Biochimica generale - Appunti

PROTEINE:

le proteine sono caratterizzate da una specifica sequenza di aa che dipende dalle

informazioni genetiche. Due proteine possono anche avere la stessa composizione

amminoacidica ma i vari aa saranno disposti con una diversa sequenza gli uni rispetto

agli altri, ovvero i vari legami peptidici lineari saranno diversi. La struttura primaria è

la struttura lineare della proteina, ovvero è la sequenza amminoacidica. Il legame

peptidico è un legame che risulta essere caratterizzato da una struttura pressochè

lineare e la rotazione attorno a questo legame è pressoche impossibile. La rigidità del

legame peptidico risulta essere dovuta al fatto che il carbonio carbossilico che si lega

al gruppo amminico con eliminazione di una molecola di acqua, può andare incontro

alla tautomeria che comporta il formarsi di un doppio legame C=N e questo comporta

appunto un aumento della rigidità del legame e quindi la impossibilità di rotazione

attorno a questo. Questo tipo di legame risulta essere abbastanza stabile in condizioni

denaturanti alcaline, alte T, detergenti che normalmente invece sono in grado di

andare a rompere la struttura 3D della proteina, infatti i legami non covalenti sono

molto più semplici da rompere rispetto a quelli covalenti che invece sono molto più

stabili. Il legame peptidico, che è covalente, può essere rotto da degli enzimi che sono

conosciuti come PROTEASI o PEPTIDASI, oppure da una esposizione a lungo termine in

presenza di acidi forti, basi forti oppure temperature alte. La rigidità del legame

peptidico fa si che la catena amminoacidica assuma una struttura secondaria che può

essere:

- Alfa elica

- Beta pieghettata (beta sheet)

- Random (alfa+beta).

La struttura secondaria dipende dalla sequenza degli amminoacidi in brevi tratti della

catena. La struttura terziaria invece dipende dalla disposizione spaziale della intera

catena peptidica, per quanto riguarda la quaternaria invece dipende dalla associazione

di due o più catene. La struttura quaternaria in alcuni casi è di fondamentale

importanza per permettere il corretto funzionamento di un determinato tipo di

proteina, come accade per esempio nel caso della emoglobina.

STRUTTURA PRIMARIAderiva dalle informazioni presenti nel mRNA che va a

determinare la sequenza di aa e deriva dalle info presenti nei geni. Le proteine

possono non essere funzionali subito, ma dover subire una serie di modificazioni dopo

la loro sintesi. Per esempio le proteine possono andare incontro ad una serie di

reazioni di glicosilazione che porta alla sintesi di glicoproteine e la glicosilazione è una

reazione che avviene in corrispondenza di aa quali: serina e treonina e si parla in

questo caso di O glicosidazione poiché avviene in corrispondenza degli atomi di

ossigeno. La N glicosilazione invece avviene per aa quali la asparagina. Alle proteine

possono essere poi aggiunti degli amminoacidi meristici o derivati prenilici (geraniolo o

farnesolo) che vanno a legarsi in corrispondenza del gruppo tiolico della cisteina. Nelle

glicoproteine la componente non proteica è glucidica; nelle nucleoproteine la

componente non proteica è un nucleoside; nelle flavoproteine è invece il FAD; nelle

metallo proteine, oltre alla componente proteica si ha la presenza di un catione

metallico. In alcuni casi le proteine per poter svolger la loro funzionalità devono essere

coniugate con delle altre funzioni chimiche. Le varie proteine poi possono svolgere

diverse funzioni:

- Fungere da catalizzatorifungono perciò da enzimi;

- Trasportatori di molecoleemoglobina trasporta l’O2, celluloplasmina trasporta il

Cu++;

- Funzione strutturale: collagene

- Funzione di difesa anticorpi

- Funzione motoriala actina, miosina e tubulina vanno a costituire il

citoscheletro.

- Deposito di sostanzeferritina serve per l’accumulo di ferro.

- Funzione regolatoriaregolano i vari processi cellulari.

Il corretto funzionamento di una proteina, oltre a dipendere dalla sequenza primaria,

dipende anche dalla struttura 3D che questa va ad assumere. Se una proteina assume

una conformazione sbagliata, non è detto che riesca a svolgere la propria funzionalità

in modo corretto.

Per esempio nella anemia falciforme si ha l’alterazione di un aa a livello della catena

della emoglobina e così si ha una alterazione della funzionalità di tale proteina, infatti

tale alterazione provoca una modificazione della forma della emoglobina quando

questa è dissociata dall’ossigeno e tale modificazione della conformazione può portare

alla formazione di tetrameri di emoglobina che a livello periferico possono portare a

delle occlusioni dei vasi che portano a dolori lancinanti.

La struttura in 3D di una proteina deve essere assunta rispettando 5 requisiti:

1) Si deve ripiegare cosìda andare a creare un sito di legame specifico per una

molecola o per un insieme di molecole che risultino essere tra loro omologhe.

2) La struttura deve essere rigida e flessibile. Ovvero la proteina deve essere

sufficentemente rigida nel riconoscimento di una determinata classe di

molecole, ma contemporaneamente flessibile per meglio adattarsi alla molecola

che deve andare a legare.

3) La proteina deve essere stabile, cioè deve avere la minima tendenza ad

assumere ripiegamenti che non la fanno intergire con il substrato.

4) La superficie esterna deve essere adatta all’ambiente in cui si trova la proteina.

