Amminoacidi e Proteine

Gli amminoacidi

Gli amminoacidi (aa) sono le unità strutturali di base delle proteine. Un α-amminoacido è costituito da un atomo di carbonio centrale, detto carbonio α (Cα), a cui sono legati 4 gruppi:

• Gruppo amminico (-NH₂)
• Gruppo carbossilico (-COOH)
• Atomo di idrogeno (-H)
• Catena laterale (-R)

Data la disposizione a tetraedro dei 4 gruppi intorno all'atomo di Cα, gli α-amminoacidi sono molecole chirali. Le due forme, speculari l'una dell'altra, sono dette:

• Isomero L: idrogeno a sinistra
• Isomero D: idrogeno a destra

Soltanto gli L-aa fanno parte delle proteine, per motivi di ingombro sterico. Il gruppo R è diverso per ciascun amminoacido, quindi si possono distinguere i seguenti gruppi di amminoacidi:

• Idrofobici
• Polari ma privi di carica
• Carichi positivamente (basici)
• Carichi negativamente (acidi)

Stato di ionizzazione

Lo stato di ionizzazione di un amminoacido varia con il pH:

• A pH acido il gruppo carbossilico non è ionizzato (-COOH) e il gruppo amminico è ionizzato (-NH₃⁺)
• Aumentando il pH l'acido carbossilico è il primo a cedere il protone
• La forma zwitterionica persiste fino a pH 9 quando il gruppo amminico ionizzato comincia a cedere il protone

Assorbimento nell'UV

Solo 3 amminoacidi con anello benzenico assorbono nell'UV.

Separazione degli amminoacidi

Ci devono essere dei sistemi che permettono di separare quantitativamente gli amminoacidi in soluzione:

• A pH acido gli amminoacidi sono carichi positivamente
• A pH basico gli amminoacidi sono carichi negativamente

Si prende in considerazione un amminoacido costituito da una matrice di polistirene solforato. Se riempiamo una colonna cromatografica a pH acido con una resina, saremo sicuri che in soluzione tutti gli amminoacidi presenti saranno in forma NH₃⁺ e la resina sarà salificata per la presenza di ione sodio. Se si fa variare il pH e la forza ionica (aumentando la concentrazione dello ione sodio) si può ottenere una eluizione nel tempo di tutti gli amminoacidi separati l'uno dall'altro. Via via che passa un certo volume di fluente, gli amminoacidi passano a tempi diversi. Se si guarda l'ordine con cui questi escono dalla colonna, si capisce qualcosa della loro struttura:

• Il primo ad uscire sarà l'acido aspartico perché è piccolo e con 2 gruppi COOH
• Gli amminoacidi basici saranno gli ultimi a distaccarsi perché rimangono fortemente legati alla resina

In questi fenomeni, le molecole si distribuiscono sempre secondo una curva gaussiana. Al fluido che passa attraverso la colonna, se faccio arrivare una sostanza che colora gli amminoacidi, ottengo qualcosa di diverso. Ad esempio con la ninidrina ottengo una soluzione blu-violetta. I picchi gaussiani che ottengo non sono uguali, l'importante è che l'area di ogni picco sia proporzionale alla quantità di quell'amminoacido. Quindi l'analisi va sempre confrontata con il cromatogramma standard. Calcolando l'area del singolo picco col campione, vedo a quante nanomoli corrisponde l'area. Perciò il tempo mi dà la qualità e l'area del picco mi dà la quantità. In certi casi servono sistemi di sensibilità maggiore. Ad esempio si può usare una sostanza che dia un risultato di fluorescenza. Occorre un sistema di rivelazione che riconosca la fluorescenza. In tutti i casi, il cromatogramma dà dei picchi. Nei fluidi fisiologici, il cromatogramma dà un'analisi più lunga e complessa e ci sono più amminoacidi. Se un sistema non funziona correttamente, si ha un picco troppo elevato in confronto a tutti gli altri amminoacidi presenti nello stesso siero.

Dal punto di vista chimico

Dal punto di vista chimico, gli amminoacidi sono tutti acidi poliprotici deboli.

Le proteine

Le proteine sono polimeri lineari (non ramificati) formati dall'unione del gruppo α-carbossilico di un amminoacido e il gruppo α-amminico di un altro amminoacido attraverso un legame peptidico, con perdita di una molecola di H₂O: Quando un certo numero di amminoacidi viene unito tra loro da legami peptidici, si forma una catena polipeptidica in cui ogni unità amminoacidica viene detta residuo. Una catena polipeptidica ha una polarità poiché le sue estremità sono differenti: ad una estremità c'è il gruppo α-amminico, all'altra un gruppo α-carbossilico. Per convenzione, il terminale amminico viene considerato l'inizio della catena polipeptidica, e quindi la sequenza degli amminoacidi di una sequenza polipeptidica si scrive a partire dal residuo ammino-terminale. La maggior parte delle catene polipeptidiche è costituita da un numero di residui amminoacidici che varia da 50 a 2000. I peptidi contenenti un numero minore di amminoacidi vengono detti oligopeptidi.

Funzioni delle proteine

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

• Riserva: caseina
• Trasporto: emoglobina (rifornisce i tessuti di O₂), 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 stesso, conferendo una rigidità alla struttura della catena polipeptidica.