Biochimica

Le proteine

Partiamo dal caso in cui si leghino 2 amminoacidi. In opportune condizioni, il gruppo carbossile di uno dei due reagisce con il gruppo amminico del secondo, attraverso una reazione di condensazione, in cui viene eliminata una molecola di acqua: si forma un legame tra il carbonio del carbossile e il gruppo amminico del secondo amminoacido; si genera, così, un dipeptide, attraverso un legame peptidico. Questo legame non è necessariamente un legame semplice, ma può anche diventare un doppio legame: il risultato è che questo legame è molto forte, rigido (non ci sono torsioni) ed è planare. Il gruppo carbossilico di questo dipeptide, in condizioni opportune, può reagire col gruppo amminico di un terzo amminoacido, per formare un tripeptide, il quale a sua volta potrà legarsi ad un altro amminoacido, generando un tetrapeptide, ecc. In un polipeptide, quindi, troveremo un solo gruppo amminico e un solo gruppo carbossilico.sua struttura tridimensionale definita. La struttura di una proteina può essere divisa in quattro livelli: primario, secondario, terziario e quaternario. Il livello primario è la sequenza lineare degli amminoacidi nella catena polipeptidica. Questa sequenza è determinata dalla sequenza di basi nel gene corrispondente. Il livello secondario è la conformazione locale della catena polipeptidica. Le due conformazioni più comuni sono l'α-elica e il foglietto β. Queste conformazioni sono stabilizzate da legami idrogeno tra gli atomi di ossigeno e idrogeno degli amminoacidi. Il livello terziario è la struttura tridimensionale complessiva della proteina. Questa struttura è determinata dalle interazioni tra gli amminoacidi nella catena polipeptidica, come legami idrogeno, interazioni idrofobiche e legami disolfuro. Il livello quaternario è presente solo nelle proteine costituite da più di una catena polipeptidica. Queste catene possono essere identiche o diverse e si uniscono per formare una struttura funzionale. In conclusione, la struttura di una proteina è determinata dalla sequenza degli amminoacidi nella catena polipeptidica e dalle interazioni tra gli amminoacidi. Questa struttura tridimensionale è essenziale per la funzione della proteina.

capacità di svolgere una particolare funzione, così proteina semplice. A volte succede che la catena polipeptidica da sola non è sufficiente a far sì che la proteina possa svolgere la sua funzione, ma c'è bisogno di qualcos'altro, ossia di un gruppo prostetico (può essere uno ione metallico, dei residui zuccherini, ecc.): si parla, allora, di proteina coniugata. La sequenza e l'ordine degli amminoacidi che costituiscono una proteina formano la struttura primaria; questa, tuttavia, non descrive come questa catena si ripieghi nello spazio. La struttura secondaria ha già a che fare con il ripiegamento tridimensionale: si dice come si ripiegano nello spazio brevi tratti della catena polipeptidica (ripiegamenti locali). La struttura terziaria è il ripiegamento complessivo della proteina: ci dà un'idea della forma che questa assume realmente nello spazio (conformazione nativa). Le proteine che sono costituite da

Una sola catena polipeptidica si ferma alla struttura terziaria. Se una proteina, invece, è formata da due o più catene, allora queste si uniscono nella struttura quaternaria.

Le proteine svolgono moltissime funzioni (molecole funzionali per eccellenza):

1. Funzione catalitica (enzimi);
2. Funzione regolativa (ormoni);
3. Funzione di trasporto (emoglobina, per esempio);
4. Funzione di riserva (caseina del latte, per esempio);
5. Funzione contrattile (actina e miosina nei muscoli, per esempio);
6. Funzione strutturale (collagene, per esempio);
7. Funzione difensiva (immunoglobulina, per esempio);
8. Funzione adattatrice: proteine impegnate nella trasduzione del segnale all'interno delle cellule.
9. Funzione recettoriale (legare dei ligandi).

Come già detto, la struttura primaria descrive unicamente la sequenza dei vari amminoacidi che compongono la proteina. La struttura secondaria, invece, considera i vari ripiegamenti a livello locale di quest'ultima.

La struttura secondaria, sono 2 tipi di avvolgimento che può assumere la proteina localmente: 1. L'α-elica, un tratto che può comprendere un numero variabile di amminoacidi (da un minimo di 4 a un massimo anche di 30 o 40). La catena si avvolge a formare un andamento elicoidale. L'α-elica possiede un passo (distanza fra due giri o avvolgimenti consecutivi) di 5,4 Å (Angstrom). In ogni giro di questa elica sono contenuti 3,6 amminoacidi. Questo tipo di avvolgimento è molto vantaggioso per la proteina, perché sono presenti dei legami H, che stabilizzano la struttura complessiva. Questi legami si formano fra i gruppi NH e i gruppi CO del giro successivo, quindi fra un amminoacido e l'amminoacido posto a 4 posizioni di distanza. 2. Il Foglietto-β, dato dall'associazione di due o più filamenti β. Qui, la catena principale assume un andamento a zig zag. Un filamento β, da solo, non è stabile; per poter

essere stabilizzato, devenecessariamente associarsi ad un altro filamento β. Ci sono due tipi di associazione: parallela eantiparallela. In ogni filamento è possibile identificare il tratto N-terminale e C-terminale.Nell’associazione parallela, i due filamenti si associano con lo stesso verso (l’N-terminale si associacon l’N-terminale nell’associazione antiparallela, i due filamenti sie il C-terminale col C-terminale);associano con verso opposto.

