Biochimica

C COO C COO C COO

3 3 2

H H H

Leucina/Leu/L Prolina/Pro/P

Isoleucina/Ile/I Unico amminacido ciclico, perché ricrea un

Idrofoba, più aumenta la catena più sarà Stesso peso molare della leucina (sono gli immino gruppo (ammina secondaria).

idrofoba. Più ingombrante dell’isoleucina. unici due amminoacidi). Amminoacido rigido, impartisce alla

struttura un brusco ripiegamento (separa

gruppi ordinati).

omologia di sequenza.

Se si sostituisce un amminoacido con uno simile (leucina e isoleucina) la proteina ottenuta mantiene una Se si

sostituisce un gruppo con uno simile, ma più libero, aumenta la flessibilità (esempio aumenta la dimensione di un sito di riconoscimento).

Catene debolmente polari

OH SH OH CH

CH CH CH 3

2 2

⊕ ⊕ ⊕

H N H N H N

C COO C COO C COO

3 3 3

H H H

Serina/Ser/S Cisteina/Cys/C Treonina/Thr/T

=

β.

Idrossile legato al metilene in Può dare Un tiolo al posto del alcool, pk 8,3, Analogo superiore della serina, presenta un

a β.

legame idrogeno ma non si dissocia quindi si deprotona più facilmente della metile in Stesse caratteristiche della

=

facilmente pk 16. serina, a cui assomiglia. Può dare un serina, ma maggiore ingombro sterico.

a ponte

equilibrio redox con formazione di un

disolfuro, oltre che formare legami

idrogeno. Per questo è responsabile della

formazione di strutture secondarie.

5 H

H ⊕

⊕ NH

O O C C

NH

O O C C 3

3 CH

CH 2

2 S

S CH SH

3 ossidazione S

CH SH riduzione

2 CH

CH CH 2

2 2 ⊕

⊕ ⊕ H N C COO

H N H N

C COO C COO 3

3 3 H

H H cistina

Metionina/Met/M cisteina

Struttura con proprietà molto alifatiche.

Debolmente polare, lo zolfo può impiegare

il doppietto disponibile. Viene codificata

dalla tripletta ADG. Il primo amminoacido

di una proteina è la metronina.

Aromatici assorbimento relativo.

È possibile calcolare il coefficiente di Il triptofano ha anche una fluorescenza spiccata. Riemette

nella regione dei 350 nm. Se si trova in un luogo molto rigido, il salto maggiore viene tradotto in uno spostamento verso il blu. Viceversa,

il luoghi più liberi l’estensione va verso il rosso.

foldata sfaldata

Una proteina viene detta (“folded”) quando è ripiegata, (“unfolded”) quando viene srotolata. L’aumento di libertà

comporta un passaggio da lunghezze d’onda verso il blu a lunghezze d’onda verso il rosso.

Fluorescenza Fluorescono le specie che riemettono la luce con cui vengono eccitate. Logicamente la luce viene riemessa a

lunghezze d’onda maggiori, perché parte dell’energia viene dispersa.

OH NH

CH CH CH

2 2 2

⊕ ⊕ ⊕

H N H N H N

C COO C COO

C COO

3 3 3

H H H

Fenilalanina/Phe/F Tirosina/Tyr/Y Triptofano/Trp/W

In para rispetto al metilene c’è un idrossile, L’assorbimento di questi aromatici è nella

=

con pk 10, quindi si dissocia a pH radiazione UV, data l’estesa

a

basici. Parzialmente polare e banda di delocalizzazione. Assorbimento a 290 nm.

Se si trovano in una proteina, questa avrà un

assorbimento a 270 nm. picco di assorbimento a 270 nm.

Basici Presentano proprietà elettrostatiche. Sono gruppi facilmente protonabili.

6

H NH 2

N ⊕ ione

NH

C guaninio

2

⊕

NH ⊕

NH NH

3

(CH ) (CH )

CH 2 2 2

4 3

⊕ ⊕ ⊕

H N H N H N

C COO C COO C COO

3 3 3

H H H

Lisina/Lys/K

Istidina/His/H Arginina/Arg/R

= >

Ha una pk 6,2 – 6,5, ossia è quasi neutro. Flessibile, avendo un pk 7 è basica. Carica netta positiva, flessibile, riorienta.

a a

È un centro catalitico delle proteine, Inoltre porta cariche nette ed è in grado di Presenta lo ione guaninio.

essendo in grado sia accettare che cedere riorientare.

protoni.

Acidi e loro ammidi Le ammidi non sono dissociabili, andrebbero inserite negli amminoacidi polari. La sostituzione di un aspartato

con un glutammato consiste nella variazione di un singolo metilene nella struttura. Vengono codificati infatti da triplette simili, che

variano solo per l’ultima base azotata, in modo da dare sostituzione omologa. Questi amminoacidi sono tendenzialmente orientati verso

l’esterno, essendo idrofili. Inoltre portano della carica sulla proteina, che acquisirà una certa carica (dipende da quanti gruppi ci sono). La

diversità di carica permette di suddividere la proteine in zone diverse in base a quale carica posseggono (se negativa o positiva).

O O

C

O O

C CH 2

CH CH

2 2

⊕ ⊕

H N H N

C COO C COO

3 3

H H

Acido glutammico/Glu/E

Acido aspartico/Asp/D

= =

Dato il pk 4, è generalmente Dato il pk 4, è generalmente

a a

deprotonato nell’ambiente cellulare. deprotonato nell’ambiente cellulare.

