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Amminoacidi e Proteine

Appunti su Amminoacidi e Proteine (esame di Biochimica-Facoltà di Farmacia-Unifi): struttura e classificazione degli amminoacidi, funzioni delle proteine, legame peptidico, classificazione e strutture delle proteine, comportamento di una proteina in soluzione, determinare il peso molecolare di una proteina e la sua sequanza amminoacidica.

Esame di Biochimica e biochimica applicata docente Prof. G. Manao

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FUNZIONI DELLE PROTEINE

Le proteine svolgono un numero svariato di funzioni tra le quali:

Riserva: caseina

Trasporto: emoglobina (rifornisce i tessuti di O )

2

mioglobina (ha funzione di riserva a livello muscolare)

Contrattile: actina e miosina, componenti principali di un muscolo, il quale si contrae

proprio in seguito ad un movimento di scivolamento di questi due

filamenti proteici

Protettiva: anticorpi, indispensabili per la risposta immunitaria dato che riconoscono e

quindi attaccano le sostanze estranee quali batteri, virus ecc

Strutturale: cheratina, collageno, elastina, che hanno funzione di sostegno meccanico

Tossine: batteriche (alcuni batteri secernono delle sostanze proteiche che risultano per

noi tossiche); veleni dei serpenti o degli insetti

Ad azione ormonale: insulina, ormone adrenocorticotropo

IL LEGAME PEPTIDICO

Il legame peptidico, che lega due amminoacidi consecutivi, è essenzialmente planare.

Considerando una coppia di amminoacidi uniti da un legame peptidico, vengono a

trovarsi 6 atomi sullo stesso piano: l'atomo di Cα e il gruppo CO del primo

amminoacido, e il gruppo NH e l'atomo di Cα del secondo amminoacido:

Il legame peptidico ha caratteristiche di doppio legame, che impediscono la rotazione

intorno al legame.

L'impossibilità a ruotare del legame, restringe le possibili conformazioni dello

scheletro covalente e determina la planarità del legame.

La vera struttura del legame peptidico è la risultante di due forme limite di risonanza:

Il carattere di legame doppio è riconoscibile anche per la lunghezza del legame tra il

gruppo CO e il gruppo NH.

Essa è di 1,32Å intermedia tra quella di un singolo legame C-N (1,49Å) e quella di un

doppio legame C=N (1,27Å).

Al contrario, il legame tra l'atomo di Cα e il C carbonilico, e tra l'atomo di Cα e l'atomo

di N del gruppo amminico, sono invece legami singoli puri.

Di conseguenza, due unità peptidiche rigide adiacenti possono avere un certo grado di

libertà di rotazione intorno a questi legami.

Le rotazioni di questi legami sono definite da ANGOLI DIEDRICI:

PHI: angolo di rotazione intorno al legame tra l'N e l'atomo di Cα

PSI: angolo di rotazione intorno al legame tra il Cα e l'atomo di C carbonilico

Gli angoli PHI e PSI determinano l'andamento della catena polipeptidica.

Però non tutte le combinazioni sono possibili.

RAMACHANDRAN ha osservato che molte combinazioni sono impedite a causa di

interferenze sferiche tra gli atomi.

I valori permessi possono essere individuati attraverso un grafico bidimensionale

detto GRAFICO DI RAMACHANDRAN.

¾ delle possibili combinazioni tra i due angoli vengono escluse da ingombro sterico.

I valori che stanno sulla diagonale centrale portano alla formazione di una struttura a

pieghe (n=2) e sono stabili.

A destra della diagonale si hanno tutte le strutture elicoidali levogire perchè n è

negativo, mentre a sinistra sono destrogire (n positivo).

Mano a mano che ci si allontana dalla diagonale aumentano le spire.

Le eliche levogire del collagene e della poliprolina, che hanno 3 residui per spira,

cadono in zone ad alta stabilità, mentre l'α-elica levogira cade in una zona con stabilità

intermedia.

Si possono trovare dei parametri in base ai quali si può descrivere la struttura:

n è il numero di unità per giro di elica

d è l'innalzamento sull'asse per ogni residuo

p è il passo dell'elica e corrisponde al prodotto tra n e d

Se la rotazione è destrorientata n è positivo.

Se è sinistrorientata n è negativo.

Se n=2 si ha una situazione a zig-zag.

CLASSIFICAZIONE DELLE PROTEINE

Le proteine possono essere classificate in:

Fibrose: tendono ad avere strutture lineari relativamente semplici e regolari.

Hanno strutture solide, in cui è prevalente un unico elemento di struttura

secondaria (solo α-elica in cui più strutture si legano l'una all'altra con il

metodo testa-coda).

