Biochimica - proteine

conta 3,6 amminoacidi. Nelle gli angoli -45° a -50° nel primo caso e -60°

nel secondo caso.

proteine tutte le α-elica La conformazione ad α-elica

Nelle hanno avvolgimento destrorso. è stabilizzata

da legami idrogeno, i legami idrogeno in questione si formano tra l’atomo di idrogeno legato all’atomo di

azoto elettropositivo e l’atomo di ossigeno carbonilico elettronegativo del quarto residuo amminoacidico suc-

cessivo.

Anche se l’α-elica è la struttura più comunemente presente nelle catene polipeptidiche non sempre potrà essere

presente in quanto ci sono alcuni fattori che ne impediscono il ripiegamento. I fattori più comuni che impedi-

scono il ripiegamento ad α-elica sono:

 Il susseguirsi di amminoacidi con la stessa carica (esiste infatti una forte repulsione elettrostatica)

 La presenza di catene laterali R ingombranti

 Presenza di prolina (Pro) e glicina (Gly) in quanto:

prolina l’atomo di azoto fa parte di un anello rigido (normalmente

o −

N C

Nella può ruotare),

α

quindi ogni residuo di Pro introduce un ripiegamento destabilizzante

Nella glicina c’è un grado più elevato di flessibilità

o

Foglietto-β

La seconda unità ripetitiva all’interno delle proteine è il foglietto-β. In questa conformazione lo scheletro

e queste catene così composte si ripiegano l’una affianco all’altra

covalente è esteso con andamento a zig zag

a formare un modulo costituito da una serie di pieghettature. I legami idrogeno si formano tra segmenti adia-

le catene laterali R sono disposte all’esterno

centi alla catena polipeptidica, in maniera alternata. Le catene

adiacenti possono essere sia parallele (quindi con lo stesso ordinamento ammino-carbossi) che antiparal-

lele (quindi con orientamento ammino-carbossi opposto). I due orientamenti son più o meno simili, anche

se quello con la conformazione parallela è leggermente più corto di quello con conformazione antiparallela

(6,5Å invece che 7,0Å)

STRUTTURA TERZIARIA E QUATERNARIA

La struttura terziaria delle proteine definisce la disposizione di tutti i suoi atomi nello spazio tridimensionale

ed è determinata dalla sequenza amminoacidica.

La struttura quaternaria è l’organizzazione tridimensionale di più subunità.

PROTEINE FIBROSE

Le proteine fibrose son formate da catene polipeptidiche disposte in lunghi fasci o in foglietti, sono co-

stituite in gran parte da un unico tipo di struttura secondaria. Le proteine fibrose hanno proprietà tali da

alla struttura di cui fanno parte. L’unità di base

conferire resistenza, elasticità, forma e protezione esterna

è un semplice elemento di struttura secondaria ripetuto.

Le proteine fibrose sono insolubili in acqua per la forte presenza di residui amminoacidici idrofobici sia

all’interno che sulla superficie della proteina. Le proteine che fanno parte di questa categoria sono:

 α cheratina

 Collagene

 Fibroina

α cheratina α

Ha una struttura adatta a resistere alla tensione. Le cheratina rappresentano la quasi totalità di capelli, peli,

lana, penne, unghie, artigli, corna, zoccoli e degli strati esterni della pelle.

Appartengono alla famiglia delle proteine dei filamenti intermedi (IF).

L’elica dell’α un’α-elica α-eliche

cheratina è destrorsa e le sono organizzate in avvolgimenti avvolti (coi-

α cheratina con la stessa direzionalità si avvolgono l’una sull’altra

led coil) in pratica due catene di per

la resistenza dell’intero com-

formare un super avvolgimento. Questa organizzazione strutturale aumenta

plesso. L’andamento elicoidale α

e sinistrorso. Le cheratine sono ricche di residui idrofobici come Ala, Val,

Leu, Met, Phe.

Le proteine fibrose sono tipiche nelle proteine del muscolo, soprattutto nella miosina.

α-elica

Due filamenti di della cheratina formano un coiled coil, due coiled coil formano un protofilamento

(nel quale i due filamenti sono associati testa coda), 4 protofilamenti formano una protofibrilla o miofi-

brilla la quale struttura quaternaria è mantenuta stabile da ponti disolfuro.

Il collagene/collageno

Il collageno è una struttura simile all’α cheratina e si è evoluto per resistere alle tensioni. È presente nel

L’elica del collageno ha una struttura

tessuto come i tendini e la cartilagine. secondaria unica del tutto distinta

dall’α-elica. α-eliche

Ha giro sinistrorso (le hanno giro destrorso) e ha 3 residui amminoacidici ogni giro

α-eliche si super avvolgono le une sulle altre formando una struttura

(le ne hanno 4,3). Tre catene-α

terziaria caratteristica con avvolgimento sinistrorso. Gli amminoacidi più espressi nel collageno sono: la

per il 21%) e l’Ala (per l’11%) secondo la catena

Gly (per il 35%) la Pro e la HyPro (idrossiprolina Gly-X-

Pro oppure Gly-X-HyPro. Questa catena di amminoacidi, non solo è caratteristica per il collageno, ma ga-

rantiscono la struttura finale del collageno. α, tre molecole di collageno a loro volta for-

Una molecola di collageno è quindi formata da 3 catene-

mano una molecola di tropocollageno ed ha avvolgimento destrorso ed è unita da legami crociati per

formare la struttura quaternaria.

