Biochimica - Appunti

Le proteine possono essere, come abbiamo visto, strutturali, che hanno ruolo di supporto, per esempio quelle

del corno del rinoceronte. Ci sono poi quelle con un ruolo propriamente detto, quelle funzionali, non un

enzimi,

ruolo meccanico. Tra queste ci sono gli una sottoclasse ma comunque sia definibili proteine. Gli

enzimi sono semplicemente quelle roteine che catalizzano una reazione chimica: un enzima lega le molecole

e le fa reagire abbattendo la barriera cinetica tra i reagenti e i prodotti ( catalizzatore biologico ). Se dico in

generale proteina, non sto dicendo enzima, non necessariamente catalizza una reazione. Tuttavia, non è detto

che una proteina per poter funzionare, non debba legare qualche molecola. L’ esempio tipico sono l’

emoglobina e la mioglobina, i trasportatori di ossigeno dell’ organismo. Sono delle proteine globulari che

hanno la funzione di trasportare un’ altra molecola, ma non ne catalizzano alcuna reazione: la acchiappano,

la legano, la portano da un’ altra parte e la rilasciano. In ogni caso c’ è un legame tra la molecola piccola

ligando.

(ospite) e la proteina. Tale molecola che si va a legare, si chiama Se poi parliamo di un enzima (che

substrato. una

è sempre una proteina), la molecola si chiama Però, concettualmente è la stessa cosa:

molecola che si va a legare alla proteina. Il ligando, o che sia substrato nel caso di un enziam, non è la

molecola che serve alla proteina per funzionare, ma è la molecola con cui la proteina ha a che fare per quanto

riguarda la sua funzione. Molte proteine hanno bisogno di un altro gruppo per funzionare. E allora parliamo

di cofattore o gruppo prostetico: il cofattore è una molecola che si lega alla proteina prima di legare il

ligando. Facciamo l’ esempio della mioglobin; essa è fatta da 153 amminoacidi arrangiati in un certo modo,

con le sue varie strutture secondarie e la struttura terziaria. Funziona da trasportatore per l’ ossigeno, quindi

lo deve legare, trasportarlo e rilasciarlo. Il punto principale è che non può riuscirci di per se, con la sua sola

struttura fatta di AA: ha bisogno di un altra molecola dentro di se, che faccia da centro attivo dove viene

gruppo eme.

legato l’ ossigeno Se quest’ ultimo si lega all’ emoglobina, dopo di che arriva l’ ossigeno. Se

questo complesso di tre molecole si sposta, l’ ossigeno viene rilasciato e poi si stacca il gruppo eeme (torno a

Mb da sola), allora il gruppo eme è un cofattore si lega alla proteina solo nel momento in cui essa deve

funzionare e c’ è un legame reversibile. Se invece il gruppo eme è legato saldamente alla proteina (legato

dopo a biosintesi e poi non si stacca più), è un gruppo prostetico (un cofattore con un legame irreversibile

con la proteina).

Se stiamo parlando di una proteina generica, non un’ enziama, il punto, la “tasca” dove si sistema il ligando,

sito di legame.

si chiama Se invece parliamo di un’ enziama, quando abbiamo a che fare con una reazione

sito attivo

chimica, la superficie dove va il substrato, si chiama (nel senso che ctalizzerà la reazione). In ogni

caso è dove si attacca la molecola alla proteina. A volte non c’è gruppo prospettico, non c’è cofattore, può

essere solo una “cavità” della proteina, dipende insomma dal caso che stiamo analizzando. Il sito di legame è

specifico per il ligando. Per specificità si intende che, anche se c’ è una miriade di molecole intorno alla

proteina, quest’ ultima ne legherà solo una di un tipo particolare o alcune molto simili. È come se la proteine

riuscisse a discriminare elegare solo quella che le serve effettivamente le serve. Questo avviene grazie all’

affinità molto elevata tra il sito di legame e il ligando. Questo perchè il sito di legame ha una particolare

conformazione per cui è pronto (come forma e come posizione di gruppi, per esempio, polari), ad ospitre il

ligndo che, quando arriva, si legherà a quel sito di legame formando un’ interazione elettrostatica, un legame

idrogeno, un’ interazione idrofobica. È come se ci fosse una compementarità quasi perfetta tra il sito di

legame ed il ligando che deve arrivare. Prendiamo ad esempio una proteina globulare che presenti una sorta

di ansa e, sulla superficie di quest’ ultima ci sia un residuo – ed un residuo +. Ad esmpio, un amminoacido

negativo può essere l’ acido glutammico o, ancora, l’ acido aspartico. Amminoacidi positivi sono la lisina e l’

arginina (con un gruppo guanilinico alla fine e la carica + delocalizzata sulla forbice finale). In presenza di

questi due gruppi, il ligando che andrà a formare interazioni (con affinità per tale sito) sarà uno che abbia,

complementariamente, una carica + e una carica ­, sempre nell’ ambio di questo esempio. Infatti andranno a

formarsi delle interazioni stabili, e sono proprio queste ultime che rendono alta la complementarietà tra il sito

di legame della proteina ed il ligando che arriva. Tutti i ligandi che non possono formare tali interazioni

avranno un’ affinità nettamente più bassa, o meglio si staccheranno dalla proteina in brevissimo tempo. Poi

c’è anche un problema di forma e di dimensione del sito attivo/ di legame. Immaginiamo il caso in cui

abbiamo una proteina che presenta una parte stretta e poi una cavità esterna. Se arriva il ligando, anche se ha

affinità ma è troppo grande, non passerebbe nella cavità per arrivare al sito. Quindi, per questi motivi legati

ogni proteina è altamente specifics per il proprio ligando.

alla situazione specifica, Quello che succede in

realtà è che, se ho due ligandi che sono abbastanza simili, la proteina può legarli entrambi. In una molecola

che, come nell’ esempio precedente, ha un gruppo – e uno +, a prescindere che abbiam un metile o un etile,

entramebe le molecole saranno deboli ligandi per quella proteina.

adattamento indotto.

