Biochimica appunti

BIOCHIMICA

PROTEINE

(12 marzo)

Macromolecole formate da piccole unità, artefici di tutte le attività cellulari

Caratteristiche chimico fisiche dei mattoncini che costituiscono queste macromolecole,

che determinano la struttura terziaria e quaternaria (struttura biologicamente attiva)

di una proteina

Attività PLEIOTROPICA (diverse funzioni):

Struttura

 Processo di contrazione cellulare (divisione cellulare)

 Processo di contrazione muscolare

 Riserva energetica (massa muscolare attaccata in caso di forte digiuno)

 Enzimi (catalisi)

 Anticorpi

 Ormoni (insulina, glucagone, GH)

 Proteine di trasporto (emoglobina, mioglobina, transferrina, albumina..)

 Fattori di crescita

 Regolano l’espressione genica

 Proteine di membrana, coinvolte nella comunicazione tra cellule



Amminoacidi: contengono gruppo amminico e gruppo acido (carbossilico).

20 amminoacidi nelle proteine, gruppo funzionale comune (α amminoacido).

Proteine=catene polipeptidiche

Legami dati dalla condensazione di monomeri, per eliminazione di una molecola

d’acqua, con la formazione di un legame ammidico.

Gruppo R (catena laterale) caratterizza i diversi amminoacidi20 catene laterali

diverse.

Possono contenere gruppo con Pk diversi fra loro, fondamentale per la struttura delle

diverse proteine. Gruppi ionizzabili a diversi pH fondamentale per la funzionalità degli

enzimi.

Alfa amminoacido

Alfa= atomo di carbonio numero 1, primo nella catena, che lega –NH2 e –COOH e –H.

Carbonio asimmetrico, sostituito da 4 gruppi diversi fra loro. Chiralità, devia la luce se

sottoposto a un polarimetro.

Utilizziamo Fischer per rappresentarli.

Configurazione L (S)

Enzimi coinvolti nella sintesi proteica o nel metabolismo glucidico hanno già una base

di specificità e di controllo, per cui ci possono essere meno errori

(zuccheri sono D).

Gliceraldeide, diffusa, semplice e stabile, fu la prima ad

essere studiata per la sua chiralità. Presa come unità di

riferimento. Si vide come deviava la luce e tutti gli altri

composti vengono confrontati con questa.

Amminoacidi deviavano la luce allo stesso modo della L-

gliceraldeide, per cui gli fu attribuita la configurazione L.

Secondo le regole di Cahn Ingol Prelog gli amminoacidi hanno

descrittore stereochimico S.

Nei processi post mortem (ESCLUSIVAMENTE), sono presenti amminoacidi D.

Classificazione degli amminoacidi in base alle caratteristiche chimico fisiche

delle catene laterali:

Catene laterali apolari (8)



Glicina ha due H, non è chirale, Alanina, Valina, Leucina, Metionina (legame

tioestere, utilizzato molto come subsrato per metilazioni, cedeCH3), Isoleucina

(sostituisce in posizione 3)

Aromatici



Fenilalanina, triptofano (indolo, assorbe ultravioletti, importante dal punto di vista

sperimentale), tirosina

Catene laterali polari non carichi (7)



Serina (la più piccola), Treonina, Cisteina (l’unico amminoacido con gruppo tiolo,

può formare legami covalenti all’interno di una struttura proteica –in generale al di

fuori del legame peptidico che è covalente, nelle proteine ho solo legami

reversibili-, Prolina (ammina secondaria, è l’unico ciclico), asparagine, glutammina.

Amminoacidi acidi o carichi negativamente

 Aspartato e glutammato

Amminoacidi basici o carichi positivamente



Lisina, Arginina (gruppo guanidinico C=NH2+), Istidina(l’unico neutro a pH 7, può

avere risonanza, maggiormente presente nei domini proteici cruciali perché può

risentire di una piccola variazione di pH vicino alla neutralità, Pk circa 6,8, fa da

tampone)

Questi ultimi risentono della variazione di pH dell’ambiente in cui si trovano.

Amminoacidi essenziali (8) da assumere con la dieta. Provenienza di origine animale

Vitamine B12 carenza nei vegani, vegetariani.

Curva di dissociazione di un amminoacido

Glicina (amminoacido più piccolo)

Pk dissociazione gruppo carbossilico circa 2,34. In soluzione con pH<2,3 avra carica

positiva…. (vedi pag 91 92)

Punto isoelettrico è importante perché è il valore di pH in cui la molecola

(amminoacido o proteina) risulta elettricamente neutro, perché numero di carice

negative e positive si eguagliano. Non risente di un campo elettrico.

Curva di dissociazione di un amminoacido acido.

