sitensi proteica

condensazione

La sintesi proteica è la di amminoacidi

Condensazione = è una reazione che comporta la perdita di una molecola d’acqua, e questa

legame peptidico

a formare un (legame

molecola d’acqua la si può perdere andando

ammidico), attraverso un processo di disidratazione, perché il gruppo amminico e il gruppo

carbossilico perdono una molecola d’acqua formando il legame peptidico

scrivono?

Come si = i polipeptidi (che nascono dalla

Convezione

condensazione di amminoacidi) sono scritti sempre

lasciando come primo amminoacido con il gruppo

ammino-terminale libero e poi l’ultimo amminoacido con il

⑪

gruppo carbossi-terminale

Questa convezione si usa perché durante la sintesi

proteica gli amminoacidi vengono aggiunti a partire dal

residuo ammino-terminale IN/z/s

Le unità amminoacidiche in un peptide sono chiamate = ogni

residui

residuo è un amminoacido che ha perso un protone dal suo gruppo

amminico e un ossidrile dal suo gruppo carbossilico -He 0H

-

La spina dorsale del polipeptide è sempre seguita dal

ammino, poi C in alfa, poi C carbonilico e poi si nuovo

ammino We

Le R sporgono a destra dalla spina dorsale FINE

l'estremità ammino-terminale viene posta a sinistra e quella carbossilica

② a destra. La sequenza amminoacidica si legge da sinistra a destra,

cominciando dall'estremità con il gruppo aamminico libero

Ci sono polipeptidi che anche se sono piccoli, sono

fisiologicamente attivi e anche se sono a concetrazioni piccole

Ad esempio ossitocina, bradichina, amanitina

Aspartame = residuo di aspartato che legame un residuo di

fenilalanina, la quale lega un gruppo un metile

Quindi non serve che siano di grandi dimensioni per avere una

attività fisiologica

Il è un peptide che è formato da una molecola di glutammato, cisteina e glicina

glutatione

Avendo una molecola di cisteina, che contiene un SH libero, quindi può formare ponti di

solfuro ed è un grado di fare da tampone redox, e quindi, ossidandosi, riesce a cedere due

elettroni che possono essere utilizzati per contrastare i radicali del ossigeno

È fatto solo da tre amminoacidi, e ha un legame peptidico anomalo perché fa il legame

peptidico con la catena laterale

= ormone di natura peptidica

Glucagone

Quando si parla di peptide e quando si parla di proteina?

Si inizia a parlare di proteina quando aumenta il numero di amminoacidi (ma non si ha una

regola precisa)

distingue loro?

proteine

Cosa tra

la

Caratteristiche chimico-fisiche delle proteine

Le proteine hanno delle caratteristiche chimico fisico che le distingue, ad esempio:

Peso molecolare = è definito a partire dal numero di amminoacidi. Mediamente il peso

• molecolare di un aminoacido è di 100 Dalton. Quindi una proteine che è costituita da

100 amminoacidi peserà 100.000 Da (perché 100x100)

Punto isoelettrico PI = per l’amminoacido è il valore di pH in cui l’amminoacido ha una

• carica netta uguale a zero, e questa definizione vale anche per una proteina. Il PI della

proteina è influenzato dalle cariche delle catene laterali, e bisogna anche considerare la

posizione tridimensione della catena laterale (quindi non solo dal tipo ma anche dalla

porzione di queste R)

Il PI è caratteristico per ogni proteina e si è raffinato in base alla sua funzione biologica

Esempio: Gli istoni per potersi legare al DNA deve avere

una carica positiva perché il DNA è carico negativamente,

e perciò avrà un punto isoelettrico alto avendo tanti punti

basici per potersi attaccare al DNA

Bisogna tenere conto del pH della soluzione per capire la carica totale della proteina

è ha un PI a 7,1, quindi le sue funzioni cambiano in base al cambiamento

Emoglobina

del pH

Queste caratteristiche chimico fisico come vengono sfruttate?

Sono utilizzate per l’analisi del materiale proteico

Siero = componete liquida del sangue privata dei fattori di coagulazione (senza il fibrinogeno)

Plasma = invece il plasma contiene anche il fattori di coagulazione

del siero:

Elettroforesi

È una tecnica con la quale si deposita sul supporto

una miscela complessa composta da molecola

cariche, e attraverso l’elettroforesi, le componenti

proteiche si separano sul supporto in base alle loro

caratteristiche chimico fisiche (peso molecolare e PI)

delle

Tipologie digrado struttura

di proteine:

La STRUTTURA delle proteine https://app.jove.com/it/embed/player?id=10678&t=1&s=1&fpv=1

Ci sono vari livelli di complessità della struttura delle

proteine: Primaria, Secondaria, Terziaria, Quaternaria

Primaria = è la sequenza amminoacidica

Secondaria = è la sequenza amminoacidica che si

riorganizza nello spazio per generare degli elementi di

struttura secondaria: e

alfa elica foglietto beta

Terziaria = si riorganizzano la struttura secondaria e conferisce alla proteina la sua

funzionalità

Quaternaria = alcune proteine che sono costituite da più di una catena polipeptidica

presentano la struttura quaternaria

Struttura primaria

sequenza amminoacidica

Rappresenta la in cui gli amminoacidi sono legati tra

loro da legami covalenti che possono essere i legami peptidici o i legami disolfuro

