1 - Proteine, Struttura proteine fibrose, proteine globulari

Struttura delle proteine

Gli atomi che compongono un legame peptidico sono coplanari, a causa del parziale doppio legame che si forma tra carbonio ed azoto. Da questo deriva l’impossibilità della rotazione del legame C-N, che limita le conformazioni che una proteina può assumere. Lo scheletro del polipeptide può essere immaginato come una serie di piani rigidi in cui due piani consecutivi hanno in comune un punto di rotazione, ovvero il carbonio α.

Prendendo un piano di riferimento tra questo e gli altri piani del legame peptidico si formano degli angoli di fondamentale importanza:

• Ψ: coinvolge i legami N-Cα-C-N
• φ: coinvolge i legami C-N-Cα-C

Questi angoli possono assumere ogni valore tra -180° e 180°. Quando il polipeptide è esteso e tutti gli atomi sono sullo stesso piano, gli angoli Ψ e φ hanno un valore di 180°. Il valore aumenta quando l’atomo distale viene ruotato in senso orario.

Il grafico di Ramachandran correla i due angoli φ e Ψ. Vi sono alcuni valori di questi angoli che risultano favoriti termodinamicamente e le configurazioni che assumono questi angoli rappresentano le più comuni in natura.

Struttura secondaria delle proteine

La struttura secondaria definisce l’organizzazione spaziale della proteina, considerando soltanto la catena principale. Una struttura è regolare quando ogni angolo diedro rimane invariato all’interno di un segmento.

α-elica

Struttura elicoidale che si avvolge intorno ad un asse immaginario. Solitamente le proteine con gruppi R voluminosi hanno questa struttura secondaria. L’elica compie un giro completo ogni 3,6 residui. Gli angoli misurano Ψ: -47° e φ: -57°. La stabilità dipende dall'ottima interazione degli atomi dei legami idrogeno: avviene tra un atomo di idrogeno e l’ossigeno distante 4 residui, separati da 13 atomi.

Elica π

È una struttura elicoidale, si hanno 4,4 residui per giro, i legami idrogeno avvengono tra atomi che distano 5 residui e sono separati da 16 atomi (più schiacciata).

Elica 3₁₀

È una struttura elicoidale, si hanno 3 residui per giro, i legami idrogeno avvengono tra atomi che distano 3 residui e sono separati da 10 atomi (più lunga).

Foglietto β

La struttura a foglietto β si ha a causa del legame idrogeno che si forma tra l’idrogeno di un gruppo amminico e l’atomo di ossigeno di un gruppo carbossilico di due tratti della catena peptidica. A causa di questo legame le catene si dispongono una accanto all’altra formando una serie di pieghettature. Questa struttura è preferita dalle proteine aventi amminoacidi poco voluminosi.

Grafico di Ramachandran

Permette di rappresentare ogni proteina come la successione dei suoi angoli diedri ψ e Φ. Graficando ψ in funzione di Φ si vede che le coppie di coordinate sono limitate. Alcune coppie di angoli sono caratteristiche di una determinata struttura secondaria. Due zone sono permesse da vincoli sterici: le regioni che includono gli angoli di torsione delle α-eliche destrorse (-47°, -57°) e dei foglietti β (135°,-135°).

In blu sono indicate le combinazioni degli angoli di torsione ψ e Φ permesse. Le regioni in azzurro sono permesse se si consente un certo rilassamento dei vincoli sterici. La regione isolata delle alfa eliche indicata in azzurro sulla destra corrisponde ad un’elica sinistrorsa. Le zone bianche sono quelle impedite da interazioni di tipo elettrostatico oppure sterico. La glicina e la prolina possono trovarsi fuori dalle zone permesse perché la glicina non ha un gruppo R, e la prolina è un imminoacido, porta a legami peptidici anomali.

Determinazione della struttura primaria

La struttura primaria di una proteina determina la disposizione dei suoi atomi nello spazio di una caratteristica struttura tridimensionale che ne determina la funzione. La proteina viene idrolizzata tramite HCl 6M, in questo modo in soluzione sono presenti i residui liberi, questa viene analizzata tramite HPLC, che fornisce informazioni sul tipo e la quantità di amminoacidi presenti.

• Aggiunta di Fluoro-dinitrobenzene alla proteina grezza, questo reagisce con il residuo amminoterminale che si trova in soluzione come 2,4-dinitrobenzen derivato. In seguito si idrolizza con HCl e si identifica il primo residuo.
• Aggiunta di Fenilisocianato, in ambiente basico, detta degradazione di Edman. Questo reagisce con il residuo amminoterminale, lasciando il resto della catena intatta. Si trova in soluzione un adotto feniltiocarbammico (che dà un assorbimento particolare). La soluzione viene esaminata tramite HPLC ed il processo viene ripetuto. Si possono identificare 50-60 residui. Le operazioni possono essere compiute da un Sequenziatore.

Le proteine molto grandi vengono frammentate ed analizzate. Si usano enzimi detti proteasi, catalizzatori dell’idrolisi del legame peptidico:

• Tripsina: idrolizza gli amminoacidi basici sul gruppo carbossilico (lisina o arginina).
• Chimotripsina: idrolizza gli amminoacidi aromatici sul gruppo carbossilico.
• Pepsina: idrolizza gli amminoacidi aromatici sul gruppo amminico.
• Bromuro di cianogeno: idrolizza la metionina sul gruppo carbossilico.
• Acido performico: idrolizza i ponti disolfuro.