Biochimica - parte 1 di 2

STRUTTURA QUATERNARIA

Associazione di piu subunità che genera proteine oligomeriche, omo- con

legame peptidico

subunità uguali o etero- con subunità differenti. Tranne il e i

ponti disolfuro, tutte le interazioni sono di natura idrofobica e quindi non

covalenti, comprese quelle che danno la struttura quaternaria. Spesso la

formazione della struttura quaternaria determina la formazione di un sito attivo

Le proteine che interagiscono con

nel punto di contatto tra le varie subunità.

il loro ligando modificano la loro struttura attraverso i turn.

Esempi di proteina oligomerica sono le emoglobine, mentre un complesso

macromolecolare è il ribosoma.

Le proteine possono denaturare essendo ricche di legami deboli. Essem in base

alla loro composizione e quindi alle loro proprietà, hanno ognuna una determinata

il valore di temperatura

temperatura di denaturazione (Tm ) che rappresenta

50

in cui il 50% delle proteine prese in esame sono denaturate . La temperatura

media di denaturazione di tutte le proteine del corpo umano va dai 50° ai 70°

celsius, ovviamente le proteine che denaturano sotto i 37°(temperatura media del

corpo) non sono compatibili col nostro modello.

sodiododecilsolfato

Il è un agente in grado di denaturare con la sua carica

negativa le proteine superficiali sostituendosi all’acqua ed è presente nei

l’urea

detergenti. Anche è un agente denaturante con tre cariche negative.

Per quanto riguarda le proteine dei batteri termofili, esse possono lavorare vicino

a temperature elevate grazie alla loro posizione spaziale. Queste proteine solo

utili nella PCR.

PARADIGMA DI ANFINSEN: valida per la maggior parte delle proteine, tranne

che per quella particolare classe di proteine che non contiene strutture secondarie

(proteine con disordine intrinseco), che si adattano a substrato con cui

interagiscono.

Anfinsen ha degradato una ribonucleasi (degrada l’RNA) e l’ha inserita in un

agente caotropico (Urea). Togliendo gli agenti denaturanti (tramite dialisi, tubi

di cellulosa con fori che permette l’uscita sostanze molto piccole) la proteina

rigenerò la sua struttura originale, ripristinando la sua funzione.

possiede maggiore entropia minore energia

Una proteina unfoldata e rispetto a

quella condensata che è ricca d’interazioni non covalenti. Però questa differenza

la proteina deve essere plastica per adattarsi ai

di energia non è grande poiché

cambiamenti. Quindi la motivazione del passaggio da proteina unfoldata a

condensata è l’acqua che solvata, durante la produzione, la proteina che tende a

ordinarsi diminuendo la propria entropia, aumentando però quella del solvente,

quindi dell’acqua, che in origine ha un’entropia bassissima.

Una proteina ci impiega un tempo stimato nell’ordine dei millisecondi a eseguire

il folding.

Inizialmente si ha il collasso idrofobico che permette la formazione del primo

nucleo strutturato, molten globule. Si formano vari nuclei che si condenseranno

in struttura terziaria e, nel caso di una proteina oligomerica in struttura

quaternaria. La struttura finale avrà la minore energia possibile.

Paradosso di Levinthal

L’esplorazione casuale di tutte le possibili conformazioni fino a raggiungere quella

corretta non è una via percorribile. Il modello che può spiegare il ripiegamento è

quello del molten globule cioè la formazione di domini precisi durante la

sintesi. La teoria di Levinthal, nota come “imbuto di ripiegamento”, indica che

una proteina unfoldata parte da una situazione di alta entropia ed energia

causata dalle molte conformazioni possibili. Man mano che la proteina si

condensa e si formano i molten globule, le conformazioni disponibili diminuiscono

e si abbassano anche entropia ed energia.

Chaperonine

Il folding spesso può essere assistito da una particolare classe di proteine

chiamate chaperoni molecolari. Tali proteine legano catene polipeptidiche non

ripiegate o solo parzialmente ripiegate, allo scopo di prevenire l’associazione non

corretta di segmenti idrofobi esposti che potrebbero condurre a ripiegamento non

nativo, oppure ad aggregazione e precipitazioni dei polipeptidi. Questo processo è

particolarmente rilevante nel caso delle proteine multidominio e moltisubunità, le

cui componenti devono essere ripiegate del tutto prima di potersi associare in

maniera corretta l’una con l’altra. I chaperoni molecolari agiscono anche sulle

proteine ripiegate in modo errato, inducendo il riavvolgimento nelle loro

conformazioni native. Le chaperonine presentano una struttura a imbuto

attraverso la quale passa il polipeptide unfoldato come per esempio Gro-EL in E.

coli.

Una chaperonina molto nota è l’heat shock protein 70 o semplicemente Hsp70

(70 indica il peso molecolare). Tale proteina, consumando molta ATP, coadiuva il

processo di folding, aiutato dalla repulsione idrofoba, e riconoscendo aree di

natura lipofila e il indirizzandole all’interno della struttura.

Un altro esempio di chaperonine è rappresentato da GroES e GroEL, essenziali

per la sopravvivenza del batterio E. coli. Queste proteine si presentano con una

forma a cilindro cavo, poroso, a parete spessa e con un diametro interno di 45 Å.