Questi elementi di struttura secondaria sono legati fra loro tramite altri tratti della catena polipeptidica, chehanno un minor grado di ordine (sono più disordinati), chiamati anse o loop. Nel caso in cui queste anse sianoβ-turn:costituite da 4 amminoacidi, si parla di questo è un brevissimo tratto della catena polipeptidica, in cuiquesta effettua un’inversione di 180°. Questi β-turn contengono molto spesso la glicina e la prolina. Questiloop sono molto importanti,

Perché rappresentano le parti più flessibili della proteina. Ci dà un'idea precisa della conformazione complessiva di una proteina, se costituita da una sola catena polipeptidica. Le proteine possono essere suddivise, sulla base della loro struttura terziaria, in 3 grandi classi:

1. Proteine globulari, che di solito sono disciolte nella soluzione intracellulare o extracellulare;
2. Proteine fibrose, con struttura allungata. Di solito sono insolubili e si trovano in ambiente extracellulare;
3. Proteine di membrana, e sono quindi sempre a contatto con un ambiente idrofobo.

I vari elementi di struttura secondaria tendono ad entrare in contatto l'uno con l'altro, formando ripiegamenti e interazioni complessive. La forza principale, responsabile della stabilizzazione della struttura terziaria, è idrofobica, che si stabilisce fra le catene apolari degli aminoacidi.

amminoacidi apolari. Queste catene apolari, infatti, non stanno volentieri a contatto con l'acqua; per sfuggire l'acqua, quindi, questi amminoacidi si mettono insieme, a formare una sorta di nucleo, il core idrofobo, che conferisce stabilità all'intera struttura. Gli amminoacidi apolari si dispongono, dunque, all'interno, mentre quelli polari all'esterno, a contatto con l'acqua.

La struttura quaternaria, infine, è data dall'associazione di 2 o più catene polipeptidiche. Le catene possono essere uguali fra loro, e abbiamo allora un omodimero (nel caso di 2 catene), o possono essere diverse fra loro, come nell'emoglobina, e abbiamo allora un eterotetramero (nel caso di 4 catene).

L'emoglobina è la proteina che trasporta l'ossigeno nel sangue. È contenuta all'interno dei globuli rossi e conferisce al sangue il colore rosso. I livelli di emoglobina nelle donne adulte sono

Compreso fra i 12 e i 16 g/dl disangue e negli uomini adulti fra i 13 e i 17 g/dl. Questa proteina è un tetramero, quindi costituita da 4 subunità, uguali 2 a 2. L'emoglobina dell'adulto ha una composizione α2-β2 (2 catene α e 2 catene β); nel feto, invece, ha una composizione un po' diversa: α2-γ2 (2 catene α e 2 catene γ). Ogni subunità contiene un gruppo eme.

Al centro dell'eme c'è (gruppo prostetico). Questo eme è una struttura organica, detta protoporfirina nona., dove va a legarsi l'ossigeno. Il ferro2+ posizionato uno ione ferroso, Fe deve essere necessariamente allo stato di ossidazione 2+. Ci sono dei casi in cui questo si trova allo stato di ossidazione 3+ e comporta che l'emoglobina diventi metaemoglobina, che non è in grado di legare ossigeno. Ognuna delle 4 subunità dell'emoglobina contiene 1 gruppo eme, ciascuno dei quali può legare.

1 atomo di ossigeno: in totale, quindi, a differenza dell'emoglobina, ha una molecola di emoglobina può trasportare 4 atomi di O. La mioglobina, funzione di deposito di ossigeno e non di trasporto: si trova nel muscolo. Per studiare la differenza fra queste due molecole, dobbiamo fare riferimento ad un particolare grafico, la cosiddetta curva di dissociazione. Riportiamo sull'asse delle Y la frazione di saturazione, ossia la quantità di proteina che ha legato ossigeno (può oscillare fra 0, quando la proteina è priva di ossigeno, e 1, quando la proteina è totalmente ossigenata). Sull'asse delle X poniamo la pressione parziale di ossigeno (in mm Hg), che è diversa nei vari distretti corporei: nei polmoni, questa è intorno a 100mm Hg, nei capillari tessutali è intorno a 30mm Hg, ecc. Da questa curva possiamo notare come la mioglobina abbia una curva iperbolica, mentre l'Emoglobina abbia una curva affinità con

L'Ossigeno: già a basse pressioni disigmoidale. Questo perché la mioglobina ha una maggiore affinità per l'ossigeno, la Mioglobina è già ossigenata. L'emoglobina, invece, si lega in modo diverso, a seconda del grado di ossigenazione dell'emoglobina stessa. All'inizio, le prime molecole di ossigeno si legano con difficoltà; man mano che l'ossigeno si lega, le molecole successive si legano sempre più facilmente. Questo perché le varie subunità dell'emoglobina cooperano fra loro. Quando, per esempio, una subunità lega un ossigeno, un'altra subunità avverte il cambiamento conformazionale ed è indotta a legare un altro ossigeno, e così via. Questo fenomeno prende il nome di allosterismo: le proteine sono in grado di interagire con dei ligandi (fattori allosterici), che inducono un cambiamento conformazionale, il quale corrisponde ad un cambiamento della funzione della proteina stessa.

Dalla curva, poi, vediamo come, ad una pressione parziale di 100mm Hg, l'emoglobina è satura di ossigeno.