Amminoacidi, peptidi e proteine

AMMINOACIDI

Gli amminoacidi sono le unità monomeriche che formano le proteine. Hanno

diverse funzioni: partecipano alla trasmissione nervosa; alla formazione di

purine, pirimidine, porfirine e urea; alla comunicazione cellulare; e infine

regolano la crescita cellulare.

Gli amminoacidi sono 20 e sono tutti α-amminoacidi. Al carbonio α si legano un

gruppo amminico e un gruppo carbossilico, la differenza tra gli aa è nella

catena laterale o gruppo R.

Tutti gli aa hanno il carbonio α asimmetrico, detto anche chiralico, perché si

lega a 4 gruppi diversi, ossia un gruppo amminico, uno carbossilico, un gruppo

R e un H. L’unica eccezione è data dalla glicina che lega un altro H al posto del

gruppo R.

Siccome la disposizione dell’amminoacido nello spazio è tetraedrica, esso avrà

due differenti forme, e quindi si parla di stereoisomeria ottica o enantiomeria,

dove praticamente avremo due enantiomeri che sono immagini speculari ma

non sovrapponibili (come le due mani). Per questo motivo Fisher ha stabilito la

configurazione DL, dove gli L-amminoacidi hanno un gruppo α-amminico sulla

sinistra, mentre gli D-amminoacidi ce l’hanno sulla destra. Gli amminoacidi

delle proteine sono tutti L-amminoacidi, quelli D sono pochissimi.

A determinati valori di pH, tipo al pH del plasma sanguigno o al pH

dell’ambiente intracellulare, i gruppi carbossilici sono sotto la forma ionizzata

(R-COO‾), mentre i gruppi amminici sono sotto la forma protonata (R-NH3+). In

questo modo gli aa possono comportarsi sia da acido che da base e per questo

si parla di amminoacidi zwitterionici. Uno zwitterione è uno ione dipolare in

grado di agire sia da acido che da base.

(scrivere esempio che sta sulla slide)

La carica di un amminoacido è fortemente influenzata dai valori del pH, infatti

viene trattato il punto isoelettrico. Il punto isoelettrico è quel valore di pH in

cui la carica netta dell’amminoacido è pari a zero. Quindi alla domanda “un

amminoacido possiede carica?” la risposta è “dipende dal pH”, infatti se il pH è

basso, la soluzione è acida, e quindi l’amminoacido sarà protonato; se il pH è

alto, la soluzione è basica, e quindi l’amminoacido sarà deprotonato; se invece

ci troviamo al punto isoelettrico, avremo lo zwitterione.

Il punto isoelettrico dell’alanina è 6, mentre quello dell’acido aspartico è 2,77.

Quello della lisina 9,74. Grazie alle differenze dei punti isoelettrici, tramite

l’elettroforesi si possono separare i diversi amminoacidi.

Srivere esempio slide

Gli amminoacidi si classificano in diversi modi:

gli amminoacidi con:

- GRUPPI R ALIFATICI, NON POLARI. Di questo gruppo fanno parte alanina,

glicina, valina, leucina, isoleucina e metionina. La glicina è l’amminoacido più

semplice. La metionina invece è uno dei due aa che contiene lo zolfo S. Gli altri

sono tutti idrofobici.

_GRUPPI R POLARI, NON CARICHI. Di questo gruppo fanno parte serina,

treonina, cisteina, prolina, glutammina e asparagina. Da ricordare che la prolina

ha una struttura ciclica mentre la cisteina contiene un gruppo SH che favorisce

i ponti disolfuro, magari con un'altra cisteina, in modo da formare la cistina. La

serina e la treonina invece possono essere fosforilati, perché hanno un gruppo

OH. La fosforilazione è un meccanismo fondamentale per gli enzimi e per i

recettori.

- GRUPPI R AROMATICI. Di questo gruppo fanno parte la fenilalanina, la tirosina

e il triptofano. Essi con le loro catene laterali aromatiche sono non polari e

quindi idrofobici.

-GRUPPI R CARICHI POSITIVAMENTE. Ne fanno parte lisina, arginina e istidina.

Sono basici, a pH 7 hanno una carica positiva e quindi sono idrofilici.

- GRUPPI R CARICHI NEGATIVAMENTE. Ne fanno parte aspartato e

glutammato. Sono acidi, a pH7 hanno una carica negativa e quindi sono

idrofilici.

Tutti gli amminoacidi sono necessari per la sintesi proteica ma l’uomo ne può

sintetizzare solo 10. Gli altri 10 li deve introdurre con la dieta, e questi ultimi

sono gli amminoacidi essenziali, ossia leucina, isoleucina, metionina,

fenilalanina, treonina, triptofano, valina, arginina, istidina e lisina.

