Biochimica

Struttura e legami dei polimeri proteici

Gli atomi che fanno parte del polimero, devono essere opportunamente distanziati. Ed è per questo che si sono un set di angoli di rotazione che sono permessi. Il grafico di Ramachandran rappresenta quali sono le strutture che possono essere poi sviluppate dai polimeri proteici. Oltre al legame covalente, avremmo dei legami reversibili deboli. Ad esempio, nelle strutture degli amminoacidi ci sono tanti gruppi funzionali che possono agire sia da accettori del legame idrogeno, sia da donatori del legame idrogeno. Il legame H è molto diffuso. La molecola dell'acqua è l'esempio di legame a idrogeno, perché le molecole dell'acqua formano un legame a idrogeno sia con altre molecole di acqua sia con le molecole che sono solubili nell'acqua. Tutte le reazioni biologiche avvengono maggiormente nell'acqua. Relazionarsi in termini di struttura con l'acqua, vuol dire verificare poi le reali capacità di sviluppare delle specifiche reazioni chimiche.Per ogni molecola organica vediamo i gruppi polari, che sono dei gruppi che sono in grado di interagire con l'acqua stessa. Se mettiamo insieme questi due concetti: la possibilità di formare i legami deboli, ma diffusi attraverso la struttura del legame a idrogeno; e i gradi di rotazione dei legami chimici intorno carbonio alfa; possiamo vedere una prima struttura che si chiama struttura secondaria a alfa elica, dove la serie dei legami peptidici, la serie dei monomeri degli amminoacidi che costituisce la proteina, assume una conformazione a elica. Questa elica è una struttura che si stabilizza attraverso i legami deboli, legami H. Un legame covalente è un legame che può avere un contributo di 30 calorie per mole. Un legame a idrogeno può avere un contributo di una sola kilocaloria per mole. Ma se non abbiamo 30 legami a idrogeno, la sua sommatoria equivarrà a un legame covalente, quindi anche il legame a idrogeno permettono di avere una struttura.

particolarmente stabile. Le catene laterali in una propagazione ad elica nell'alfa elica dove finiscono? Al centrosi ha l'asse dell'elica. Le catene laterali puntati verso l'esterno e sono alternate, non sisovrappongono l'una all'altra in modo da non avere un ingombro sterico, ovvero gliatomi che collidono.

L'alfa elica può essere definita un struttura rigida che si propaga che rappresenta un modulo di struttura secondaria. Tipicamente si tratta di eliche destrorse (raramentesinestrorse) e le catene laterali sono distribuite verso l'esterno.

In questa struttura lo scheletro carbonioso polipeptidico si avvolge strettamente intorno ad un asse immaginario che attraversa longitudinalmente la parte centraledella spirale, mentre i gruppi R dei residui amminoacidici sporgono al di fuori dello scheletro elicoidale. L'unità che si ripete è un singolo giro dell'elica, che si estende per circa 5,4 Ålungo

l'asse maggiore. I residui amminoacidici in un prototipo di α-elica hanno una conformazione. Ogni giro dell'elica contiene 3,6 residui. I segmenti di nelle proteine α-elica possono variare anche all'interno di un singolo segmento. Si formano così lievi torsioni o piegamenti rispetto all'asse dell'elica. In tutte le proteine l'avvolgimento dell'α-elica è destrorso. L'α-elica è la struttura predominante delle Circa un quarto di tutti i α-cheratine. residui amminoacidici nelle proteine si trova in strutture a ma i valori esatti variano da α-elica, 7 proteina a proteina. L'α-elica è la struttura che si forma più facilmente perché nell'α-elica la disposizione dei legami idrogeno è la migliore possibile. La struttura è stabilizzata dai legami idrogeno che si formano tra l'atomo di idrogeno legato all'azoto elettronegativo di un

legame peptidico e l'atomo di ossigeno carbonilico del quarto amminoacido successivo nella direzione dell'estremità amminica. Nell'α-elica ciascun legame peptidico (eccetto quelli vicini alle estremità dell'elica) partecipa alla formazione di legami idrogeno. Ciascun giro dell'α-elica è collegato ai giri adiacenti da tre o quattro legami idrogeno, che conferiscono una buona stabilità alla struttura. Utilizzando modellistiche molecolari più raffinate, si è visto che si possono formare partendo sia da L- sia da D-amminoacidi. α-eliche Però, tutti i residui devono appartenere a una sola serie di stereoisomeri. In linea di principio, gli L-amminoacidi che si trovano in natura possono formare eliche destrorse e sinistrorse, male eliche sinistrorse sono in teoria meno stabili, e non sono state osservate nelle proteine. Un altro modulo di struttura secondaria è il foglietto beta. I foglietti

Le catene polipeptidiche possono essere parallele e antiparallele. Si tratta di una propagazione lineare (+/-) dall'N (primo N terminale del primo amminoacido) al C (gruppo carbossilico dell'ultimo amminoacido) terminale. Si tratta di una conformazione più estesa della catena polipeptidica, confermata successivamente dalle analisi ai raggi X. Nella conformazione, lo scheletro della catena polipeptidica si estende in una conformazione a zig-zag, invece che in una conformazione a spirale.

Le catene polipeptidiche a zig-zag possono essere disposte l'una accanto all'altra, formando una struttura che nel suo insieme presenta una serie di pieghettature. In questa disposizione delle catene polipeptidiche, detta foglietto, i legami β, idrogeno si formano tra regioni adiacenti delle catene polipeptidiche. I singoli segmenti che formano un foglietto generalmente sono vicini l'uno all'altro nella β catena polipeptidica, ma possono anche trovarsi lontani nella sequenza.