Sono tipicamente insolubili in H O.

2

Devono resistere a urti, tensioni, lavori meccanici.

Esempio: collagene.

Globulari: sono di forma quasi sferica.

La catena polipeptidica si ripiega in maniera compatta in modo che le

catene laterali degli amminoacidi idrofobici vengono a trovarsi all'interno

della molecola e le catene laterali degli amminoacidi idrofilici siano

all'esterno, esposte al solvente (H O), quindi sono solubili in soluzioni

2

acquose.

Esempio: mioglobina.

STRUTTURE DELLE PROTEINE

Struttura primaria

La struttura primaria è la semplice sequenza amminoacidica ed è data dal numero e

dal tipo di amminoacidi che si susseguono nella catena.

Tale struttura non è funzionalmente attiva.

Struttura secondaria α -elica

Tale struttura è data da una catena polipeptidica strettamente avvolta, le cui catene

laterali si estendono verso l'esterno con un andamento a spirale.

L'α-elica è stabilizzata da legami idrogeno che si formano tra il gruppo CO di un

amminoacido e il gruppo NH dell'amminoacido che si trova 4 residui più avanti nella

sequenza lineare.

Nell'α-elica ci sono 3,6 residui di amminoacidi per ogni giro dell'elica ed ha un passo di

5,4Å quindi: n=3,6 e p= 5,4Å.

Il senso di avvitamento di un'elica può essere:

Destrogiro (orario)

Levogiro (anti-orario)

Entrambi gli avvitamenti sono possibili, tuttavia l'elica destrogira è molto più favorita

dal punto di vista energetico poiché presenta meno impedimenti sterici tra le catene

laterali e la catena principale.

Tutte le α-eliche trovate nelle proteine sono destrogire.

I legami ad idrogeno che si formano hanno una direzione pressochè parallela all'asse

dell'elica quindi è una struttura estremamente stabile perchè forma il numero

massimo di legami idrogeno tra Co e NH.

Le catene laterali non devono avere cariche, non devono essere ingombranti e non

devono formare nuovi legami.

I residui eventualmente presenti possono disturbare la formazione della struttura ad

elica.

La prolina interrompe l' α-elica perchè ha un gruppo NH anziché NH , percui quando si

2

forma il legame peptidico rimane senza un H e il carbonio in α e l'azoto partecipano

alla formazione di un anello che limita la rotazione e crea problemi di ingombro

sterico.

Solo alcune proteine fibrose, come le α-cheratine, hanno strutture ad α-elica.

Le proteine globulari hanno zone ad α-elica e zone con strutture a pieghe.

I punti di interruzione fanno parte della struttura e contribuiscono ad un certo tipo di

ripiegamento.

Struttura secondaria foglietto β

Una catena polipeptidica a foglietto β è quasi completamente estesa invece di essere

strettamente avvolta.

La distanza tra amminoacidi adiacenti di una catena β è di 3,5Å invece degli 1,5Å dell'

alfa-elica e le catene laterali degli amminoacidi adiacenti sono in direzioni opposte.

Un foglietto β è formato da due o più catene β unite da legami H.

Catene adiacenti di una struttura β possono avere la stessa direzione (foglietto β

parallelo) o direzione opposta (foglietto β antiparallelo).

Nell'andamento parallelo i legami si formano tra i residui diametralmente opposti,

quindi possono essere non perfettamente assiali, ma un po' distorti.

Nell'andamento antiparallelo invece i legami risultano in posizione assiale percui la

struttura è più stabilizzata.

Struttura terziaria

E' la struttura tridimensionale che la proteina assume quando diventa attiva.

La struttura primaria sarà la sequenza specifica da cui dipenderà la terziaria.

Le caratteristiche della struttura delle catene laterali sono determinanti.

In una proteina globulare:

le catene laterali idrofobiche si trovano prevalentemente all'interno della

• proteina

i residui carichi positivamente o negativamente si trovano sulla superficie della

• proteina

i residui polari possono trovarsi verso l'interno della proteina (in questo caso

• inevitabilmente formano ponti a H con altri residui polari)

Nella struttura terziaria non ho stabilizzazioni con legami covalenti ma con interazioni

deboli.

Struttura quaternaria

Tale struttura è presente solo in proteine che hanno più catene polipeptidiche, più

subunità.

È un livello di struttura in cui più catene polipeptidiche interagiscono tra loro.

Ci possono essere ancora una volta interazioni deboli (come nella terziaria) e anche

ponti disolfuro.

Le subunità sono chiamate OLIGOMERI e ogni subunità che costituisce un oligomero è

detta MEROMERO.