Acido glutammico ha un ulteriore gruppo che può dissociare, avrà una carica in più,

influenza punto isoelettrico. Quando è presente nel polipeptide, influenza anche punto

isoelettrico della proteina.

A pH 4.5 dissocia anche gruppo carbossilico della catena laterale.

Mucose pH acido, difesa verso agenti esterni. Acidi Glutammici avranno a pH 4,5

carico negativamente (complessivamente).

A pH basico (9 duodeno, 9,5 non esiste nelle cellule) acido glutammico presenta due

cariche negative

Responsabile della carica negativa delle proteine a pH>4.

Struttura primaria della proteina (sequenza amminoacidi lineare) prevede l’utilizzo di

un alfabeto per indicare gli amminoacidi con delle sigle.

Prime tre lettere di un amminoacido oppure lettera iniziale (più comune).

Indico con X un amminoacido non determinato all’interno di una sequenza specifica,

per dire che non importa quale esso sia dei 20.

Zwitterione: amminoacido dipolare.

Nel range di pH fisiologico gli amminoacidi saranno sempre zwitterioni (eccezioni pH

1,5 dello stomaco in cui prevale la carica positiva e alveoli polmonari aventi pH

fortemente basico (va via CO2, non ho acido carbonico) in cui prevale carica negativa).

pH 1-2 positiva

 carica

pH 3-8zwitterione

 pH 9-12carica negativa



Importante per i punti isoelettrici

Punto isoelettrico per un amminoacido avente catena laterale neutra è dato

 dalla media tra pK1 e pK2.

Punto isoelettrico per un amminoacido avente una carica negativa (acidi) nella

 catena laterale (gruppo carbossilico) è dato dalla media dei pK dei due gruppi

carbossilici (acidi) (cfr. glutammato).

Punto isoelettrico per un amminoacido avente carica positiva (basici) nella

 catena laterale è dato dalla media dei pK dei gruppi basici.

Istidina ha punto isoelettrico (calcolato dalla media dei pK dei gruppi amminici basici)

è 7.59. ha ruolo fondamentale nell’emoglobina (sangue pH 7,4, a cui non sarà

elettricamente neutra). E’ uno degli amminoacidi più versatili e più presente nelle

proteine.

Tirosina e Triptofano capaci di assorbire delle lunghezze d’onda ultravioletta.

Permettono di riconoscere proteine grazie all’assorbimento della lunghezza d’onda

dell’ultravioletto, picco di assorbanza.

Fenilanalina NO perche non ha ossidrile capace di avere su di se elettroni di legame,

maggiore eccitabilità degli elettroni, sbalzo.

Derivati degli amminoacidi (amminoacidi modificati)

Viene aggiunto un gruppo che li rende specifici, dà specificità alla proteina in cui sono

contenuti.

Valenza fisiologica importante

Precursori di ormoni (tirosinacatecolamine), sostanze biologicamente attive con

funzione regolatoria che derivano da amminoacidi.

Idrossiprolina (prolina + -OH in posizione 3 o 4), fondamentale per integrità del

collagene.

Vitamina C

Metilistidinametilata con 1,2,3 metili.

Carbossilazione acido glutammico sul c gamma, solo ed esclusivamente su una

proteina chiamata protrombina

Modifiche sulla lisina ne regolano la carica e sono perciò funzionali.

Derivati amminoacidici con funzione biologica: istamina, dopamina, tiroxina,

acido gamma-amminobutirrico (GABA).

Farmaci: ibuprofene (struttura simile agli amminoacidi), talidomide.

PROTEINE (13/03)

Funzione:

Catalisi

 Trasporto (sostanze)

 Comunicazioni (ormoni)



STRUTTURA

Struttura e funzione sono correlate.

La struttura di una proteina è complessa:

organizzazione in 4 livelli gerarchici

Struttura primariaSequenza lineare degli

amminoacidi ha informazioni necessarie per

generare una proteina con forma

tridimensionale e funzione esclusive. Da

questa dipendono la struttura terziari e

quaternaria.

Stessi amminoacidi ma a specchio, ho una

proteina diversa, direzionalità cambia. Il primo

amminoacido è sempre quello con gruppo

amminico libero, l’ultimo ha gruppo carbossilico libero.

Conformazione diverso da configurazione

Legame AMMIDICO CO-NH (peptidico) dato dalla condensazione di due amminoacidi.

E’ più corto perche dato da gruppo carbonilico e ammidico. O e N sono

 elettronattrattori (elettronegativi), risonanza, legame parzialmente doppio

(scissione con 100 Kcal/mole, a più di 120°C, legame forte, può essere rotto solo

dall’azione prolungata di acidi o basi concentrare sottovuoto –es HCl 12N-

ottendendo peptidi e non singoli amminoacidi, o mediante enzimi proteolitici).