NH

O 2

C

NH

O 2

C CH 2

CH CH

2 2

⊕ ⊕

H N H N

C COO C COO

3 3

H H

Asparagina/Asn/N Glutammina/Gln/Q

Ammide dell’acido aspartico. Ammide dell’acido glutammico.

selenocisteina,

Il 21º amminoacido è la le cui triplette codificano per lo stop. In alcuni casi danno l’amminoacido interessato.

Se

CH 2

⊕

H N C COO

3 H

Processi post-traduzionali Durante la creazione della catena polipeptidica e dopo, essa comincia ad avvolgersi ad opera di forze

ponti intercatena,

deboli e/o enzimi che operano sulla proteina. L’avvolgimento e la riorganizzazione porta alla formazione di da cui si

generano le strutture secondarie. Eventualmente, per essere attivata, la proteina richiede la rimozione o l’aggiunta di elementi a opera

7 preproinsulina,

di enzimi. Un esempio è l’insulina: in seguito alla codifica si forma una catena polipeptidica, detta che grazie agli

proinsulina.

amminoacidi presenti sulla catena, si ripiega e forma ponti disolfuro tra le serine, passando alla In seguito un enzima

taglierà delle parti di catena, portando alla formazione della insulina vera e propria.

Amminoacidi atipici non sintetizzati tramite la codifica del genoma sono:

β-alanina;

• D-alanina L) D-acido

• (varia la configurazione, non più e glutammico;

γ-amminobutirrico

• acido (amminoacido, con il gruppo ammino e il gruppo carbossilico legati ad atomi di carbonio diversi).

Legame peptidico

legame peptidico sintesi proteica,

Il lega due amminoacidi e si forma durante la catalizzata da enzimi specifici. Essa consiste,

sostanzialmente, in una condensazione, dove il gruppo ammino reagisce con il carbossile di un altro amminoacido. Può avvenire una

parziale delocalizzazione del doppietto sull’azoto, con formazione di un doppio legame azoto-carbonio e spostamento carica negativa

sull’ossigeno del carbonile Questo parziale carattere di legame ammidico emerge scrivendo le strutture di risonanza.

O H O H

⊕

C C

N N

C C C C

α α α α φ

2

sp

. Questa parziale delocalizzazione conferisce una struttura quasi planare simile all’ibridazione . Si definiscono due angoli (tra

ψ

α) α

l’azoto e il carbonio e (tra il carbonio e il carbonile). La rotazione attorno a questi angoli è impedita, o comunque condizionata,

dall’ingombro sterico degli amminoacidi. struttura primaria backbond.

La struttura lineare che si forma è detta ed è caratterizzata dalla catena principale, detta Essa può

strutture secondarie

ripiegarsi e ridisporsi in ordinate, a seconda dei sostituenti presenti sulla catena polipeptidica.

Strutture secondarie elica foglietto.

Le strutture secondarie possono essere a o a

Elica Le strutture a elica hanno più possibili passi perché dipende dal legame idrogeno tra l’ossigeno del carbonile e l’idrogeno dell’azoto

nastro, destrorsa

α-elica,

e si sviluppano arrotolandosi. La struttura più stabile è detta detta anche a distinta in se sale in senso antiorario,

sinistrorsa se in senso orario. Il suo passo è 3,6 amminoacidi, dato che esiste una leggera distorsione della struttura: significa che il

φ ψ

legame idrogeno si genera tra un carbonile e l’idrogeno 3 o 4 atomi distante. Questa struttura, essendo ordinata, a degli angoli e molto

specifici.

Foglietto foglietto.

L’altra struttura ordinata è il Quando due strutture sono adiacenti possono instaurarsi legami idrogeno tra le due

β-foglietto.

regioni, creando la struttura Se sulla catena principale sono presenti strutture ingombranti, esse possono interferire con la

α-elica).

stabilità della struttura. Interferenze di tipo sterico o anche per rigidità (prolina, interrompe la struttura organizzata, soprattutto Il

φ ψ.

parallela antiparallela.

β-foglietto β-foglietto

ha due strutture: e Anche il possiede determinati valori di e L’effetto sommativo dei

legami idrogeno li rende importanti nella struttura.

φ = ψ =

Le coordinate 0, 0 non sono possibili perché si sovrappongono carbonile con ammina. Gli angoli vengono misurati con

Ramachandan,

α

direzione destrorsa ponendosi nel carbonio e guardando o il carbonio o l’azoto. Si può creare un grafico, detto di in

φ ψ

cui esistono coppie di valori degli angoli e appaiate a minimi di energetici. Queste regioni sono favorite e corrispondono a stati

stabilizzati e sono indicate in tabella 2.1.

Alcuni amminoacidi possono mappare in regioni diverse dai minimi di energia, sia per distorsioni locali più o meno forti (prolina), sia

per errori di misurazioni. Le distorsioni possono essere talmente forti da cambiare struttura e dare, per esempio, patologie. Si possono

ripiegamenti

formare dei (o “torn”), importanti per le proteina nonostante siano poco organizzate.

Analisi della struttura primaria delle proteine

La successione degli amminoacidi nella struttura primaria può contenere informazioni su come si svilupperà nella struttura secondaria

(non vale per tutte le molecole). Per studiare la struttura primaria devo distruggerla tramite:

8

φ ψ

Tabella 2.1: Valori di e per le principali strutture secondarie.

φ ψ

Struttura −119

β-parallelo 113

−139

β-antiparallelo 135

−60

collagene 150

α-elica sinistrorsa 60 60

−60 −60

α-elica destrorsa distribuzione

Idrolisi acida Possono fare un’idrolisi acida