1. Struttura delle proteine

Il grafico di Ramachandran

Il grafico di Ramachandran è un grafico che mette in relazione l'angolo psi con l'angolo phi. All'interno di questo grafico vengono riportati dei puntini che rappresentano gli aminoacidi. Dalla posizione di questi puntini si può ricavare il valore dell'angolo psi e dell'angolo phi per ogni aminoacido. Questo grafico è suddiviso in 4 quadranti. Nel quadrante in alto a sinistra sono riportati tutti gli aminoacidi e sono disposti in posizioni

conformazione in elica (α-elica) destrorsa, che corrisponde alla zona in basso a sinistra del diagramma. In questa conformazione, gli atomi non entrano in potenziale scontro e quindi sono permessi. Le zone in giallo sono intermedie e corrispondono a conformazioni distorte o all'α-elica sinistrogira (nel quadrante in alto a destra). La glicina, non avendo catena laterale, può assumere conformazioni con angoli φ e ψ in tutti e quattro i quadranti del diagramma, ma gli altri amminoacidi sono ristretti ai due quadranti di sinistra. La "zona più proibita" è quella che troviamo nel quadrante in alto a destra, dove è presente quasi esclusivamente la glicina. In questa zona si ha la sovrapposizione delle catene laterali. Nel momento in cui la glicina ha solo un atomo di H come catena laterale, può avere dei valori di "φ" e "ψ" che si trovano in questo quadrante. Come si può meglio notare dall'immagine che segue, generalmente la configurazione preferenziale dei peptidi è la conformazione in α-elica destrorsa.e 50; Proteine: se sono formate da un numero di aminoacidi superiore a 50. Le proteine sono fondamentali per il corretto funzionamento del nostro organismo. Svolgono una vasta gamma di funzioni, tra cui la catalisi di reazioni chimiche, il trasporto di sostanze, la difesa immunitaria e la strutturazione dei tessuti. La struttura delle proteine è determinata dalla sequenza di aminoacidi che le compongono. Gli aminoacidi sono uniti tra loro da legami peptidici, che si formano tra il gruppo amminico di un aminoacido e il gruppo carbossilico di un altro aminoacido. La configurazione trans dei legami peptidici è preferita rispetto alla configurazione cis perché garantisce una maggiore stabilità della molecola. Nella configurazione trans, le catene laterali degli aminoacidi sono direzionate in direzioni opposte, evitando sovrapposizioni e scontri tra le nubi elettroniche delle catene. Le immagini mostrate evidenziano chiaramente la differenza tra la configurazione trans e la configurazione cis di un legame peptidico. Nella configurazione cis, le catene laterali sono molto vicine tra loro, mentre nella configurazione trans sono direzionate in direzioni opposte. La stabilità delle proteine è fondamentale per il loro corretto funzionamento. Qualsiasi alterazione nella struttura proteica può compromettere la loro funzionalità e portare a gravi conseguenze per l'organismo. In conclusione, la configurazione trans dei legami peptidici è preferita rispetto alla configurazione cis perché garantisce una maggiore stabilità delle proteine.e il nono, e così via. Questi legami idrogeno contribuiscono a stabilizzare la struttura dell'alfa elica. Nei foglietti beta, invece, i legami idrogeno si formano tra segmenti di catena laterale di aminoacidi vicini. Questi segmenti si dispongono in modo alternato, creando una struttura a pieghe. STRUTTURA TERZIARIA DELLE PROTEINELA La struttura terziaria delle proteine è determinata dalla disposizione tridimensionale degli aminoacidi nella catena polipeptidica. Questa struttura è influenzata da interazioni tra i gruppi laterali degli aminoacidi, come legami idrogeno, interazioni idrofobiche, legami ionici e legami disolfuro. STRUTTURA QUATERNARIA DELLE PROTEINELA Alcune proteine sono costituite da più catene polipeptidiche, chiamate subunità, che si legano tra loro per formare una struttura quaternaria. Questa struttura è importante per la funzione delle proteine e può essere stabilita da interazioni tra le subunità, come legami idrogeno, interazioni idrofobiche e legami ionici. Le proteine possono assumere diverse conformazioni tridimensionali, che sono fondamentali per la loro funzione biologica. La struttura delle proteine può essere determinata sperimentalmente utilizzando tecniche come la cristallografia a raggi X e la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare.

aminoacidosi trova in prossimità dell’ottavo e forma con questo un legame idrogeno e così via. Siforma, quindi, un numero gigantesco di legami idrogeno. I legami idrogeno che siinstaurano in una proteina sono proprio i responsabili della stabilizzazione dellastruttura ad alfa-elica. La lunghezza media di un alfa elica è di 10 aminoacidi ma puòvariare dai 5 ai 40 aminoacidi. In un’alfa elica, i residui R (le catene laterali degliaminoacidi) si trovano esposti al di fuori di un cilindro immaginario. Per ogni girodell’elica ci sono 3.6 unità amminoacidiche. L’elica più presente nelle proteine è quelladestrorsa, le sinistrorse sono teoricamente meno stabili e non sono mai stateosservate nelle proteine. Generalmente tutte le proteine tendono a formare alfaeliche, tuttavia questa conformazione non è possibile in tutte le regioni di una proteinaa causa dell’ingombro sterico dei residui laterali di alcuni aminoacidi,

