Appunti di biochimica strutturale (biochimica 1)

STRUTTURA PROTEINE E FOLDING

- Legame peptidico (C—NH) – libera rotazione impedita , il legame costituisce unastruttura planare rigida . c’è libertà di rotazione tra il carbonio alfa e il gruppocarbonilico (angolo psi) e tra il carbonio alfa e il gruppo NH (angolo phi) .

- Dato che il legame peptidico è rigido , la conformazione della catena aa èdefinita quando psi e phi sono fissati per ogni residuo della catena. MA, unresiduo non può avere una qualunque coppia di tali valori poiché certecombinazioni non sono possibili a causa di impedimenti sterici (tensionesterica). Agli angoli diedri viene assegnato valore di 0 gradi quando la catena ècompletamente estesa e aumentano quando si ruota in senso orario . i vincolisterici che esistono sugli angoli di torsione di una catena ne limitano la suavariabilità conformazionale . Le conformazioni proibite sono quelle per cui ladistanza interatomica di

un’interazione non covalente è inferiore allacorrispondente somma dei raggi di van der waals.

DIAGRAMMA O PLOT DI RAMACHANDRAN: diagramma che riporta le coppiedi valori permessi degli angoli diedri. Rappresenta le regioni stericamentepermesse. Misure più precise risultano dal calcolo delle energie relative aciascuna conformazione. Qualunque scelta accettabile venga fatta riguardo ilraggio di van der waals, si ottengono solo 3 regioni del plot fisicamenteaccessibili alla catena polipeptidica (solo il 25% del plot è costituito da zonestericamente permesse). Eccezione: glicina e prolina: le zone permesse sonopiù ampie (45%) – il plot relativo alla glicina è centro-simmetrico, questoperché è l’unico aa simmetrico – per questo motivo la glicina ha ruolostrutturale molto importante perché permette conformazioni inusuali alla catenaprincipale proteica. La prolina (essendo costituita da un gruppo R

ciclico) è caratterizzata dalle maggiori restrizioni conformazionali .- STRUTTURA SECONDARIA : data dal ripiegamento della catena polipeptidica , essa analizza i rapporti tra aa vicini nella struttura primaria(alfa elica) o anche distanti tra di loro (foglietto beta). La str. Secondaria rappresenta l'organizzazione tridimensionale di segmenti definiti della catena aa . è la str. Primaria che determina il tipo di piegamento . 3 tipi : alfa-elica , foglietto beta, ripiegamento beta.- Struttura ad alfa-elica : la più semplice organizzazione tridimensionale di una catena polipeptidica, le sue proprietà includono la bassa solubilità .lo scheletro carbonioso è avvolto intorno ad un asse centrale, lasciando i gruppi R proiettati verso l'esterno (assume struttura a bastoncino) . essa si forma quando un certo numero di coppie successive di angoli diedrici hanno valori compresi tra -60 e -50 gradi . in questo modo i piani peptidici si dispongono in

La struttura dell'alfa elica è una struttura secondaria delle proteine in cui la catena polipeptidica si avvolge in modo elicoidale intorno a un asse longitudinale. L'elica è tenuta insieme da legami H tra il carbonile di un legame peptidico e NH del legame peptidico del quarto amminoacido successivo (quindi i legami H sono intracatena). Lo spazio interno è quasi nullo, privo di molecole di acqua e quindi idrofobico, mentre i gruppi R polari sono esposti esternamente. Non tutti gli amminoacidi sono compatibili con la formazione dell'alfa elica: la prolina non forma tale struttura secondaria poiché l'N non ha nessun H disponibile per la formazione di ponti H e inoltre fa parte di un anello rigido, quindi il legame Calfa-N è bloccato. La glicina è invece troppo piccola. L'alanina forma spontaneamente l'elica.

Foglietto beta: si formano legami H intercatena tra filamenti di almeno 5-10 amminoacidi, organizzati in modo che lo scheletro carbonioso risulti in un andamento a zig-zag. I legami possono formarsi anche intracatena ma tra residui distanti tra di loro nella sequenza primaria.