La rotazione è impedita (RIGIDITA’), sostituenti fissi nella loro posizione.

Ha configurazione planare, sostituenti avranno una configurazione trans.

 Non sono presenti cariche nette visibile ma il legame peptidico è polare (carica

 parzialmente positiva su N e parzialmente negativa su O, alternate sopra e

sotto nella catena per stabilizzare la struttura complessiva), partecipano alla

formazione di doppi legami.

ECCEZIONE: solo la prolina (ciclica) potrebbe dare configurazione cis ma ci sono

poi enzimi che mettono gruppi in posizione corretta.

Angolo psiψ e phiφ: angoli diedrici (o di rotazione o di torsione) utilizzati per

descrivere la conformazione della catena principale. l’angolo φ intorno al legame Cα-N

e ψ intorno al legame Cα-C.

Ad essi è attribuito il valore di 180° quando la catena è completamente estesa. (SENTI

AUDIO)

POLIPEPTIDE tra 20 e 60 amminoacidi.

Per convenzione l’estremità amminica libera della catena si scrive a sinistra, quella

carbossilica a destra.

PEPTIDE (OLIGOPEPTIDE)<20 amminoacidi

PROTEINA >60 amminoacidi

Peptidi biologicamente attivi:

Ossitocina (circa 9 amminoacidi), ormone prodotto dall’ipofisi, stimola la

 contrazione muscolare liscia dell’utero

Glutatione

 o GSH (tripeptide) con proprietà antiossidanti costituito da cisteina,

glicina e glutammato. Tempo di semivita molto lungo, legame peptidico e

isopeptidico(tra gruppo carbossilico della catena laterale del glutammato e

gruppo amminico della cisteina) non viene attaccato dalla proteasi. Fortemente

stabile. Legame like-peptidico.

fondamentale perche è in grado di difenderci dai radicali che si formano durante

la fosforilazione ossidativa/ inquinanti ambientali/ ..

Interviene quando Fe+2 viene ossidato a Fe+3 nell’emoglobina (difesa da

emolisi)

Funziona in presenza di NADPH (non prodotto in caso di favismo, e non viene

più prodotto glutatione). NADPH serve per ridurre glutatione ossidato (che ha

reagito con ossidanti).

Glutatione utilizzato in caso di intossicazione da paracetamolo poiche lo riduce.

BIOCHIMICA (14/03)

STRUTTURE SECONDARIE regolari (= formate da successioni di residui e valori

ripetuti di φ e ψ).

Alfa elica

Amminoacidi per eccellenza incompatibili con alfa-elica prolina(ciclico) e

glicina (non ha catena laterale), incompatibili con alfa-elica.

Impedimento rotazione angolo φ che arriva massimo a -60 gradi nella

prolina; N inoltre è coinvolto in legame ciclico e con legame peptidico,

non ha H per formare alfa-elica oltre alla limitazione angolo φ che

non si adatterebbe all’alfa elica.

Glicina sarà amminoacido prevalente nel collagene (processo

evolutivo seleziona amminoacidi).

Glicina non ha C chirale, tutte possibili rotazioni angolo φ e non ha

catena laterale che può stabilizzare alfa elica (di solito con interazioni

ioniche o di Van der waals) non è compatibile con struttura ordinata

alfa elica.

Alfa elica idrofobica per via delle catene laterali R degli amminoacidi

Pigreco elica, residuo amminoacidico in può passo dell’elica più largolegami H ogni 3

residui

3 10 elica, catena più strettalegami H ogni 4 residui

Ambedue rare e presenti in strutture solvatate

Legami idrogeno intercatena(nella stessa catena).

Esempio colicina Ia (intestino?)

Regioni loop, non strutturate e molto flessibili che

permettono ripiegamento strutture secondarie.

Foglietto beta

Struttura compatibile con tutti gli amminoacidi,

struttura ripiegata (ma più distesa e rilassata).

Formata da 1 o più catene polipeptidiche (filamenti).

Il legame peptidico si dispone sul piano, legami

idrogeno (tra gruppi carbonilici e idrogeni legato a N)

perpendicolari allo scheletro del peptide.

Si indica simbolicamente con una freccia.

Possono disporsi in modo parallelo o antiparallelo

(direzionalità opposta). Quello antiparallelo è più stabile.

Superficie del foglietto è ‘’pieghettata’’ e non planare.

Beta sheet

Diagramma (“plot”) di Ramachandran

Valori delle coppie degli angoli diedrici φ e ψ permesse

per gli amminoacidi riportati in un diagramma plot di

Ramachandran, dal nome del fisico indiamo G.N., il quale

per primo calcolò le regioni stericamente permesse.

