Biochimica strutturale - intero corso

Aminoacidi carichi negativamente

Questi aminoacidi vengono chiamati anche aminoacidi acidi poiché le loro catene laterali, in ambiente acquoso, tendono a rilasciare ioni H+. Appartengono a questo gruppo i seguenti aminoacidi:

• Aspartato: è come l'alanina con un gruppo carbossilico (gruppo acido per le biomolecole). È un alfa aminoacido da cui si ottiene un intermedio fondamentale del ciclo di Krebs che si chiama ossalacetato (alfa chetoacido corrispondente all'aspartato). Ha 4 carboni, un gruppo amminico, un gruppo carbossilico e un idrogeno, la catena laterale è composta da un CH e un COO2.
• Glutammato: ha 5 carboni, corrisponde ad un altro intermedio fondamentale del ciclo di Krebs che si chiama alfa-chetoglutarato.

Lezione 6 – 18/03/2020

Biochimica strutturale – prof. Roberto Bresciani

Gli amminoacidi

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Gli amminoacidi sono molecole con un carbonio α, a cui sono legati un gruppo amminico basico protonato, un gruppo carbossilico acido deprotonato, un idrogeno e una catena laterale che può essere di diversa natura chimico-fisica e da cui derivano diverse classi di amminoacidi:

• alifatici non polari: glicina, alanina, valina, leucina, isoleucina, metionina
• aromatici: fenilalanina, triptofano, tirosina
• polari non carichi: serina, treonina, cisteina, prolina, asparagina, glutammina
• carichi negativamente: aspartato, glutammato
• carichi positivamente: lisina, arginina, istidina

Amminoacidi non presenti nelle proteine

Gli amminoacidi visti finora sono 20, ognuno di essi è codificato da una o più triplette nucleotidiche del DNA. Per passare dal linguaggio nucleotidico delle triplette al linguaggio amminoacidico

Per la sintesi delle proteine è necessario un traduttore: il tRNA. Il tRNA riconosce con l'anticodone le triplette dell'mRNA e ha legato a sé l'amminoacido specifico per il quale è chiamato a lavorare.

Tuttavia, in natura ci sono più di 20 amminoacidi e alcuni di essi non sono codificati da triplette nucleotidiche e non hanno tRNA. Questi amminoacidi non vanno a costituire le proteine, ma sono essenziali per alcuni processi metabolici come, ad esempio, il ciclo dell'urea.

I due amminoacidi fondamentali nel ciclo dell'urea sono:

• Ornitina: molto simile alla lisina, ha tre gruppi CH invece che quattro, entrambe hanno NH terminale. La ornitina consente di organizzare gli azoti inorganici dell'ammoniaca e dei gruppi ammonio in una molecola organica piccola, solubile e atossica chiamata urea.
• Citrullina: carbonio α, gruppo amminico, gruppo carbossilico e catena laterale. Si ottiene dall'ornitina con...

Ponti disolfuro caratterizzano alcune proteine globulari nella loro struttura terziaria. La riduzione dei gruppi disolfuro è importante per alcuni fenomeni di controllo dello stato ossidativo delle cellule. Nella via del pentoso fosfato, ad esempio, si ottiene il NADPH il quale concorre a mantenere ridotti i ponti disolfuro mediante la molecola di glutatione. Fig.4

Gli aminoacidi sono precursori di molecole biologicamente attive. La tirosina è il precursore delle ammine biogene ossia dopamina, adrenalina e noradrenalina. Il carbonio α della tirosina viene decarbossilato e mantiene il gruppo amminico. La tirosina diventa così un'ammina biogena, ovvero un'ammina con una capacità biologica importante che mantiene il gruppo amminico e, dopo alcune idrossilazioni, si trasforma in dopamina, un neurotrasmettitore. In seguito ad un'ulteriore idrossilazione la dopamina diventa noradrenalina, anche questa un messaggero importante per la regolazione del

metabolismo.Dalla noradrenalina, per metilazione, con aggiunta di un gruppo metile all'azoto amminico, si crea l'adrenalina, un ormone importante. Da un amminoacido si possono quindi ottenere diverse molecole, in questo caso dalla tirosina si ottengono le catecolamine.

