Biochimica e biologia molecolare delle piante

• α-elica;
• β-foglietto (foglietto pieghettato).

I primi che intuirono la presenza di una struttura secondaria furono Pauling e Corey nel 1951, i quali arrivarono a questa predizione senza avere molti esperimenti alle spalle ma utilizzando i principi chimici fondamentali.

Una struttura secondaria regolare si ha quando ogni angolo diedrico Φ e rimane invariato all'interno di un segmento. Le strutture principali sono l'α-elica e la configurazione β; abbastanza comune è anche il ripiegamento β.

Se non è possibile individuare una struttura regolare, la struttura secondaria viene definita casuale (random coil), in quel segmento il peptide non ha gli angolo Φ e ψ che hanno valori costanti, ma che variano da un punto all'altro del segmento.

α-ELICA

In questa struttura lo scheletro

Il carbonioso polipeptidico si avvolge strettamente intorno a un asse immaginario (destrorsa nelle proteine naturali) che attraversa longitudinalmente la parte centrale della spirale, mentre i gruppi R sporgono al di fuori dello scheletro elicoidale.

La struttura α-elica è stabilizzata da legami idrogeno intracatenari che avvengono tra il gruppo amminico e il gruppo carbonilico, in particolare 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.

L'alfa-elica destrorsa (senso orario) costituisce la forma più comune, mentre le alfa eliche sinistrorse (senso antiorario) estese sono meno stabili e non sono state osservate nelle proteine.

Per fare un giro completo sull'alfa-elica sono necessari 3,6 residui amminoacidici che hanno una lunghezza di 0,54 nm, quindi 0,15 nm per residuo.

I legami idrogeno tendono a

stabilizzare questa struttura ed hanno tutti la stessa direzione, cioè dal gruppo ammidico al gruppo carbonilico: dipolo N (-) – C (+). Il legame idrogeno non avviene mai tra residui adiacenti, ma tra residui che sono distanti 3 o 4 residui amminoacidici, queste interazioni stabilizzano la struttura ad alfa-elica. Non tutti i polipeptidi possono formare delle alfa-eliche stabili, la possibilità risiede nella sequenza primaria, questo perché la stabilità dell’alfa-elica viene alterata dalla repulsione o attrazione elettrostatica tra residui amminoacidici con gruppi R carichi. Ad esempio, due residui di glutammato, carichi negativamente, vicini tra loro si respingono e destabilizzano l’alfa-elica. Similarmente residui carichi positivamente come la Lisina e l’Arginina se vicini si respingono e di conseguenza destabilizzano la struttura dell’alfa-elica. L’interazione tra catene laterali, spaziate da 3 o 4 residui amminoacidici,

può favorire la formazione dell'alfa-elica. Infatti, nelle alfa-eliche spesso residui carichi negativamente sono distanziati da 3 o 4 amminoacidi carichi positivamente, proprio perché la loro interazione elettrostatica stabilizza la struttura.

a) Modello a palle e bastoncini, che mette in evidenza i legami idrogeno intracatena;

b) L'alfa-elica vista dall'alto, si notino le posizioni dei gruppi R, rappresentati da sfere viola;

c) Il modello spaziale, che mostra gli atomi al centro dell'alfa-elica in stretto contatto tra di loro;

d) Proiezione a ruota dell'alfa-elica, in giallo gli amminoacidi alifatici, amminoacidi con carica negativa in rosso, amminoacidi con carica positiva in blu.

Se due residui amminoacidici con carica opposta si trovano distanziati di 3 o 4 residui, possono interagire elettrostaticamente e favorire la formazione dell'alfa-elica.

STABILITÀ DELL'ALFA-ELICA

La sequenza amminoacidica influenza, quindi, la formazione dell'alfa-elica.

Ciascun residuo amminoacidico in un polipeptide ha un'intrinseca tendenza a formare un'alfa-elica. L'Alanina in generale è l'amminoacido che tende più degli altri a formare alfa eliche in modelli sperimentali. La tendenza degli amminoacidi ad assumere la conformazione in alfa-eliche è data da un valore chiamato ΔΔG che corrisponde alla differenza di energia libera, relativa a quella dell'Alanina, necessaria ai residui amminoacidici per assumere una conformazione ad alfa-elica. Numeri elevati corrispondono a una maggiore difficoltà ad assumere la configurazione ad alfa-elica.

Un altro amminoacido è l'Arginina con un valore pari a 0,3, prossimo allo zero. Due amminoacidi con valori elevati sono la Glicina e la Prolina.

DESTABILIZZAZIONE DELL'ALFA-ELICA

Le catene laterali possono destabilizzare l'alfa-elica. In particolare, gli amminoacidi con gruppi R polari non carichi, come l'Asparagina, la Serina,