Struttura terziaria proteine nello specifico

La stabilità della struttura terziaria

La conformazione terziaria di una proteina viene mantenuta stabile dalla presenza di interazioni deboli di vario tipo:

1. Interazioni idrofobiche: le interazioni idrofobiche sono le prime associazioni che si formano durante il processo di folding (ripiegamento) della proteina. Sono anche l'unico intermedio del processo che si è riusciti ad isolare, in quanto il processo di folding è troppo veloce per isolarne gli intermedi. L'unico intermedio isolato è il molken globul o globulo fuso, costituito da un'associazione di amminoacidi apolari che si legano tra loro all'interno della proteina grazie al suo ripiegamento nello spazio, attraverso interazioni idrofobiche, formando il core idrofobico interno. Queste interazioni idrofobiche tra catene laterali apolari sono importanti e si formano per escludere il contatto con l'acqua. Se poniamo un componente apolare in un solvente acquoso, questo va a rompere i...

legami a idrogeno stabilizzanti del solvente senza però formarne di nuovi. Questo fa sì che una molecola apolare in un solvente acquoso costringa le molecole di acqua (con i legami a idrogeno rotti e perciò instabili) a disporsi in modo ordinato intorno alla molecola idrofobica, ma questo va contro il 2° principio della termodinamica, per cui il grado di disordine di un sistema deve sempre aumentare, e risulta così TERMODINAMICAMENTE SFAVORITO.

Questo forzare le molecole di acqua a disporsi intorno alla GUSCIO DI IDRATATAZIONE molecola apolare e formare il è un evento termodinamicamente sfavorevole, perciò per limitare i contatti tra le molecole idrofobiche e l'acqua, queste si associano tra loro, diminuendo l'estensione della superficie esposta e minimizzando la formazione del guscio di idratazione. Per questo motivo i residui idrofobici si associano tra loro attraverso interazioni idrofobiche ed escludono il contatto con l'acqua.

stabilendo un grado di disordine maggiore: l'associazione delle catene laterali idrofobiche risulta così un fenomeno ENTROPICAMENTE FAVOREVOLE CORE IDROFOBICO con formazione di un mantenuto all'interno della proteina.

2. LEGAMI A IDROGENO

I legami a idrogeno si stabiliscono tra le catene laterali degli amminoacidi, con il gruppo funzionale di uno che fa da donatore e il gruppo funzionale di un altro che fa da accettore.

Nella struttura terziaria questo legame a idrogeno si può formare anche tra amminoacidi molto lontani tra loro nella sequenza amminoacidica che si trovano vicini grazie a ripiegamento tridimensionale proteina.

Un esempio è il legame a idrogeno che si forma tra il gruppo carbvossilico del Glutammato che fa da accettore di idrogeno, e il gruppo idrossilico della Serina che fa da donatore di idrogeno.

Questi legami a idrogeno che si formano tra le catene laterali, insieme a quelli tra i gruppi funzionali del legame peptidico, contribuiscono a stabilizzare

la struttura dellaproteina. 3. INTERAZIONI IONICHE o ELETTROSTATICHE I legami ionici si stabiliscono tra le catene laterali diamminoacidi con carica opposta. he grazie alripiegamento nello spazio si trovano vicini tra loro. Un esempio è l'interazione elettrostatica tra un residuo di Aspartato, che ha catena laterale carica negativamente, e un residuo di Lisina, con catena laterale positiva. 4. PONTI DISOLFURONe llo stabilizzare le strutture terziarie possono contribuire, a differenza che nelle secondarie, anche un tipo di legame covalente, i ponti disolfuro. LEGAME AD ALTA ENERGIA Questo non è un legame debole, ma è un e vaa coinvolgere solo e soltanto i residui di Cisteina che grazie alripiegamento della proteina si trovano ad una distanza idonea per interagire. GRUPPI Questo è un legame covalente che si instaura tra i SULFIDRILICI/TIOLICI dei RESIDUI DI CISTEINA. Questi residui sulfidrilici si formano da un minimo di 1-2 ad un massimo di 5-6. I residui solfidrilici

si devono formare soltanto all'interno dellaproteina e così tutte proteine extracellulari e intracellulari (raramente) devono avere i ponti disolfuro rivolti verso l'interno dellaproteina. Questa regola non vale per le proteine che devono andare adinteragire con ambienti idrofobici, perché avranno amminoacidiidrofobici apolari che formeranno i ponti disolfuro rivolti verso l'esterno.

Nel momento in cui proteina, che di norma possiede residui solforici all'interno, vaincontro a destrutturazione e perciò ad un unfolding, i residui solforici verrannoesposti verso esterno e sarà questo il segnale che andrà ad attivare le HSP, HeatShock Proteins, e tutte le Chaperonine che si oppongono all'unfolding proteico,ripristinando la struttura nativa.

La struttura nativa si ha nel momento in cui si vengono a formare il massimonumero di interazioni deboli possibili, e perciò il massimo grado di stabilità dellastruttura.

tridimensionale. Seppure un legame debole abbia una bassa energia di legame, la formazione di molti legami deboli permette di stabilire una forte energia di stabilizzazione; però questi legami essendo deboli, con un semplice sbalzo di temperatura o variazione di pH o concentrazione salina, la proteina si destruttura, tranne i ponti disolfuro che avendo una maggiore resistenza si mantengono stabili.

