Biochimica 1

STRUTTURA  DELLE  PROTEINE  

Struttura  primaria  e  legame  peptidico:  La  struttura  primaria  di  una  proteina  è  data  dalla  semplice  

sequenza  lineare  dei  suoi  aminoacidi  tra  loro  legati  covalentemente  dal  “legame  peptidico”.  I  legami  

covalenti  pongono  importanti  limitazioni  alle  conformazioni  di  un  peptide.  Dal  punto  di  vista  strutturale  

un  legame  peptidico  è  formato  da  amminoacidi  adiacenti  i  cui  atomi  di  carbonio  alfa  sono  separati  da  

tre  legami  covalenti  disposti  in  questo  modo:  α-­‐C  –  C  –  N  -­‐  α-­‐C.  Alcuni  studi  hanno  dimostrato  che  il  

legame  C  –  N  (carbonio  –  azoto)  in  un  peptide  è  più  corto  del  legame  C  –  N  (carbonio  –  azoto)  in  un  

ammina  e  che  gli  atomi  del  legame  peptidico  sono  complanari  (si  trovano  sullo  stesso  piano).  Ciò  indica  

la  presenza  di  una  risonanza  o  di  una  parziale  ridistribuzione  delle  due  coppie  di  elettroni  tra  l’atomo  di  

ossigeno  carbonilico  e  l’atomo  di  azoto  ammidico.  L’ossigeno  viene  ad  acquistare  una  parziale  carica  

negativa  mentre  l’azoto  acquista  una  parziale  carica  positiva,  generando  un  dipolo  elettrico.  Il  legame  C  -­‐  

N  peptidico  è  stato  definito  parzialmente  doppio  e  quindi  limitato  nella  rotazione:  nel  legame  peptidico  

possono  ruotare  solo  i  due  legami  covalenti  esterni,  cioè  N  -­‐  α-­‐C  (azoto  –  carbonio  alfa)  e  α-­‐C  –  C  

(carbonio  alfa  –  carbonio).    Per  convenzione  gli  angolo  generati  dalla  rotazione  di  questi  legami  sono  

indicati  con  le  lettere  φ  (phi)  e  ψ  (psi).    

Struttura  secondaria:  Il  secondo  livello  di  organizzazione  della  proteina  è  la  struttura  secondaria  e  

rappresenta  la  capacità  di  una  proteina  di  assumere  una  struttura  spaziale  regolare  e  ripetitiva.  Essa  può  

essere  di  due  diversi  tipi:  la  conformazione  a  spirale  (o  ad  alfa-­‐elica)  e  quella  planare  (o  a  beta-­‐foglietto).  

L’alfa-­‐elica  e  il  beta-­‐foglietto,  quindi,  sono  le  conformazioni  più  comuni  riscontrabili  nelle  catene  

polipeptidiche  di  una  proteina.  L’alfa-­‐elica  è  la  conformazioni  più  favorevole  perché  naturalmente  riduce  

al  minimo  l’energia  libera  e  può  essere  sinistrorsa  o  destrorsa.  Nella  struttura  ad  alfa-­‐elica  il  suo  

scheletro  polipeptidico  è  arrotolato  intorno  ad  un  asse  immaginario  tracciato  longitudinalmente  

attraverso  il  centro  dell’elica,  dove  le  catene  laterali  R  dei  residui  amminoacidici,  che  intervengono  nella  

formazione  della  struttura,  sono  all’esterno  dello  scheletro  elicoidale.  La  struttura  dell’elica  è  stabilizzata  

da  legami  idrogeno  tra  l’atomo  di  idrogeno  legato  all’atomo  di  azoto  di  ogni  legame  peptidico  e  l’atomo  

di  ossigeno  carbonilico  del  quarto  residuo  amminoacidico  successivo,  posto  nella  direzione  dell’ammino-­‐

terminale  dell’elica.  Ciò  da  origine,  quindi,  ad  un’elica  regolare  con  un  giro  completo  ogni  3,6  

amminoacidi.  In  alcune  proteine,  alfa-­‐eliche  si  avvolgono  l’una  intorno  all’altra  per  formare  una  

struttura  particolarmente  stabile,  nota  come  “coiled  coil”.  Questa  struttura  si  può  formare  quando  le  

due  (o  in  qualche  caso  tre)  alfa-­‐eliche  hanno  la  maggior  parte  delle  loro  catene  laterali  non  polari  

(idrofobiche)  su  un  lato,  così  che  possono  avvolgersi  l’una  intorno  all’altra,  con  queste  catene  laterali  

rivolte  all’interno.  Nella  struttura  a  foglietto  beta,  invece,  le  catene  polipeptidiche  si  dispongono  l’una  

accanto  all’altra  formando  un  foglietto  costituito  da  una  serie  di  ripiegamenti.  In  tali  ripiegamenti  sono  

spesso  presenti  residui  di  glicina  e  prolina,  il  primo  in  quanto  piccolo  e  flessibile,  mentre  il  secondo  

assume  facilmente  la  configurazione  cis,  una  forma  che  si  adatta  bene  ad  un  cambio  di  direzione  molto  

stretto.  Anche  questa  struttura  è  stabilizzata  da  legami  idrogeno  che  si  formano  tra  segmenti  adiacenti  

della  catena  polipeptidica.  I  gruppi  R  dei  singoli  residui  amminoacidici  sporgono  al  di  fuori  della  struttura  

a  foglietto  beta,  da  un  lato  e  dall’altro,  creando  una  organizzazione  sfalsata.  Le  catene  polipeptidiche  

adiacenti  in  un  foglietto  beta  possono  essere  parallele,  ossia  avere  lo  stesso  orientamento  ammino-­‐

carbossi  terminale  del  peptide,  oppure  antiparallele,  cioè  avere  orientamento  ammino-­‐carbossi  opposti.          

Struttura  terziaria  e  classificazione  delle  proteine:  La  struttura  terziaria  di  una  proteina  è  la  sua  

disposizione  tridimensionale,  cioè  i  ripiegamenti  dei  suoi  elementi  di  struttura  secondaria,  insieme  alla  

disposizione  spaziale  delle  sue  catene  laterali.  Nel  considerare  le  strutture  di  livello  più  elevato  è  utile  

dividere  le  proteine  in  due  grandi  classi:  le  

proteine  fibrose,  che  hanno  catene  polipeptidiche  disposte  in  

lunghi  fasci  o  in  foglietti,  e  le  

proteine  globulari,  che  hanno  invece  catene  polipeptidiche  ripiegate  e  

assumono  forme  globulari  o  sferiche.  I  due  gruppi  sono  funzionalmente  differenti  poiché  le  proteine  che  

determinano  la  resistenza,  la  forma  e  la  protezione  esterna  della  cellula  sono  fibrose,  mentre  la  maggior  

parte  degli  enzimi  e  delle  proteine  regolatrici  sono  globulari.  La  resistenza  delle  proteine  fibrose  è  

dovuta  da  legami  covalenti  crociati  tra  le  catene  polipeptidi  adiacenti.    

Nelle  proteine  globulari  i  diversi  segmenti  di  una  catena  polipeptidica,  invece,  tendono  ad  avvolg