Modello a sfere rigide e fissando geometrie dei legami.

INTERAZIONI STERICHE (eccezioni: glicina e prolina).

Le aree colorate solo quelle stereochimicamente

permesse per la maggior parte delle proteine. Il resto del

grafico rappresenta le conformazioni proibite.

Gly l’unico residuo amminoacidico privo di Cβ,

presentando quindi impedimento sterico molto minore.

Pro essendo ciclico crea un forte impedimento sterico.

Struttura a forcina

Struttura Turn

BIOCHIMICA (15/03)

Struttura Turn (a giro) = ripiegamenti

La maggior parte delle proteine hanno forma globulare (idrosolubili) e presentano

turn. Servono per piegare e invertire la direzione di una α-elica o β-foglietto.

Il nome cambia a seconda del numero di amminoacidi che li compongono.

Sono stabilizzati da 2 o 3 legami idrogeno.

Loop ansa

cappio,

Super strutture secondare interazione tra strutture secondare (si va verso

equilibrio).

Harpin loop (a forcina) loop che collegano due foglietti β antiparalleli.

Turn corti

Turn si trovano vicino la superficie esternaformano legami idrogenosono polari

Spesso si trovano nei siti attivi degli enzimi, interazione enzima substrato non segue

il modello di Fischer chiave serratura ma c’è adattamento indotto, sito attivo prende

la forma del substrato con cui interagisce.

Prolina è molto frequente nei turns.

Glicina molto comunque nei turns per il poco ingombro sterico.

Permettere condensazione tra varie regioni di una proteina (strutture secondarie).

A seconda del tipo di strutture secondarie adiacenti a questi turn otteniamo super

strutture secondarie. Domini o motivi proteici, stessa attività in tutte le proteine in

cui sono presenti. Proteine che legano il DNa hanno tre super strutture secondarie che

si ripetono.

Superstrutture secondarie: piccole, discrete, aggregati di

strutture secondarie

Motivo β-α-βsuperstruttura secondaria con loop che

 ne permettono inversione di direzionalità, tra i più

comuni nelle proteine che legano il DNA.

β-hairpinsfoglietto β antiparallelo con loop

 α-α corner elica (condensata) e tratto di amminoacidi

 più distesi

β- β cornersloop più lungo rispetto a hairpins

 Helix hairpins 2 giri di elica (?)

 Helix-turn-helix (elica giro elica) regione dei turn, a differenza

 dei turn più comuni in cui troviamo glicina e prolina, troviamo

molti amminoacidi. Presente nei recettori del calcio.

*Da wikipedia:

 In an α-turn the end residues are separated by four peptide bonds (i → i ± 4).

 In a β-turn (the most common form), by three bonds (i → i ± 3).

 In a γ-turn, by two bonds (i → i ± 2).

 In a δ-turn, by one bond (i → i ± 1), which is sterically unlikely.

 In a π-turn, by five bonds (i → i ± 5).

A hairpin is a special case of a turn.

Ripiegamenti (turn) ed anse (loop)

Domini: unità strutturali indipendenti

β barrel (barile)

 Four-helix bundel (4 eliche a cerchio)



DOMINI E MOTIVI A VOLTE SONO INTERCAMBIAMBILI. Se

il motivo ha un’attività biologica è un dominio. Se serve solo a

dare una certa forma strutturale alla proteina è motivo e non

dominio. Possono corrispondere se ha una funzione biologica.

Una superstruttura secondaria comune è la EF Hand

(presente nella calmodulina). Due alfa eliche perpendicolari tra

loro di 10 12 amminoacidi separate da regioni loop di 12

residui ricchi di amminoacidi acidi.

EF fold

Altra superstruttura secodaria presente nei trascrittori è la

Cerniera di Leucine (Leuicine Zipper), con due alfa eliche che

riconoscono le sequenza promotrici(?)

Leucina amminoacido idrofobico con catena più lunga.

Struttura tipica dei fattori di trascrizione, è un dominio.

Altra struttura tipica delle proteine che riconosocno il DNA tipica dei recettori per gli

ormoni tiroidei, loop di proteine alfa eliche legati da zinco, coordinato con cisteine o

istidine (terza superstruttura secondaria che interagisce con DNA).

STRUTTUA TERZIARIAconformazione biologicamente attiva delle proteine.

Singolo polipeptide, una sola subunità.

Struttura tridimensionale del polipeptide che deriva dall’interazione fra le catene

laterali di amminoacidi anche distanti nella sequenza primaria.

Legami deboli reversibili (legami idrogeno, ionici e van der waals).

La struttura primaria determina quella terziaria.

UNICO LEGAME COVALENTE è quello tra due cisteine PONTE DISOLFU