Possiamo avere:

Omo-oligomero: costituito da subunità tutte uguali tra loro

• Etero-oligomero: costituito da subunità differenti

• COMPORTAMENTO DI UNA PROTEINA IN SOLUZIONE

Una proteina ha una carica propria, data da un grande numero di gruppi R ionizzabili e

la cui ionizzazione non è uguale per tutte le proteine.

Il valore di pH al quale la molecola proteica non ha carica è detto PUNTO

ISOELETTRICO (PI).

I valori del PI delle proteine in genere sono <7.

I valori del PI permette di capire quale è il carattere acido o basico della proteina ed è

anche il pH al quale la proteina è meno solubile perchè, non avendo cariche dello

stesso segno sulla superficie, la proteina tende ad aggregarsi in unità più grandi.

Il comportamento acido-base può essere usato nelle tecniche di separazione delle

proteine (elettroforesi, cromatografia a scambio ionico).

Se si misura quanto una proteina si muove in un campo elettrico, in funzione del pH, la

mobilità cambia.

C'è un valore di pH in cui la mobilità=0=PI:

La solubilità delle proteine (globulari) in un sistema acquoso è influenzato dai seguenti

fattori:

pH

• forza ionica della soluzione

• proprietà dielettriche del solvente

• temperatura

Effetto del pH

La solubilità di una proteina cambia molto se cambia il pH.

Al pH dove la solubilità è minima, corrisponde il PI.

A pH maggiore e minore del PI, tutte le molecole proteiche avranno una carica dello

stesso segno e l'aggregazione sarà impedita quindi AUMENTA LA SOLUBILITA'.

Effetto della forza ionica

I sali hanno notevole influenza sulla solubilità.

A basso valore di forza ionica, i sali tendono a far aumentare la solubilità della

molecola proteica.

Favorire la solubilità a basse concentrazioni di sali è detto SALTING IN che è funzione

della concentrazione del sale e del numero di cariche in soluzione.

Se la forza ionica aumenta, la solubilità diminuisce fino a completa precipitazione della

proteina: SALTING OUT.

Effetto delle proprietà dielettriche del solvente

Se si aggiunge un solvente miscibile con H O (ad esempio etanolo) alla soluzione

2

acquosa, questo fa diminuire la solubilità delle proteine, fino a farle precipitare.

Questo fenomeno di precipitazione con solventi organici, a pH e forza ionica definiti, è

dovuto al fatto che la solubilità delle proteine è funzione della costante delle proprietà

dielettriche del solvente.

Poiché l'attrazione tra cariche di segno opposto è funzione della costante dielettrica, se

si abbassa la tensione dielettrica con un solvente organico, si abbassa la costante

dielettrica, si abbassa la ionizzazione dei gruppi sulla proteina, quindi ne favoriamo la

precipitazione.

Effetto della temperatura

All'aumentare la temperatura aumenta la solubilità, ma oltre 40-50°C la proteina

diventa instabile, si denatura e poi precipita.

La velocità di una reazione chimica raddoppia per ogni aumento di 10°C della

temperatura.

Se si usa una proteina come catalizzatore, la velocità della reazione può aumentare

notevolmente.

Esempio di denaturazione reversibile:

UREA + MERCAPTOETANOLO RIMOZIONE AGENTI DENATURANTI

L'urea e il mercaptoetanolo favoriscono la denaturazione delle proteine, che assumono

la struttura a random coil.

Se gli agenti denaturanti vengono rimossi, la proteina riassume la sua struttura attiva.

Via via che la proteina viene sintetizzata a livello ribosomiale, si forma

spontaneamente un primo nucleo di struttura di tipo secondario che poi spinge la

proteina verso l'assunzione di una struttura globulare nella sua interezza, aiutata in

questo anche da un gruppo di proteine, le CHAPERONINE, che sembrano indirizzare

verso l'assunzione di un certo tipo di struttura da parte della catena polipeptidica

neosintetizzata.

COME SI DETERMINA IL PESO MOLECOLARE DI UNA PROTEINA

Il peso molecolare di una proteina dipende sicuramente dal numero di amminoacidi da

cui è composta.

La massa è determinabile mediante centrifugazione.

Una particella sottoposta ad una forza centrifuga si muove nel mezzo liquido in cui si

trova.

È possibile quantificare la velocità di movimento calcolando il COEFFICIENTE DI

SEDIMENTAZIONE (S) di una particella, usando la seguente equazione:


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19

PESO

4.25 MB

AUTORE

Ila-M

PUBBLICATO

+1 anno fa


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea specialistica in farmacia
SSD:
Università: Firenze - Unifi
A.A.: 2005-2006

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Ila-M di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Biochimica e biochimica applicata e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Firenze - Unifi o del prof Manao Gianpaolo.

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