Oltre ad avere un legame specifico, quello che si trova è l’ In passato si credeva che,

presa una proteina che, dato un sito di legame, in presenza di un ligando affine è come se avvenisse un

“incastro” quando si legano, in realtà non è così. Poichè gli oggetti di cui stiamo parlando sono in acqua,

presentano una certa dinamica. Infatti, l’ immagine statica che ci facciamo della proteina deriva dal fatto che

quelle che vediamo derivano dall’ analisi cristallografica (ai raggi – X). In realtà è sempre in movimento, e

anche il sito di legame è in movimento, fluttua nel tempo, si restringe e si dilata in continuazione. Anche la

molecola di ligando è dotata di elevata mobilità, tipicamente più alta di quella della proteina; quindi, quando

deve entrare e, apparentemente non ci entra, può, per dire, girarsi, rigirarsi e poi attaccarsi. Quindi viene

superato il modello chiave – serratura. Quando il ligando si avvicina poi, oltre alla dinamica della proteina e

del ligando, si formano delle interazioni: si verifica l’ adattamento indotto. Per cui la proteina, poichè il

ligando si sta avvicinando, subisce una modificazione della sua struttura locale, proprio perchè sta iniziando

a formare delle interazioni col ligando. Una volta che si lega, spesso la proteina cambia ulteriormente

adattamento indotto,

conformazione. Questa mutazione conformazionale si chiama ovvero la proteina

cambia forma (in maniera più o meno estesa) dopo il legame con il ligando.

Immaginiamo, come esempio, una proteina che sia fatta da due domini: un dominio globulare, un piccolo

elemento di raccordo e poi nuovamente un dominio globulare. Preso un sito di legame abbastanza aperto

(dove quindi può entrare un sacco di roba), ad un certo punto arriva il ligando vero e proprio e si lega. Cosa

succede? Magari ho sia un gruppo sulla proteina e uno sul ligando e i due possono interagire, ma non avviene

perchè la distanza è troppa. Prendiamo il caso di un’ interazione elettrostatica. La proteina, cambia la sua

conformazione e abbiamo adattamento indotto: il dominio si sposta e va a chiudersi sul ligando. Questo

avviene solo dopo che il ligando si è legato al sito di legame. A cosa serve questo? Supponiamo che la

proteina di qusto esempio abbia un sito di legame in un punto per un substrato e un altro sito di legame, in un

secondo punto, per un ulteriore substrato. Poniamo che ci sia interazione tra i due substrati: la proteina

piegandosi li lega, li porta a contatto e fa così avvenire la reazione questo è il modo con cui gli enzimi

catalizzano le reazioni: legano i substrati e li portano a reagire, fisicamente modificando la loro forma.

È anche vero l’ inverso dell’ adattamento indotto (che è quindi un cambiamento della struttura della

proteina): una volta che la proteina lega il ligando, cambia la conformazione del ligando sttesso, ponendo i

suoi gruppi (carichi, polari etc) nell’ orientazione giusta che li consenti di reagire con un altro substrato. Se

ho per esempio due molecole in soluzione che devono reagire, prima di tutto si devono incontrare. Se ho una

proteina affine a queste due molecole diverse, le sto portando in una regione confinata della soluzione sto

aumentando la probabilità che si incontrino per poter reagire. Nella teoria dello tato di transizone si parla di

“urti efficaci”: le nostre molecole devono, oltre a incontrarsi, avere l’ energia sufficiente per superare la

arriera di attivazione e, in caso contrario o un semplice urto elastico e un nulla di fatto. Gli enzimi catturano

le due molecole, cambia conformazione, le riorienta e porta i gruppi che servono per la reazione siano

orientati gli uni rispetto agli altri. Cosa che, in soluzione, poichè le molecole ruotano, si girano etc

diventerebbe più improbabile. Quindi l’ enzima:

­ aumenta prima di tutto la probabilità che le molecole si incontrino

­ le porta nell’ orientazione giusta, aumenta la probabilità che l’ urto fra le due sia efficace.

C’ è quindi un adattamento indotto, ma spesso cambia anche la conformazione del ligando. Se parliamo di

enzimi, ricordiamoci che il ligando si chiama substrato e che esso va nel sito attivo (non semplicemente un

sito di legame).

2. Emoglobina e Mioglobina

Sono i due esempi più classici che si fanno e, infatti, sono tra le molecole di cui si sa di più: sprima di tutto

ono fondamentali per al vita. In secondo luogo, pur non essendo enzimi, ci danno la scusa per sottolineare

alcuni aspetti fondamentali che sono veri per tutte le proteina ma che sono fondamentali anche per l’ attività

enzimatica. Sono le due proteine principali deputate al trasporto dell’ ossigeno nell’ organismo. L’

emoglo