Biochimica generale-alimentare

Formattazione del testo sui punti isoelettrici degli amminoacidi

▪ AMMINOACIDI CON CATENE PROTONABILI (ACIDI)

PI=(pKa1+pKa3)/2

dove pKa1 e pKa3 sono i pKa dei gruppi COOH, non si tiene conto quindi del pKa del gruppo amminico

Esempio ac. Aspartico:

pKa1=2,1 pKa2=9,8 pKa3=3,9

PI=(3,9+2,1)/2=3

▪ AMMINOACIDI CON CATENE PROTONABILI (BASICI)

PI=(pKa2+pKa3)/2

dove pKa1 e pKa3 sono i pKa dei gruppi NH , non si tiene conto quindi del pKa del gruppo acidico2

Esempio lisina:

pKa1=2,18 pKa2=8,95 pKa3=10,53

PI=(8,95+10,53)/2=9,74

Per il calcolo del punto isoelettrico di un peptide bisogna tenere conto dei pKa del gruppo amminico del primo amminoacido, del gruppo carbossilico dell'ultimo amminoacido e delle varie catene laterali che sporgono.

pka DELLE CATENE LATERALI

Asp = 3,7

Glu = 4

His = 6

Tyr = 10

Lys = 10,5

Arg = 12 7

SCAMBIO DI DISOLFURI

Trasforma un legame covalente intramolecolare (nella stessa proteina) in uno intermolecolare (in due proteine diverse). Non comporta, però una variazione del numero di -SH e -S-S

Diversi amminoacidi si trovano nelle proteine con

La loro forma modificata. Si tratta quasi sempre di modificazioni post-strutturali, ovvero avvengono dopo che la proteina è stata sintetizzata. Molte di esse sono specie specifiche, quindi hanno rilevanza anche per determinare l'origine di materiale alimentare. Per esempio l'idrossiprolina si trova solo nel collagene, quindi analizzando ad esempio dei wurstel, trovando questa proteina si deduce che sono stati preparati con anche del tessuto connettivo.

Esistono poi anche delle specie bioattive, ovvero molecole che si formano da amminoacidi liberi, sia rimuovendo gruppi funzionali sia modificandone la struttura. Per esempio la tiroxina è un ormone che regola le funzioni della tiroide.

Tiroxina ormone
Triptamina (da triptofano) vasodilatatore
Istamina neurotrasmettitore

PROTEINE

Sono polimeri informazionali costituiti da L-amminoacidi messi secondo un ordine preciso che sta nel genoma di ciascun essere vivente.

Le proteine svolgono ruoli fondamentali:

• Catalitici,

accelerano la trasformazione delle molecole

Sono coinvolte in tutti i fenomeni di trasporto

Riserva

Partecipare alla formazione di strutture, semplici a livello di cellule o più complesse a livello degli alimenti. Quasi tutto quello che mangiamo deve la sua consistenza e il suo sapore alle proteine che contiene

STRUTTURA PRIMARIA

Sono catene lineari di amminoacidi, legati tra loro tramite legame peptidico. Il legame peptidico caratterizza la struttura primaria ed è un legame covalente tra il gruppo carbossile in α del primo amminoacido e il gruppo amminico in α del secondo. Esiste, inoltre, uno specifico verso per "leggere" una catena peptidica (amminoterminale → carbossiterminale). Il legame peptidico presenta parziali caratteristiche di doppio legame grazie all'elettronegatività dell'ossigeno che costringe gli atomi che vi partecipano a stare sullo stesso piano. Il C infatti rappresenta l'unico possibile punto

di rotazione della molecola: si forma così una struttura proteica o "piastrine a snodate".

ISOELETTRICO DI UN PEPTIDE è un valore di pH legato alla totalità degli amminoacidi presenti, è dato dai gruppi αC e αN della catena ed è influenzato dal pH e dalle catene che sporgono dalla catena. Esempio: lo yogurt si produce portando le proteine al loro punto isoelettrico abbassando il pH a 5,5/6. Se il pH si abbassa ulteriormente il composto inizierà a separarsi poiché si andrà ad intaccarne l'equilibrio.

Alcune complicazioni:

• La presenza di prolina (imminoacido), causa una rigidità della catena a livello di questo amminoacido
• La struttura primaria di una proteina (sequenza) essendo codificata a livello genetico, eventuali alterazioni della codifica possono ricadere in primo piano sulla catena primaria e di conseguenza in sistemi più complessi, causando modifiche (mutazioni) che

Sono importanti dal punto di vista evolutivo, patologico e per utilizzazioni pratiche in campo alimentare. Esempio: con alcun tipi di latte non è possibile produrre il formaggio poiché non esistono le sequenze amminoacidiche che permettono la formazione di caglio.

Tali mutazioni possono essere:

• Conservative, cambia l'amminoacido, ma con uno simile che quindi conserva le caratteristiche della proteina
• Non conservative, cambia l'amminoacido, ma con uno con proprietà totalmente diverse, cambiando la natura della proteina

Le proteine non hanno sempre l'esatta sequenza scritta nel DNA e questo avviene per diversi motivi:

• Mancato processo, la cellula non ha tolto alcuni dei "cappucci di protezione" (delle aggiunte alla molecola che inserisce la cellula per proteggere i suoi prodotti)
• Modificazioni post-strutturali, modificazioni che avvengono dopo che le proteine sono state fabbricate

Esempio insulina: questa molecola nasce come un lungo

Il polipeptide è formato da quattro parti: la pre-pro-insulina è una catena ad avvolgimento casuale appena sintetizzata dai ribosomi. La sequenza leader consente alla catena di essere trasportata al pancreas dove viene preparata. È un esempio di sequenza funzionale. Una volta raggiunto il pancreas si stacca. Dopo la scissione della sequenza leader la pre-pro-insulina si piega in una conformazione più stabile e si formano i ponti disolfuro: a questo punto si ha la pro-insulina. La sequenza di connessione viene rimossa e si forma l'insulina matura.