o a causa della carica di due aminoacidi che vengono a trovarsi vicino in un'alfa elica. Inoltre, se tutte le proteine fossero uguali (aventi la stessa struttura), non ci sarebbe vita. Un esempio di proteina la cui struttura è formata unicamente da alfa-eliche è la ferritina. Un aminoacido come la prolina tende a non formare alfa eliche dal momento che la catena laterale di questo aminoacido si chiude sull'atomo di azoto, quindi l'idrogeno legato all'azoto non è libero di formare legami con l'ossigeno. Tutti gli aminoacidi che fanno parte di un'alpha-elica hanno tutti gli stessi angoli phi e psi. I valori ideali di questi angoli sono di -57° per l'angolo phi e -47° per l'angolo psi. I valori usuali, però, sono -62° per l'angolo phi e -41° per l'angolo psi. Si ha questa piccola variazione di angoli perché in questo modo si crea un'esposizione verso l'esterno maggiore del gruppo amminico e del gruppo carbossilico degli aminoacidi che compongono l'alfa elica.

gruppo carbonilico coinvolto nel legame H. anziché essere collineare all’asse dell’elica, è un po’ più rivolto verso l’esterno: questo fa sì che esso sia sempre coinvolto nel legame H, ma è più esposto al solvente.

Pi HELIX (π-elica)

LE NORMALI ALPHA ELICHE PREVEDONO LA FORMAZIONE DI UN LEGAME IDROGENO TRA L’AMINOACIDO 1 E L’AMINOACIDO DISTANZIATO DI 4, QUINDI L’AMINOACIDO 5 E COSì VIA. NELLA Pi HELIX IL LEGAME IDROGENO SI FORMA TRA L’AMINOACIDO UNO E L’AMINOACIDO DISTANZIATO DI 5, QUINDI L’AMINOACIDO 6. L’ANGOLO PHI PER QUESTA STRUTTURA HA VALORE PARI A -57.1°, MENTRE L’ANGOLO PSI HA VALORE PARI A -69.7°. ELICA CLASSICA Pi ELIX

NELL’ELICA 3, INVECE, IL LEGAME IDROGENO SI FORMA TRA IL PRIMO 10 AMINOACIDO E L’AMINOACIDO DISTANZIATO DI 3, QUINDI IL QUARTO. L’elica 3 è più allungata di quella canonica e ha i valori dell’angolo

phi=+74° e dell'angolo psi=-4°.

ELICA CLASSICA ELICA3 10COLEID COIL

QUESTO TERMINE SI RIFERISCE A UNA STRUTTURA IN CUI DUE ALPHA ELICHE CON ANDAMENTO DESTRORSO SI AVVOLGONO LUNA SULL'ALTRA CON ANDAMENTO SINISTRORSO.

RANDOM COIL

CON QUESTO TERMINE SI FA RIFERIMENTO A STRUTTURE CHE NON ASSUMONO UNA PARTICOLARE CONFORMAZIONE.

Se determinate regioni di una proteina assumono una struttura ad alfa-elica, altre regioni della stessa proteina assumono una conformazione a foglietto beta. Pertanto in una proteina osserveremo sia l'uno che l'altro tipo di struttura. Nel caso dei foglietti beta, si formano i cosiddetti legami idrogeno a lunga distanza: se prima i legami idrogeno si formavano, ad esempio, tra aminoacidi distanziati di quattro, ora si formano tra aminoacidi distanziati di 10 o anche di più, cioè si formano legami idrogeno tra aminoacidi appartenenti a due porzioni molto distanti della catena polipeptidica. In questo modo, due porzioni della catena si

Troveranno l'una a fianco dell'altra e gli aminoacidi di una porzione interagiscono per mezzo di legami idrogeno con gli aminoacidi dell'altra porzione:

Nel caso dei foglietti beta, le catene laterali si estendono al disopra e al disotto del piano mediano del "foglietto", risultando in questo modo poco distanziate tra loro; è per questo motivo che tale struttura si trova di preferenza in proteine (o tratti di proteine) con residui poco voluminosi.

Nella struttura a foglietto ripiegato, i tratti di catena proteica possono essere affiancati reciprocamente in senso antiparallelo o parallelo. Nel primo caso (foglietti beta antiparalleli) i legami a idrogeno che si vengono a formare sono planari e questo rende l'energia di legame più elevata e conseguentemente la struttura più stabile. Il fatto che i legami a idrogeno siano planari dipende dal fatto che ogni estremità N si trova in corrispondenza di ogni gruppo carbossilico CO col quale.

l'idrogeno dell'azotosi lega. Quindi l'H legato a N si trova sullo stesso piano dell'O legato al C.

Nel secondo caso (foglietti beta paralleli) i legami a idrogeno che si vengono a formare sono meno forti e di conseguenza la struttura è meno stabile. In questo caso, la disposizione sfalsata dei legami idrogeno dipende dal fatto che ogni estremità N si trova in corrispondenza dell'estremità N di un altro aminoacido e ogni gruppo carbossilico CO si trova in corrispondenza di un altro gruppo carbossilico di un altro aminoacido. Quindi l'idrogeno legato all'azoto e l'ossigeno legato al C si trovano sfalsati.

Ogni porzione della catena polipeptidica che contribuisce a formare il foglietto beta, prende il nome di beta-strand. Il foglietto beta, costituito dai vari β-strand, prende il nome di beta-sheet.

I foglietti beta si presentano in proteine globulari con una percentuale compresa tra il 20