Appunti completi Biochimica generale - Barbiroli

RESIDUI (=AMMINOACIDI)

MATURAZIONE DELLA PROTEINA

Durante la traduzione dell’RNA messaggero molte volte viene sintetizzato un peptide

più lungo di quello che sarà la proteina definitiva. Il processo nel quale la sequenza

tradotta subisce degli eventi di taglio del peptide viene chiamata MATURAZIONE

DELLA PROTEINA.

La prima sequenza è il peptide tradotto per indirizzare la proteina nel posto giusto, il

quale dopo si stacca.

Molte proteine, sono chiamata POLIMORFICHE, possono avere sequenza primaria

leggermente differente anche tra specie animali simili. Più le specie animali sono

vicine minori saranno le sostituzioni e maggiori saranno le proteine

- Sostituzione CONSERVATIVE, un amminoacido è sostituto da un altro amminoacido

chimicamente simile

- Sostituzione NON CONSERVATIVE, un amminoacido è sostituito da un altro

amminoacido abbastanza diverso

STRUTTURA SECONDARIA

La struttura secondaria è la disposizione nello spazio degli atomi dello scheletro della

proteina, la catena polipeptidica.

In ogni residuo amminoacidico ci sono due legami che possono ruotare:

- legame tra carbonio alfa e l’azoto amminico di quel residuo

- legame tra carbonio alfa e il carbonio carbossilico dello stesso residuo

I due tipi di struttura secondaria che si ritrovano più frequentemente sono:

1. Alfa-elica: forma di un bastoncino e comprende solo una catena polipeptidica

2. Beta-foglietto pieghettato: può avere una disposizione bidimensionale e può

comprendere una o più catene polipeptidiche

Queste strutture sono periodiche, le cui caratteristiche si ripetono ad intervalli regolari

1. ALFA-ELICA

Stabilizzata da legami idrogeno paralleli all’asse dell’elica che si trova all’interno

dello scheletro della singola catena polipeptidica.

La struttura ELICOIDALE è la struttura più semplice. Solo un tipo di elica può

assumere una conformazione compatibile con la distribuzione di legami

favorevole, l’alfa-elica destrorsa

Quali condizioni stabilizza l’alfa elica?

- Se metto due cariche di segno opposto sovrapposti distanti 3 posizioni. I due

gruppi potrebbero formare un legame ELETTROSTATICO, stabilizzando l’alfa

elica.

- L’altra condizione è quando due gruppi R sovrapposti sono entrambi idrofobici.

Quali condizioni destabilizzano l’alfa elica?

- Se metto due cariche negative o due positive sovrapposte tenderanno a

respingerei, destabilizzando l’alfa elica.

- Quando due gruppi R sovrapposti occupano molto spazio, creando una

condizione di instabilità. Sono quelli che hanno il carbonio beta (il primo

carbonio del gruppo laterale R direttamente legato al carbonio alfa) e ramificato

(quando il carbonio beta si lega ad altri due carboni)

- Altre due condizioni legati a due amminoacidi: la prolina incompatibile con

l’alfa elica. Essa non riesce a venire inserita nella struttura ad alfa elica, è

l’unico amminoacido ciclico perciò con la sua rigidità può dar fastidio ad alcune

strutture; la glicina, ha come gruppo laterale un semplice idrogeno. Questo

amminoacido potrebbe dare troppa mobilità alla catena avendo un gruppo

laterale così piccolo e dare fastidio all’alfa elica.

Due strutture secondarie:

Sulla destra elica pi greco. È più larga dell’alfa elica. Si lega con un

 amminoacido che sta distante 5 posizioni.

Sulla sinistra elica 3- dieci (a pedice). È più avvolta di una posizione rispetto

 all’alfa elica.

2. BETA-FOGLIETTO PIEGHETTATO

È un foglietto ripiegato. Ha un andamento a zig zag.

Nel beta foglietto possiamo trovare affiancati due porzioni (segmenti) di

struttura proteica che potrebbero essere molto lontani fra di loro sulla struttura

primaria, ma con il piegamento si avvicinano. Queste porzioni vengono

chiamate segmenti del beta foglietto.

Ogni segmento è un piccolo peptide che fa parte della struttura primaria della

proteina. I carboni alfa sono presenti dove c’è l’angolo formato dal piegamento

del foglietto. I legami peptidici sono sula parte piatta del foglietto.

Questa struttura è stabilizzata sempre da legami idrogeno che avvengono

sempre tra un gruppo carbossilico e un gruppo amminico. Il legame idrogeno

tiene uniti i segmenti del beta foglietto, quindi avviene tra due amminoacidi che

appartengono a uno dei due segmenti affiancati.

Esistono due tipi di beta foglietto: (la differenza è data dall’orientazione dei

segmenti che sono affiancati)

- Parallelo: i segmenti affiancati hanno un’orientazione parallela. Gli atomi dei

legami idrogeno non sono ben allineati.

- Anti parallelo: i diversi segmenti hanno orientazione contraria a quello

adiacente. Dall’N al C e quello successivo dal C all’N e così via. Tutti gli atomi

dei legami idrogeno sono allineati molto bene. Il legame è più forte e quindi

l’anti parallelo è più stabile. Inoltre può coinvolge anche segmenti provenienti

da un’altra catena.

I gruppi R attaccati al carbonio alfa sporgono sopra e sotto il beta foglietto verso

l’esterno. Il gruppo R esce nella direzione indicata dall’angolo della piegatura.

In alcune proteine troviamo sia l’alfa elica che beta foglietto, in altre non

troviamo né una né l’altra e in altre proteine possiamo trovarne una sola.