Se per mutazioni viene sostituito il residuo di Gly in ogni catena può causare:

 Osteogenesi imperfetta

 Sindrome di Ehlers-Danlos

La fibroina della seta

La fibroina è una proteina che è contenuta nella seta ed è prodotta da insetti e ragni. Ha una conformazione

a foglietto-β ed è ricca in Ala e Gly, questi due amminoacidi contribuiscono alla conformazione della mole-

cola. Più foglietti-β sono tenuti insieme da interazioni deboli e non da legami covalenti come invece avviene

per il collageno o per la cheratina. La struttura così formata è altamente flessibile.

PROTEINE GLOBULARI

Nelle proteine globulari i diversi segmenti si ripiegano su se stessi dando luogo ad una proteina più compatta

rispetto alle proteine fibrose. In base alla conformazione che assumerà la proteina questa potrà avere funzioni

diverse. Fanno parte delle proteine globulari: enzimi, proteine di trasporto, proteine motrici, proteine re-

golatrici ed immunoglobuline. La struttura terziaria è tipica per ogni proteina e ne determina la funzione.

Tutti i residui idrofobici che compongono la proteina globulare saranno conservati all’interno della proteina e

le interazioni non covalenti stabilizzeranno la struttura tridimensionale della proteina stessa.

Le proteine globulari sono solubili.

Le proteine globulari più piccole talvolta hanno più difficoltà a nascondere all’interno le catene idrofobiche,

tendono comunque ad assumere una conformazione sferica, ma necessitano di altri tipi di interazioni per

mantenere la struttura, ad esempio formano legami covalenti in superficie oppure ponti disolfuro.

Tra le proteine globulari più espresse ci sono:

 Miosina

 Citocromo C

 Lisozima

 Ribonucleasi

Miosina che risiede nel muscolo ed ha la funzione di legare l’ossigeno e di distri-

La miosina è una proteina globulare

buirlo all’interno del muscolo. È formata da una singola catena legata ad un gruppo ferroporfirinico (eme).

Assume una conformazione terziaria caratteristica.

DOMINI

Nelle proteine è possibile trovare delle conformazioni particolari di ripiegamenti secondari ripetuti. Que-

ste conformazioni sono chiamate: strutture supersecondarie, motivi o ripiegamenti ed appunto son definite

come organizzazioni stabili di strutture secondarie con connessioni che le uniscono.

Talvolta, proteine con più di cento residui amminoacidici possono ripiegarsi in conformazioni particolari e

stabili che si chiamano domini. Il dominio di una proteina mantiene la sua conformazione anche quando

viene separato dalla proteina a cui appartiene, quindi può essere definito come struttura indipendente. I

domini proteici sono la sede principale della funzione biologica, son stabili e sempre conservati, inoltre

possono essere la sede di interazione con determinate molecole o specifiche proteine.

α/β β-α-β.

Uno dei domini più espressi nelle proteine più grandi è il barile costituito da una serie di cappi

Le proteine sono divise in famiglie e proteine con struttura primaria simile e funzione simile fanno parte della

stessa famiglia.

Una proteina con molte subunità viene definita multimero, con poche subunità viene definita oligomero,

un multimero che presenta più subunità diverse viene definito protomero. Gli oligomeri (poche subunità)

possono avere simmetria rotazionale o elicoidale ossia la proprietà che le sue subunità possono essere sovrap-

poste mediante rotazione su uno dei suoi molti assi.

DENATURAZIONE DELLE PROTEINE

Le proteine dopo aver assunto la struttura terziaria possono essere “sciolte”, la perdita della struttura ter-

ziaria causa la perdita della funzione stessa della proteina ed è chiamata denaturazione. La denaturazione

può essere ottenuta in vari metodi:

 Alzando la temperatura

 Aggiungendo solventi o detergenti (come l’urea o l’acetone)

 Se vengono sottoposte a pH estremi

Se viene posta una proteina a temperatura sempre crescente si noterà che la proteina non si denatura pian piano

come ci si aspetterebbe, ma, raggiunta la temperatura critica cambia conformazione denaturandosi.

Quando una proteina viene denaturata non tutti i legami covalenti vengono rotti.

Ogni metodo di denaturazione ha la sua peculiarità: i solventi organici ad esempio disturbano le interazioni

idrofobiche, mentre i pH estremi cambiano la carica netta della proteina.

Rinaturazione

La denaturazione di una proteina è un processo reversibile. Se una proteina viene sottoposta ad aumento della

temperatura, a variazioni estreme di pH o messa in contatto con detergenti e poi viene riportata in condizioni

fisiologiche questa riassumerà la stessa struttura terziaria di partenza (in quanto la struttura terziaria è

determinata dalla sequenza amminoacidica). Il processo che riporta le proteine alla struttura terziaria dopo

essere state denaturate si chiama rinaturazione.

IPOTESI DI ANFINSEN

Le proteine si ripiegano assumendo una conformazione termodinamicamente più stabile. Questo farebbe pen-

sare che prima di assumere la conformazione finale la proteina provi più combinazioni di ripiegamenti prima

di assumere la conformazione finale. Se così fosse per ottenere una proteina finita ci vorrebbe molto tempo,

invece uno dei modell