Infine oltre a questi 20 amminoacidi, possiamo trovare degli amminoacidi detti

non standard, che sono derivati degli amminoacidi normali, i quali hanno subito

delle modificazioni. Tra questi ricordiamo l’idrossiprolina e l’idrossilisina, la

desmosina, il gamma-carbossiglutammato e la 6-N-metil-lisina.

PEPTIDI

Due o più amminoacidi si possono unire tra di loro mediante un legame

covalente ammidico, detto anche legame peptidico. Questo legame si forma tra

il gruppo α-amminico di un amminoacido e il gruppo α-carbossilico

dell’amminoacido vicino, con l’eliminazione di una molecola di H O. È un tipico

2

legame di condensazione. Se il legame avviene tra due aa si parla di dipeptide,

se avviene tra 3 aa si parla di tripeptide e così via. Se ad essere legati sono da

2a9 amminoacidi si parla di oligopeptide, se invece sono legati da 10-99

amminoacidi allora avremo un polipeptide, infine se gli aa legati sono 100 o più

allora avremo una proteina.

In un peptide ci sarà sempre un estremità ammino-terminale NH3* (solitamente

scritta a sinistra) e un’estremità carbossi-terminale COO‾ (solitamente a

destra).

Ogni legame peptidico ha delle caratteristiche principali: esso è un legame

rigido e planare, infatti gli atomi giacciono tutti sullo stesso piano; si trovano

tutti in configurazione trans, perché questa configurazione dà maggiore

stabilità ai legami; sono polari anche se non portano cariche.

PROTEINE

Le proteine sono formate quindi da 100 o più amminoacidi.

- Le possiamo classificare in base alla funzione biologica e quindi avremo gli

enzimi, le proteine di trasporto, di deposito, di regolazione, di protezione e

strutturali;

- possono essere classificate in base alla forma, e allora avremo le proteine

fibrose e le globulari;

- e infine in base alla loro struttura, e avremo la stuttura primaria, secondaria,

terziaria e quaternaria.

Ciascuna proteina presenta una struttura tridimensionale che ne riflette la

funzione.

La struttura primaria di una proteina è data dalla sequenza con cui gli

amminoacidi si legano insieme tra di loro.

La struttura secondaria invece è la conformazione che la proteina assume in

base alla disposizione degli amminoacidi, e possiamo avere l’ α-elica o i

foglietti β.

- L’ α-elica è la conformazione più stabile, che richiede la minima energia e che

si forma spontaneamente. Il fatto che è molto stabile è dovuto alla formazione

di molti legami idrogeno perché gli atomi di azoto N agiscono come donatori di

idrogeno, mentre quelli di ossigeno come accettori. I legami a idrogeno sono

intracatenari, mentre le catene laterali degli aa sono extracatenari.

L’ α-elica ha la forma quindi di un’elica caratterizzata da un numero fisso di

residui amminoacidici per giro, e dalla distanza che l’elica copre in un giro,

ossia il passo.

n=3,6 residui per giro

p= 0,54 nm

- I foglietti β sono molto più estesi delle α-eliche. In questa conformazione non

è più presente una forma di elica, ma c’è un andamento a zig zag della catena

polipeptidica. Qui i legami a idrogeno sono sempre presenti ma si formano tra

le catene adiacenti. I gruppi R sporgono al di fuori della struttura a zig zag, una

volta da una parte e una dall’altra.

In un foglietto beta le catene polipeptdiche possono essere parallele o

antiparallele. Esse sono molto simili, solo che il periodo per la conformazione

parallela è più breve (6,5 ampere anziché 7 dell’antiparallela).

I ripiegamenti β uniscono i segmenti consecutivi di un foglietto β antiparallelo.

Questa struttura comprende 4 residui di aa. Il gruppo carbonilico C=O del primo

amminoacido si lega al gruppo amminico del quarto amminoacido. Questo

legame induce un cambiamento conformazionale di 180° alla catena.

La struttura terziaria di una proteina corrisponde alla sua disposizione nello

spazio tridimensionale. Questa struttura tridimensionale determina la funzione

della proteina, infatti quello che conta è proprio come si dispongono nello

spazio le α-eliche e i foglietti β, i quali vanno a formare delle strutture

indipendenti tra di loro dette domini.

La struttura terziaria è garantita da interazioni di vario tipo: possono esserci

dei ponti H tra amminoacidi anche molto distanti tra di loro, questo è reso

possibile dal ripiegamento della proteina; un altro tipo di interazione è