Nel canale centrale le proteine parzialmente ripiegate si avvolgono nelle loro

strutture native.

Disordine intrinseco

Il disordine intrinseco delle proteine è rappresentato da domini, in genere una

quarantina di amminoacidi, non strutturati e ciò si riconduce a un vantaggio

poiché tali proteine possono assumere delle strutture secondo i casi e dell’utilità e

quindi sono piu adattabili. Volendo classificare le proteine secondo il disordine

intrinseco che possiedono, sono state individuate circa trenta funzioni: ad

esempio proteine che interagiscono con acidi nucleici o proteine che richiedono

attivazione (tipo i siti per la fosforilazione sono a disordine intrinseco). Tali

proteine possono esistere o collassate (con strutture pre-molten globule, cioè

struttura in equilibrio tra struttura secondaria e terziaria ) o nella forma estesa

(senza struttura ben definita, con un ottimo grado di movimento). Le chaperonine

e le proteine di segnale sono un ottimo esempio di proteine che possiedono

disordine intrinseco, data la loro necessità di adattamento ai vari substrati. La

principale funzione dei domini non strutturati è quella d’interazione (con altre

proteine, membrane, etc...). Nonostante siano strutture transienti, esiste sempre

una specificità dovuto a un fenomeno di colocalizzazione, cioè la presenza di

determinate proteine in vicinanza dei substrati, e di polimerizzazione, la

formazione di un polimero con il proprio substrato grazie a domini adiacenti al

dominio con disordine intrinseco che provocano un folding indotto.

Attualmente la ricerca biochimica si concentra sullo studio struttura -> funzione e

quindi, da un punto di vista farmaceutico, i vari target delle proteine utili.

PROTEINE FIBROSE E GLOBULARI

Esistono proteine che possono essere formate esclusivamente da α-eliche o β-

foglietti.

Le proteine globulari sono molto compatte e ricche di α-eliche, solubili in acqua

se in ambiente acquoso e solubili in lipidi se si presentano sulla membrana. Inoltre

sono ricche di loop che migliorano l’impaccamento. La struttura quaternaria è

formata da legami deboli e hanno dei ruoli funzionali.

Le proteine di natura fibrosa sono allungate e resistenti, insolubili in acqua o in

ambiente lipidico. Il collageno presenta strutture secondarie particolari, ma in

generale queste proteine sono composte esclusivamente da β-foglietti o α-eliche.

La struttura quaternaria normalmente è molto forte formata da legami covalenti

(ponti disolfuro con la cisteina oppure con modificazioni post-traduzionali sono

permesse altre tipologie di legami). Hanno funzione strutturale.

Cheratina: solo α-eliche.

Fibroina: solo β-foglietti.

Collageno: struttura a se stante.

Elastina: analoga al collageno.

CHERATINA (alfa-cheratina)

È un polimero di struttura α-elica presente nei mammiferi

(capelli, unghie e pelle). La parte polimerica è un’alfa-elica

destrorsa con super avvolgimenti sinistrorsi. Ha una

funzione protettiva.

Principalmente è formata da amminoacidici natura

fenilalanina, isoleucina, valina, metionina

idrofobica e

alanina che sono esposti esteriormente.

È formata da due monomeri di α-elica destrorsi che si

avvolgono tra loro in modo sinistrorso (altrimenti

annullerebbero l’avvolgimento). Possiede una testa

globulare che permetterà un’interazione testa-coda che

costruirà i filamenti di alfa-cheratina (proto fibrille). ponti

La cheratina è ricca di cisteina che generano molti

disolfuro, stabilizzando così la struttura della cheratina. I

ponti disolfuro stabiliscono per esempio se un capello sarà

liscio o riccio.

FIBROINA È un polimero composto solamente di β-

foglietti, prodotta dal baco da seta. Ha

una struttura primaria particolare e

ripetuta piu volte. Importanti sono i siti di

serina e alanina che possiedono catene

laterali piccole, idrofobiche e polari che

permettono di interagire tra le strutture

a foglietto beta. Queste regioni sono interrotte da valina e tirosina che

permettono così elasticità del tessuto.

COLLAGENO

Una delle proteine più abbondanti nel corpo umano. Presenta una struttura

secondaria specifica a tripla elica sinistrorsa (Elica del collageno, ricca di

glicina e prolina non

compatibili con una

normale alfa-elica) che

presenta una propria

grafico di

posizione nel

Ramachandran. Anche

il collageno come la

cheratina presenta

ripetizioni periodiche.

Come caratteristiche

principali presenta

contemporaneamente

grande elasticità e

grande resistenza.

Riassumendo la

struttura della tripla

elica è possibile

trovare ogni 3 residui

una glicina che indica

il crossover delle

eliche, prolina e idrossiprolina sono importanti per stabilizzare con legami

idrogeno la catena, le fibrille di collageno sono a loro volta stabilizzate da legami

covalenti tra le lisine, che hanno catene laterali tra le piu lunghe e infatti è

presente nei siti attivi perché permette un aggancio (tipo ponte).

a modificazioni della lisina

Il legame covalente del collageno è dovuto che

fornisce sedi per legami covalenti tra piu unità di tropocollageno (subunità,

il gruppo

struttura terziaria molto resistente) donando flessibilità. Infatti,

amminico della lisina è ossidato in aldeide che reagirà con una lisina