STRUTTURA SECONDARIA

In questa struttura le catene a piastre snodate polipetidiche si avvolgono nello spazio, con questo si hanno due vantaggi:

• Le strutture, essendo più compatte, occupano meno spazio
• La particolare disposizione consente determinate funzioni

Questa struttura è stabilizzata da un solo legame ovvero quello idrogeno α-elica. Le piastrine sono adagiate sulla superficie di un cilindro.

Formando una struttura regolare stabilizzata dai legami H tra il residuo carbossilico di un amminoacido e il residuo amminico della quarta piastrina successiva. L'interno del cilindro è vuoto poiché non sono presenti legami. Tutti i gruppi R sporgono verso l'esterno come catene laterali.

Analizzando la β-lattoglobulina, presenta caratteristiche intrinseche di funzionalità, come per il fatto di avere tutte le strutture (catene laterali) idrofiliche da una parte dell'elica, mentre quelle idrofobiche si trovano dalla parte opposta. Interagisce con il solvente, mentre quella idrofobica resta verso il resto della proteina.

Esistono alcuni amminoacidi che sono incompatibili con la struttura ad α-elica:

• Prolina, non può formare strutture secondarie perché il C non può ruotare. Nelle strutture α secondarie è utilizzato solo per passare da una struttura ad un'altra.
• Amminoacidi carichi, se nella catena si hanno
amminoacidi con la stessa carica vicini, è presente la repulsione elettrostatica, le catene laterali si respingono e si destruttura la proteina. Amminoacidi con carica alternata adiacenti invece possono coesistere. Amminoacidi ramificati, Val e Ile, se vicini danno problemi di ingombro sterico. Glicina, un'α-elica troppo ricca in glicina non sta in piedi poiché le sue catene laterali formate dal solo H, formano facilmente legami H con l'acqua circostante ed essa non riesce a creare ulteriori legami H per la stabilità della struttura β-sheet. Le differenze con l'α-elica: - Le piastre amminoacidiche giacciono su dei piani che hanno delle angolazioni nei punti C α. - I legami H si formano tra regioni della sequenza che giacciono sullo stesso piano, ma che possono essere lontani nella sequenza. - I gruppi laterali sporgono sopra e sotto e riescono ad esercitare la necessaria protezione dell'acqua. Anche le strutture

β-sheet possono generare superfici anfifiliche. Esistono due tipi di β-sheet:

• Parallelo
• Antiparallelo

Quando si crea un arrangiamento antiparallelo si ha bisogno di una curva stretta, β-turn, che può essere composta da un residuo di prolina. Per un arrangiamento parallelo si ha bisogno di una curva più lunga β-loop. Le strutture β-sheet sono un buon esempio di strutture cooperative, la solidità della struttura cresce al crescere del numero delle catene che creano la struttura (creando legami H). Già la semplice acquisizione di una struttura secondaria consente alla proteina di svolgere una funzione specifica. Per esempio i β-sheet interagiscono fra loro formando una specie di barile cavo all'interno e vi intrappolano un acido grasso.

Esempio fibroina: è una proteina presente nella seta e nelle ragnatele. La struttura primaria è Ala e Gly a ripetizione, e la struttura secondaria è paracristallina. Da un

lato sporge l'Ala e dall'altro Gly; i β-sheet si impaccano in una struttura sopra-macro-molecolare. Tirando meccanicamente questa struttura fatta da incastri regolati fra β-sheet si incontra una forte resistenza. STRUTTURA TERZIARIA È stabilizzata da interazioni laterali tra elementi di struttura secondaria tramite catene laterali di amminoacidi. I legami sono: - Legami disolfuro, riescono a mantenere allineati in modo rigido elementi di struttura secondaria, i legami disolfuro sono sensibili a reazioni redox e possono andare incontro anche a reazioni di "disulfide-exchange" (disolfuro da intramolecolare a intermolecolare) - Legami idrofobici (tra catene laterali apolari), creano regioni strutturali o funzionali. Se scaldata questa proteina si apre, poiché le molecole d'acqua per agitazione termica si muovono e non riescono a rimanere ordinate, scoprendo i frammenti idrofobici (esempio coagulazione, poiché i frammenti scoperti

Uniscono diverse molecole tra loro creando coaguli). Il “core idrofobico” ovvero la parte centrale idrofobica della proteina è la parte più stabile ed importante delle proteine.

Esempio: nel caso dell’albumina serica, proteina più abbondante nel plasma sanguigno, ci sono 34 residui di cisteina che formano 17 ponti disolfuro. La loro presenza impedisce il collasso delle regioni idrofobiche allineate lungo il solco apolare nella sua struttura, che consente la sua funzione fisiologica di trasporto (trasporto ematico di acidi grassi).

Legami di coordinazione (con specie metalliche), sono rilevanti nelle cosiddette “proteine coniugate” che contengono specie ioniche o molecole diverse dagli amminoacidi; sono sensibili agli agenti chelanti (composti usati come antidoto nelle intossicazioni da metalli, sono