La struttura terziaria di una proteina è già dettata dalla struttura primaria, inscritta nella sequenza amminoacidica della proteina stessa.

Per ogni catena polipeptidica, per proteine in ambiente polare, la struttura terziaria più stabile e con minor energia libera, è quella in cui i residui idrofobici sono localizzati all'interno della proteina stessa.

Per quanto riguarda invece le proteine esposte ad un ambiente apolare, come le proteine trans-membrana, immerse nel bilayer lipidico apolare, i residui idrofobici dovranno essere esposti verso esterno per formare

interazioni idrofobiche con i fosfolipidi di membrana. La struttura terziaria di una proteina può essere rappresentata attraverso tre modalità diverse: MODELLO A PALLE E BASTONCINI: In questo modello sono rappresentati gli atomi che costituiscono i singoli legami peptidici e i singoli residui aminoacidici; fornisce un dettaglio molecolare della proteina ma non dà informazioni sulla sua struttura e il suo orientamento. MODELLO A NASTRO: In questo modello perdiamo il dettaglio molecolare ma otteniamo informazioni sulla struttura e sull'orientamento nello spazio della proteina; si possono notare gli elementi di struttura secondaria e gli elementi di connessione. MODELLO A RIEMPIMENTO PIENO: In questo modello comprendiamo come si dispongono gli amminoacidi polari e apolari all'interno della proteina ma perdiamo le informazioni inerenti alla sua struttura. I DOMINI STRUTTURALI A livello della struttura terziaria delle proteine si possono ritrovare delle interazioni idrofobiche con i fosfolipidi di membrana.

Particolaririproduzioni di queste strutture terziarie, definite domini strutturali.

Porzioni della catena polipeptidica che si orientano nello spazio a formare una struttura tridimensionale propria del dominio.

Raggiungere la struttura tridimensionale definitiva indipendentemente da altre porzioni catena.

Differenza tra motivi strutturali e domini strutturali:

Motivi strutturali, sono elementi di struttura super-secondaria costituiti da combinazioni di elementi di struttura secondaria e non sono unità strutturali indipendenti.

Domini strutturali, unità funzionali indipendenti all'interno della catena polipeptidica che raggiunge una struttura e conferisce una certa funzione (sono più complessi perché possono essere costituiti da più motivi strutturali).

Se andiamo a degradare in modo controllato una proteina multi-dominio, isolandole singole porzioni che si

organizzano in singoli domini strutturali, notiamo che queste porzioni mantengono la capacità di raggiungere quella struttura tridimensionale che assumevano quando erano ancora all'interno della catena. Questo è un vantaggio per la proteina: una proteina costituita da più domini strutturali può assumere diverse funzioni conferite dai domini stessi. Anche le proteine mono-subunità possono avere uno o più domini strutturali.

Esempi di domini strutturali:

1. EGF, fattore di crescita, proteina mono-dominio; questo dominio è stato trovato la prima volta in questo fattore di crescita e viene definito così dominio EGF, ma si può trovare anche in proteine multi-dominio.
2. CHIMOTRIPSINA, trovato per la prima volta nella proteina chimotripsina, poi successivamente in altre proteine multidominio.
3. KRINGLE, si trova nel plasminogeno.
4. CALCIUM-BINDING DOMAIN, nei fattori di coagulazione e in tutte le proteine che hanno affinità per il calcio.

calcio.

I domini strutturali presenti nelle proteine multi-dominio si possono trovare in diverse proteine. Questi domini erano codificati inizialmente da geni distinti, ma con fenomeni di ricombinazione genica e riarrangiamento, i singoli geni si sono uniti tra loro a formare un unico gene: geni indipendenti iniziali sono diventati gli esoni del gene complessivo, che mantengono ancora la loro indipendenza nel determinare una certa forma e una certa funzione alla proteina (è come se i primi geni ancestrali siano diventati nel gene più grande riunito degli esoni separati da sequenze introniche).

EXON-SHUFFLING,

Proteine multi-dominio vengono formate grazie a un processo di cioè rimescolamento esoni, che ha consentito ad alcuni esoni di entrare a far parte di alcuni geni che codificano per un determinato dominio strutturale, conferendo alla proteina una determinata funzione. Per questo vi è una grande varietà di domini nelle proteine.

CLASSIFICAZIONE SCO

La classificazione SCOP

(structural classification of proteins) è la classificazione universale di tutte le proteine, catalogate in base a profilo strutturale:

• PROTEINE TUTTO ALFA
• PROTEINE TUTTO BETA
• PROTEINE ALFA-BETA
• PROTEINE ALFA + BETA

1. PROTEINE TUTTO ALFA

Proteine costituite quasi esclusivamente da elementi strutturali di tipo alfa oltre agli elementi di connessione, da ALFA CHERATINA.

Esempio proteina tutto alfa e fibrosa: FIBROSAL.

L'alfa cheratina è una proteina che compone le strutture cornee ed è una componente fondamentale dello strato corneo dell'epidermide, strato più esterno.