Tale struttura è composta principalmente da residui di glicina e alanina e i gruppi R giacciono sopra e sotto il piano del legame peptidico. La disposizione dei foglietti può essere parallela o antiparallela (è la più stabile perché H del legame H risulta in linea con O e N). L'intervallo dei valori degli angolidiedri che possono essere assunti nella formazione di tale struttura è molto ristretto (valori in alto a sx del plot).

Ripiegamento beta: struttura che si ritrova in ripiegamenti e anse, dove la catena cambia direzione, collega tratti successivi in alfa eliche o in foglietti beta ed è un ripiegamento di 180 gradi di una sequenza di 4 residui.

Rilevazione della struttura secondaria: tecnica del dicroismo circolare.

Alfa elica e foglietto beta possono combinarsi tra loro per dare origine a motivi proteici che fanno parte della struttura terziaria.

Esistono proteine a sola struttura secondaria (PROTEINE FIBROSE): sono rigide,

Le proteine idrofobiche formano macro-aggregati fibrillari. Queste sono proprietà ideali per una funzione strutturale, come nel caso del collagene e delle cheratine, tipiche dei tessuti connettivi.

I fasci di alfa eliche possono superavvolgersi tra di loro andando a formare coiled coils, che sono tipici delle proteine fibrose. Queste proteine hanno una struttura lineare con conformazione a filamento.

La miosina è una proteina costituita da una regione C-terminale a struttura fibrillare (coda) formata da due alfa eliche avvolte, e da una regione N-terminale (testa) a struttura globulare con funzione enzimatica.

Le alfa cheratine sono proteine strutturali formate da due catene di alfa cheratina che si avvolgono su sé stesse a dare una struttura coiled coil. I ponti S-S trasversali intercatena stabilizzano le singole eliche mantenendole compatte ed avvolte. A seconda del loro numero di protofilamenti e microfibrille, saranno più o meno dure.

La fibroina della seta è una proteina fibrosa a foglietto beta. Ha amminoacidi con gruppi R piccoli che portano ad una perfetta

sovrapposizione dei foglietti. la struttura è flessibile.

Collagene: proteina fibrosa caratterizzata da struttura a triplice elica allungata. Struttura secondaria unica, distinta da quella ad alfa elica. Presente nel tessuto connettivo. Proteina strutturale che assicura flessibilità a pelle, ossa, tendini, vasi sanguigni, ecc. Forma una tripla elica chiamata tropocollagene (unità strutturale). NON SONO ALFA ELICHE MA ELICHE ALLUNGATE. Ciò è dovuto alla presenza di glicina e prolina (nelle estroflessioni), le quali rilassano la catena permettendo la loro associazione con altre catene mediante legami H. Non ci sono legami H intracatena ma intercatena. Risulta quindi compatta, idrofobica e insolubile, adatta a formare fibre. Le unità di tropocollageno si dispongono testa-coda in modo leggermente sfalsato. Sequenza a tripeptidica ripetuta gly-X-Y (X=prolina, Y=4-idrossiprolina). Il collagene contiene anche legami covalenti trasversali intercatena.

ha le caratteristiche di una piccola proteina globulare. La combinazione di più strutture secondarie nella stessa proteina permette la creazione di diverse forme nello spazio con conseguente manifestazione di diverse strutture funzionali – possono essere create molte proteine diverse.

4 classi di proteine (secondo classificazione strutturale SCOP) : tutto alfa, tutto beta, alfa/beta (strutture tra loro alternate), alfa + beta (strutture tra loro distanziate).

Famiglia di proteine : proteine con somiglianza significativa nella struttura ½ e nella funzione.

Ad una struttura tridimensionale di una proteina è associata una funzione biologica.

Proteina nativa : proteina nella sua forma funzionale.

Le proteine si ripiegano spontaneamente nella loro conformazione nativa in condizioni fisiologiche. La struttura 1 determina la struttura tridimensionale (III).

Il ripiegamento non è casuale, ma è gerarchico. Si ha un procedimento a tappe le prime delle