Tutte le proteine esistenti derivano dalla combinazioni dei 20 amminoacidi naturali

punto di congiunzione tra il messaggio presente sul DNA e la

La sequenza amminoacidica è il

struttura tridimensionale di una proteina che è correlata alla funzione biologica

unica

La sequenza amminoacidica è per ogni tipo di proteina, infatti ogni molecola di una

determinata proteina presentano la stessa sequenza ammiancoidca

Se si fa una variazione alla sequenza amminoacidica succede una mutazione che può

comportare l’insorgenza di una proteina patologica

Le

Ad esempio: = la catena B della emoglobina ha una mutazione in porzione

anemia falcifolme

6 (glutammato sostituito con una valina), e questo comporta che la proteina non ha più le

stesse caratteristiche della proteina originale

Ci sono classi di proteine che hanno una struttura primaria molto simile ma hanno delle

differenze nelle funzioni biologiche

Quindi se si altera la struttura primaria di una proteina, si altera anche la sua funzione,

riconosciuta questa relazione tra la sequenza amminoacidica

perché è stata empiricamente

e la funzione di una proteina

Esempio: = sono due ormoni che hanno una sequenza molto

Vasopressina e ossitocina

simile perchè differiscono per uno/due amminoacidi, ma hanno due funzioni molto diverse

se pur avendo una sequenza amminoacidica molto simile

Evoluzione

L’evoluzione di un organismo è legata all’insorgenza di mutazione spontanee che avvengono

a livello dei geni

Le differenze nella struttura primaria sono la “memoria” dei cambiamenti avvenuti a livello

genetico nel corso dell’evoluzione

Le specie che presentano una notevole affinità, avranno anche

delle strutture primarie delle proteine comuni molto simili tra loro

Esempio: citocromo-C = a livello primordiale c’era solo una

sequenza del citocromo-C, e poi alcune mutazioni hanno portato

al regno dei funghi e quindi si potrà creare degli alberi genialogici

Come può avvenire? nella Duplicazione genetica

Avviene nei processi di replicazione come mitosi e meiosi

Una proteina può essere duplicata e quindi si ha due copie dello stesso gene per la stessa

proteina. Ma questo gene può mutare e quindi si creano delle proteine che hanno delle

sequenze simile e quindi avranno anche una funzione analoga

Queste sequenze sono partite da un progenitore comune

Ad esempio globine = proteine che andranno a formare la

(proteina monomerica che lega l’ossigeno) e

mioglobina

l’emoglobine (ce ne sono vari tipi: adulte che lega ossigeno e

non fa da deposito ma da trasporto)

Quindi prima esisteva una globina primioridiale che poi tramite

le duplicazione ha dato origine a varie globuline

Ad esempio si può vedere diversi allineamenti di

sequenza tra i tipo di globuline e nei riguardi si

trovano le porzioni di sequenza e gli ammianocidi

che vengono mantenuti invariati (però non si ha

moolta similitudine)

Però ci sono delle posizioni che non possono variare, ad esempio l’istidina si trovano sempre

nelle stesse posizioni

Quindi, si può capire, l’isitidine sono molto importanti per legare l’ossogeno

Caratteristiche del legame peptidico della struttura primaria

Ha un legame peptidico che si forma durante la condensazione di due amminoacidi

⑪

strutture di risonanza,

Può presentare delle perché il carbonile ha una parziale cariche

negativa a livello del ossigeno e c’è l’azoto che cede il suo doppietto e quindi ha una carica

parzialmente positiva ②

dipolo elettrico

Queste risonanze conferiscono una maggiore stabilità e la presenza di un

3- I

St

888

parziale carattere di doppio legame

Il legame peptidico ha un (come lo si può vedere

⑬

dalle strutture di risonanza) A

1,32

Infatti la lunghezza del legame è una lunghezza intermedia tra un legame singolo e doppio

⑪ 5

complanare

E poi rende il legame e quindi non c’è libera di rotazione attorno al legame

giacciono sullo stesso piano

peptidico, e quindi i 6 atomi implicati nel legame peptico

Quindi ci sono legame mobili = C in alfa e legami fissi

C

N C

Quindi ci sono piani rigidi che si alternano con dei legami mobile che sono i legami tra

il C in alfa e l’azoto, e il C in alfa e il C del carbonile

più stabile

Come per gli alcheni, il peptide è quello

trans

in configurazione perché c’è meno ingombro

sterico

Oltre il 99% dei legami peptidici nelle proteine hanno

configurazione trans

L’1% è dato dal legame peptico che è coinvolta la

prolina ECCEZIONE

=

perché il C in delta del anello pirrolidinico che fa un

ingombro sterico con la catena laterale

Infatti c’è un 6% di configurazione cis in cui si trova

la prolina

Tra il gruppo amminico e il C in alfa, e il gruppo carbonilico e il C in alfa ci sono due legami

angoli di torsione

quindi possono avere degli

mobili

L’angolo di torsione tra N e il C in alfa è chiamato angolo xi I

L’angolo di