Se l’ambiente esterno è acquoso, esternamente la proteina mostrerà aa che

possano interagire con l’acqua.

5) Deve essere facilmente degradabile quando viene danneggiata o quando non

serve più all’organismo.

Nella struttura primaria abbiamo detto che il legame peptidico è un legame rigido

attorno al quale non si ha libera rotazione e che è abbastanza stabile. Gli altri legami

covalenti presenti nei vari aa (ovvero tutti i legami covalenti diversi da quello

peptidico) sono dei legami che formano degli angoli phi e psi e attorno a questi si ha

un maggior grado di rotazione. Si potranno perciò avere delle diverse conformazioni

con diverse stabilità. La stabilità dipende da come si dispongono le nuvole elettroniche

dei vari atomi, se queste entrano in collisione fra loro allora si avrà una minore

stabilità dell’intera struttura. Ramachandran ha studiato le disposizioni di brevi catene

polipeptidiche al variare degli angoli psi e phi, e in base a tali angoli si avranno diverse

strutture secondarie quali la elica destrorsa. Egli notò che se un angolo è -45° e l’altro

-30° allora in questo caso si ha una elica destrorsa. La struttura secondaria di un

breve tratto di catena polipeptidica dipende perciò dai legami all’interno dei vari aa e

al variare delle loro angolazioni. Gli angoli saranno perciò influenzati dal tipo di aa e

dal tipo di catene laterali che questo ha, perche al variare del tipo di catena si avrà un

ingombro sterico diverso, e perciò diverse disposizioni dei vari legami, per fare in

modo di andare a minimizzare le repulsioni.

STRUTTURE SECONDARIE REGOLARI:

- Alfa elica: quando i residui di aa si avvolgono con senso destrorso attorno ad un

asse immaginario longitudinale. Ogni giro di elica contiene dai 3 ai 6 residui

amminoacilici ed ogni giro misura circa 5,4 angstrong ed è molto stabile quando

gli angoli hanno le misure di: phy: -60° e psi: -45°. A livello di intracatena si

vengono a formare dei legami di tipo H e si vengono a formare tra l’ossigeno del

carbonio del legame peptidico e l’H che invece è legato all’azoto che partecipa

al legame peptidico ma di un aa che si trova a 3 residui amminoacili distante

dall’O. le catene laterali sporgono dai vari residui amminoacilici all’esterno della

catena. La alfa elica è stabilizzata quando gli amminoacidi che sono contenuti

non sono carichi oppure quando gli aa non hanno catene R ingombranti. Se gli

aa sono carichi dello stesso segno si respingono destabilizzando la catena, se

invece hanno catene R ingombranti si scontrano. Ci sono poi alcuni aa che

tendono ad interrompere l’alfa elica. Per esempio la prolina. Questo è un

imminoacido in cui si ha che l’azoto è all’interno di un ciclo. Per questo motivo,

l’azoto non può andare a formare il legame H e perciò interrompe l’alfa elica. Lo

stesso vale anche per gli aa posttraduzionali quali l’idrossiprolina, anche questi

non sono in grado di andare a formare il legame idrogeno e per questo motivo

comportano un blocco della struttura secondaria ad alfa elica.

- Beta sheet: foglietto pieghettato: i residui di aa formano una simil elica ma che

visivamente ha un aspetto pieghettato a zig zag e può essere parallelo

antiparallelo e nelle rappresentazioni si usano delle frecce che ne indicano la

direzione. In ogni piega del foglietto beta si ha un legame peptidico e più

strutture secondarie possono sovrapporsi fra loro e andare a stabilizzarsi grazie

alla presenza di legami idrogeno che si formano tra l’azoto e l’ossigeno di due

catene fra loro sovrapposte. Le catene possono essere fra loro parallele o

antiparallele, e ogni catena ha una estremità amminica e una carbossilica, e

perciò hanno una determinata direzione. Quando hanno direzioni opposte si

parla di antiparallele.

Nelle antiparallele i legemi H che le stabilizzano sono perrpendicolari, cioè non

hanno delle angolature, sono perciò molto piu compatte le catene e la loro

distanza è di circa 3.25 angostrong.

Nelle parallele invece i legami H sono lievemente angolati e le catene si

distanziano di circa 3.47 angstrong.

Si nota che in entrambi i casi si hanno i legami H che portano alla

stabilizzazione e poi si nota che le catene laterali degli aa che costituiscono le

catene si trovano sopra o sotto il piano del foglietto pieghettato. Ci sono degli

aa con R poco ingombranti che permettono in questo modo un migliore

impacchettamento, qualora invece si abbiano degli aa carichi si ha una

destabilizzazione del foglietto beta a causa della repulsione delle varie cariche.

Il fatto che una proteina sia caratterizzata da una struttura secondaria e non dall’altra

dipende dal tipo di catene R presenti negli aa che la costituiscono e i legami che si

vengono ad instaurare sono dei legami di tipo non covalente e sono dei legami H che

sono deboli se presi singolarmente, ma complessivamente stabilizzano molto la

struttura proteica.

STRUTTURE SECONDARIE IRREGOLARI:

ci sono delle regioni delle catene che interrompono una determinata struttura

secondaria per iniziare una diversa struttura secondaria.

- Giro beta: quando c’e la prolina (che porta ad una interruzione della catena alfa

perche è un imminoacido), quando c&rsqu