Amminoacidi e proteine: appunti di chimica organica

Amminoacidi e proteine: appunti di chimica organica

La definizione di amminoacido l'abbiamo data ieri e abbiamo detto che è un composto che contiene nella propria struttura contemporaneamente un gruppo carbossilico e un gruppo amminico. Voi già sapete che gli amminoacidi sono i costituenti di quella fondamentalissima classe di composti di metaboliti primari che sono le proteine.

Ruolo delle proteine

Voi biologi cosa ci fate con le proteine? Due cose fondamentalmente: il tessuto muscolare e poi ci andate a fare gli enzimi, i catalizzatori biologici. E le proteine sono polimeri di unità che sono proprio gli amminoacidi tenuti insieme tramite il famosissimo legame peptidico che fra un poco vedremo.

Amminoacidi nelle proteine

Però voi che siete bravi in biologia sapete già che quando parliamo di proteine e degli amminoacidi che le costituiscono non parliamo di amminoacidi qualsiasi ma parliamo di un gruppo molto ristretto, i famosi 20 amminoacidi che a loro volta sono codificati dal nostro DNA attraverso il codice genetico. Quando si parla di proteine, nelle proteine che esistono non è che sono contenuti esclusivamente i 20 amminoacidi, possono anche trovarsi alcuni amminoacidi più particolari: Ornitina, Citrullina, beta-alanina... che però sono amminoacidi rari, sono le eccezioni che confermano la regola, di ordinario voi trovate soltanto i 20 amminoacidi "d'oro" però ogni tanto può capitare di trovare in mezzo alla proteina anche qualcosa di diverso, ma quelli standard sono i famosi 20.

Caratteristiche degli amminoacidi naturali

Quando si parla di amminoacidi naturali si dice che appartengono ad una classe molto particolare, si dice che sono L-α-amminoacidi, α = gruppo amminico legato al primo carbonio direttamente legato al gruppo carbossilico, quindi l'ammino gruppo non si piazza dove vuole lui sulla molecola ma deve stare sul carbonio α, L = struttura riconducibile a quella della L-gliceraldeide.

Struttura e stereochimica

Parlando degli zuccheri avevamo detto che esiste la serie sterica L e la serie sterica D a seconda che la struttura dello zucchero assomigli a quella della L-gliceraldeide o della D-gliceraldeide e nel caso degli zuccheri abbiamo detto anche che la serie sterica la riconosciamo guardando l'ultimo carbonio chirale. Quando noi abbiamo un carbonio che lega un ammino gruppo, un gruppo carbossilico, un gruppo R che può essere quello che vogliamo e un idrogeno è chiaro che questo carbonio è un centro chirale e in quanto centro chirale lo rappresentiamo in proiezione di Fischer, vi ricordo che quando si parla di biomolecole convenzione impone che la proiezione di Fischer sia disegnata con la catena carboniosa verticale e il gruppo più ossidato in posizione più alta. Per cui in cima ci va il carbossile, il carbonio alfa e sotto il gruppo R, se noi seguiamo questa convenzione gli amminoacidi naturali presentano tutti l'ammino gruppo a sinistra, se compariamo questa struttura con la L-gliceraldeide, che vi ricordo ha l'ossidrile a sinistra, il carbossile è l'analogo del gruppo aldeidico, l'ammino gruppo è l'analogo dell'ossidrile, idrogeno e idrogeno sono identici e R è rappresentato dal CH₂OH. Un amminoacido naturale lo troverete sempre con questo tipo di stereochimica.

Attenzione! Io qui ho messo gruppo carbossilico e gruppo amminico e quindi questa molecola è contemporaneamente un acido carbossilico e un'ammina primaria. Acido e base. Questi due gruppi acido e basico possono scambiarsi un protone.

CH₃COOH + NH₃ → CH₃COO⁻ + NH₄⁺

Qua noi abbiamo una situazione in cui gruppo amminico e carbossilico sono legati alla stessa struttura ma non hanno perso le loro proprietà, l'amminoacido quindi è in questa particolare forma: Cioè nella struttura dell'amminoacido il gruppo carbossilico me lo ritrovo con una carica negativa e un gruppo amminico con una carica positiva. Tanto in soluzione zwitterionica quanto allo stato solido io lo avrò nella forma.

Classificazione degli amminoacidi

La prima cosa che leggerete sul libro sarà che visto che gli amminoacidi naturali sono soltanto 20 questi 20 amminoacidi solitamente si suddividono in quattro gruppi.

Gruppo A: Amminoacidi con la catena R non polare

• Ala - Alanina
• Phe - Fenilalanina
• Gly - Glicina
• Pro - Prolina
• Val - Valina

Da biologi dovreste anche già sapere che gli amminoacidi possono essere segnalati anche da una sigla di tre lettere o da una sola lettera maiuscola, queste cose sono molto utili quando farete proteomica e accederete alle banche dati dove sono stati classificati gli amminoacidi conosciuti.

Caratteristiche di alcuni amminoacidi

Glicina: È l'unico amminoacido che non è chirale perché visto che il suo gruppo R è un atomo di idrogeno il carbonio non è più chirale perché ha due gruppi uguali.

Prolina: Come vedete nella prolina il gruppo R è un anello che si chiude sull'atomo di azoto che in tutti gli altri è sempre un gruppo amminico primario mentre per la prolina è secondario quindi io dico che la prolina è un amminoacido secondario. Esiste una diatriba tra chimici organici e biochimici perché i chimici organici dicono che la prolina è un amminoacido secondario mentre i biochimici chiamano la prolina un imminoacido che per la chimica organica è sbagliato perché immina in chimica organica è C N.

Gruppo B: Amminoacidi con la catena R polare

• Asn - Asparagina
• Gln - Glutammina
• Ser - Serina

Serina: È molto simile all'alanina ma invece di essere CH₃ è OH, quindi la serina è un alcol e inoltre fa anche altri giochetti, poi vedrete che quando una proteina viene fosforilata solitamente la serina è il classico sito di fosforilazione di una proteina. L'asparagina ha sempre un gruppo fortemente polare perché ha un gruppo ammidico.