La struttura secondaria delle proteine è caratterizzata da due conformazioni principali: l'elica α e il foglietto β. L'elica α è una struttura a spirale, in cui il legame peptidico si ripete in modo regolare. I gruppi R degli amminoacidi sono rivolti verso l'esterno della spirale. Il foglietto β è invece una struttura a pieghe, in cui i legami peptidici formano una serie di segmenti rettilinei. I gruppi R degli amminoacidi adiacenti sporgono dalla struttura a zig-zag in direzioni opposte, creando un'alternanza "sopra-sotto".

Le catene polipeptidiche possono formare strutture secondarie diverse all'interno della stessa proteina. Ad esempio, segmenti di elica α e foglietti β possono trovarsi in sequenza all'interno di una catena polipeptidica, o addirittura in catene polipeptidiche diverse. Le catene polipeptidiche adiacenti di un foglietto β possono essere parallele o antiparallele, a seconda che abbiano lo stesso orientamento o un orientamento opposto del legame peptidico NH‒CO. Le due strutture sono abbastanza simili, ma l'antiparallelo va dal N terminale al C terminale con la stessa direzione.

Esistono anche strutture di collegamento tra i vari moduli che fanno parte della struttura secondaria, chiamati loop o occhielli. I foglietti β paralleli sono generalmente più lunghi dei foglietti β antiparalleli.

Anche se le eliche α e i foglietti β sono le strutture secondarie ripetitive principali più rappresentate nella maggioranza delle proteine, esistono anche altre strutture ripetitive in alcune proteine specializzate, come ad esempio nel collageno.

Ogni tipo di struttura secondaria può essere compiutamente descritto definendo i valori degli angoli diedri Φ e Ψ associati a ogni residuo. Come mostrato nel grafico di Ramachandran, l'α-elica e la conformazione β rientrano in un ambito abbastanza ristretto di strutture permesse. La maggioranza dei valori di Φ e Ψ delle proteine note cade nelle regioni che il grafico segnala come permesse. I valori sono per la maggior parte vicini a quelli previsti per l'α-elica e per la conformazione β. Il solo amminoacido che spesso si trova al di fuori delle conformazioni permesse è la Gly, che può entrare a far parte di conformazioni stericamente impedite ad altri amminoacidi, grazie alla sua catena laterale molto piccola. La prolina è poco presente nei foglietti β e α-elica, ma molto presente negli occhielli di collegamento, perché la sua natura di struttura ciclica fa sì che possa rompere la continuità della struttura.

La propagazione dell'alfa elica o del foglietto beta per creare la sequenza di collegamento per un nuovo modulo secondario.

Le proteine sono molecole "sociali" che tendono a formare sovracomplessi molecolari che sono quelli funzionali, e sono importanti, come gli anticorpi.

Insieme di strutture secondarie alfa e beta parallelo rappresentano i primi moduli di struttura terziaria, tridimensionale.

La struttura alfa alfa è una struttura tipica di collegamento di motivi antiparalleli beta, o una struttura beta parallelo dove la lunga sequenza ad occhiello forma il collegamento.

In biologia molecolare il barile è un ripiegamento di una sequenza conservata composto di otto α-eliche e otto β-filamenti che si alternano lungo lo scheletro peptidico.

L'insieme di queste strutture forma le strutture tridimensionali come il barile beta: successione di elementi di propagazione del polimero dell'amminoacido, dall'n terminale verso il c terminale, sequenza di collegamento poi di...

nuovo n terminale c terminale, nuova catenadi amminoacido. Tra di loro (nel beta antiparallelo) ci sono legami idrogeno che li stabilizzano. Lapropagazioni degli elementi strutturali fa si che ci siano delle macrostrutture = quelle terziare.Differenti proteine hanno diverse strutture terziarie. Tante proteine con diverse strutture terziareformeranno la struttura quaternaria, macrocomplessi molecolari .

Albumina sierica = proteina più abbondante del siero del sangue: proteine formateprimariamente da alfa elica

Regioni variabile delle Immunoglobuline di classe G= foglietto beta (le immunoglobuline sonomolto grandi, soprattuto quelle di classe G). Uno dei moduli fondamentali che riconoscel’antigene è a foglietto beta.

Esistono anche proteine che hanno la combinazione tar beta ed alfa elica.

Differente funzione = differente struttura alla base di patologie

Malattia dei prioni = cambio della conformazione della proteina prionica che induce unaaggregazione di monomeri

Nell'aggregazione di tanti monomeri di strutture terziarie da causare danni a livello del sistema nervoso centrale. Lo stesso meccanismo è alla base dellapolimerizzazione di altre proteine come le proteine che sono legate alle demenze di Alzheimer o altre demenze senili. Aggregazione delle proteine all'interno delle cellule = morte dei neuroni = danno.

3 classi di proteine:

1. Proteine che si ripiegano come un gomitolo, le proteine globulari
2. Proteine che tendono a formare lunghe eliche
3. Proteine che tendono a formare grandi conformazioni beta

Si hanno quindi proteine fibrose strutturali e proteine globulari. Quelle fibrose hanno un ruolo di struttura molecolare all'interno dell'organismo, ad esempio alla base di alcune strutture come i capelli. Proteina cheratina = proteina fibrosica che permettono la formazione del capello. Emoglobina = proteina globulare, formata primariamente da alfa elica e una componente minore di beta.