FIBROINA: proteina naturale fatta da soli beta foglietti. Più foglietti ripiegati si

trovano appoggiate una sopra l’altra. I gruppi R sono stati selezionati per

impaccarsi tra di loro. Risulta un filo che può piegarsi.

La prolina non sta bene neanche nel beta foglietto.

Altra struttura secondaria chiamata RIPIEGAMENTO BETA la troviamo molto spesso

associata al beta foglietto anti parallelo.

In alcuni casi la catena polipeptidica fa una curva molto angolata per ripiegarsi e

unisce la fine di un segmento e l’inizio del successivo. Ogni ripiegamento beta è fatto

da 4 amminoacidi, con tre legami peptidici fra i 4 amminoacidi. Esiste un legame

idrogeno fra il singolo ripiegamento beta per stabilizzarlo. Il legame avviene come

sempre fra un gruppo carbossilico e un gruppo amminico. Il gruppo carbossilico è

quello del primo amminoacido mentre il gruppo amminico è quello del quarto

amminoacido.

La prolina è perfetta per creare questi ripiegamenti beta. Troviamo anche la glicina

essendo molto flessibile permette queste curvature.

3. STRUTTURE SUPERSECONDARIE (struttura tra la secondaria e la

terziaria)

La combinazione di tratti alfa e beta produce diversi tipi di strutture super

secondarie nelle proteine:

- ripiegamento a forcina

- motivo alfa-alfa

- barile beta

- barile alfa/beta

- chiave greca (beta foglietto antiparallelo ma con una geometria ben precisa)

ESEMPIO STRUTTURA SECONDARIA:

COLLAGENE

È una proteina reale, particolare. È una proteina del tessuto connettivo umano, ha

funzione meccanica ovvero deve resistere alla trazione. È una proteina fibrosa

(struttura di fibra molto allungata). È fatto dall’associazione di unità di tropocollagene

dove ogni singola unità di tropocollagene contiene tre subunità (catena proteica).

Ogni singola catena proteica si avvolge ad elica sinistrorso e ha 3 amminoacidi per

ogni giro elica. Le tre subunità si avvolgono tra di loro in modo destrorso.

La particolarità è anche nella sequenza primaria molto ripetitiva:

-X-Pro-Gly-

- X-HyP-Gly

Dove X è un amminoacido qualsiasi. Sono 30 blocchi ripetuti

Quando le tre subunità si avvolgono le glicine sono rivolte verso il centro. La glicina è

l’amminoacido più piccolo quindi permette alle tre subunità di avvicinarsi molto perché

non è ingombrante.

Come facciamo ad assemblare la tripla elica?

Quando ognuno di queste catene proteiche viene sintetizzata, la sua sequenza

primaria è più lunga di quella che andiamo a trovare nella proteina finale. A una

estremità di queste tre subunità c’è un pezzo di catena in più che contiene

amminoacidi cisteina che possono fare tra di loro legami covalenti che le tengono

unite, questa unità terminale viene tagliata, serviva soltanto per assemblare la

proteina nella struttura quaternaria.

La catena proteica di ogni singola subunità subisce anche delle modificazioni post-

traduzionali. Sui gruppi OH possono venire attaccati degli zuccheri, sarà una proteina

coniugata.

Molte unità di tropocollagene devono associarsi tra di loro per formare una fibra

proteica molto lunga. Le unità di tropocollagene si legano tramite legami covalenti

particolari, non coinvolgono cisteina ma 2 residui di lisina.

Con l’invecchiamento il tessuto connettivo diventa più rigido perché i legami covalenti

aumentano.

STRUTTURA TERZIARIA

Struttura (ripiegamento) che assume tutta la catena proteica nello spazio.

Le interazioni delle varie porzioni delle proteine mediante le catene laterali degli

amminoacidi determinano la struttura terziaria della proteina. Residui assai lontani

della struttura primaria di una proteina possono infatti interagire tra loro e legarsi,

determinando un ulteriore processo di torsione.

Una volta ripiegata la struttura è più stabile dal punto di vista termodinamico:

Massimizza il numero di interazioni

 Nasconde i residui idrofobici al solvente.

 CORE IDROFOBICHE (dove sta la parte idrofobica delle proteine) ma non tutte le

proteine lo posseggono

Quando è ripiegata ha la sua funzione biologica rendendo vicini nello spazio i

 residui amminoacidi di rilievo per una specifica funzione.

STRUTTURA NATIVA: struttura che permette alla proteina di avere la sua

funzione biologica.

La proteina ha una certa conformazione tridimensionale. Possiamo romperla e

modificarla sfruttando la semplice mobilità della catena.

I legami che stabilizzano la struttura terziaria della proteina, i quali avvengono

principalmente tra i gruppi laterali R degli amminoacidi, sono:

Legami deboli, non covalenti:

 - Legame idrogeno tra gruppi che hanno carica parziale presente sulle catene

laterali

- Legami elettrostatici, avvengono tra catene laterali R che hanno carica

netta opposta (un amminoacido con carica negativa e l’altro positiva)

- Interazione idrofobica, i gruppi laterale R non polari possono fare tra di loro

interazione e formare il CORE IDROFOBICO della proteina. Il legame idrofobico

può avvenire solo in acqua.

Se mettiamo la proteina in un solvente può perdere la sua struttura nativa.

Legami forti, di tipo covalente:

 - Ponte di solfuro (S-S) può avvenire tra due residui di cisteina

Molte volte le proteine possono legare atomi e molecole di divers