Anche il triptofano è precursore di molecole importanti: il triptofano viene decarbossilato, perde il gruppo carbossilico, permane il gruppo amminico, se la catena laterale viene idrossilata si ottiene la 5-idrossitriptamina ovvero la serotonina, l'ormone del benessere o del piacere. Dall'istidina per decarbossilazione si ottiene l'istamina (). Dall'acido glutammico per decarbossilazione si ottiene il GABA, un neurotrasmettitore ()

La tirosina è importante anche per la sua presenza negli ormoni tiroidei T3 e T4 (vedi ). La tirosina, per acquisizione dello ione ioduro, dà origine al precursore dell'ormone tiroideo e, in seguito ad

Altremodificazioni delle tirosine, si ottengono gli ormoni T3 e T4, molto importanti per la regolazione del metabolismo cellulare e del metabolismo dell'individuo. La tirosina è inoltre il precursore delle melanine ovvero dei pigmenti nella cute. In seguito ad una serie di modifiche infatti si ottengono i due pigmenti: le melanine nere (ovvero quelle della cute) e le melanine rosse (vedi fig.10).

Nella patologia dell'albinismo l'enzima tirosinasi è mutato e quindi non funziona. La sintesi delle melanine non può avvenire, si ha il fenotipo albino: cute, capelli e iride chiari. A causa della mancanza della melanina gli albini sono molto sensibili alle radiazioni solari.

Conoscendo il difetto di una particolare patologia a livello biochimico si può intervenire con farmaci o con altre terapie come le enzimatico-sostitutive o quelle geniche.

Proprietà fisiche degli amminoacidi:

• La glicina è l'amminoacido più

piccolo e l’unico non chirale•

Gli amminoacidi usati nel nostro organismo sono tutti della serie L. Quelli della serie R/D vengono utilizzati da alcuni batteri•

Gli amminoacidi in generale, specialmente quelli aromatici, sono in grado di assorbire l’energia solare quando la luce ha una lunghezza d’onda di 280 nm. Questa caratteristica viene utilizzata in laboratorio per determinare la concentrazione delle proteine

Proprietà chimiche degli amminoacidi

Gli amminoacidi sono solubili in acqua. In ambiente acquoso il gruppo carbossilico ha la tendenza a liberare il proprio protone e verrà quindi indicato come COO , il gruppo amminico invece tende ad attrarre i protoni 3+ quindi sarà sempre carico positivamente e indicato con NH . Il gruppo carbossilico è più acido di quanto non sia basico il gruppo amminico, quindi il pKa degli amminoacidi è solitamente un po’ più basso di 7. Gli amminoacidi possono di conseguenza

La glicina ha un punto isoelettrico di 5.97. Il punto isoelettrico è il pH a cui si trovano i gruppi carbossilici dissociati e i gruppi amminici protonati.

Se in una soluzione di glicina vengono aggiunti dei protoni (il pH è acido), man mano questi tenderanno a legarsi al gruppo carbossilico della glicina stessa. Il gruppo carbossilico attua quindi una funzione di tampone rallentando l'acidificazione dell'ambiente. L'amminoacido risulterà quindi complessivamente carico positivamente.

Viceversa, se aggiungiamo OH alla soluzione (il pH è basico), sottraiamo protoni e il gruppo amminico si deprotona. L'amminoacido risulterà complessivamente carico negativamente, il pH si aggirerà attorno a 9.60.

Nel primo caso quindi il gruppo carbossilico neutralizza gli H aggiunti, nel secondo caso invece il gruppo amminico neutralizza gli OH.

Fig.11 Ci sono amminoacidi che possono avere più punti di dissociazione come,