Esame di Biochimica (parte1)

Biochimica

• Ripassare chimica e chimica organica

Proteine - Capitolo 3-4-5

La struttura di una proteina dipende dalla sequenza degli aa, mentre la funzione di una proteina dipen dalla sua stessa struttura. Le forze piu importanti che stabilizzano la struttura di una detta proteina sono interazioni non covalenti.

Proteina NATIVA = si definisce cosi una proteina che si trova in uno dei suoi stati confezione zonali funzionali.

Le interazioni che permettono la stabilizzazione della conformazione nativa comprendono i ponti disolfuro e le interazioni deboli: non covalenti. In realtà molte proteine non fanno ponti disolfuro poiché l'ambiente all'interno delle cellule è altamente riducente. Al contrario l'ambiente al di fuori della cellula è ossidante.

La differenza di energia libera tra gli stati avvolto e non avvolto è minima alla zona

Nella catena lineare gli atomi sono sullo stesso piano. L'ossigeno del gruppo carbonilico è in trans rispetto all'idrogeno legato Cu C

Biochimica

• Ripassare chimica e chimica organica

Proteine - Capitolo 3-4-5

La struttura di una proteina dipende dalla sequenza degli aa, mentre la funzione di una proteina dipende dalla sua stessa struttura. Le forze più importanti che stabilizzano la struttura di una data proteina sono interazioni non covalenti.

Proteina nativa = si definisce così una proteina che si trova in uno dei suoi stati conformazionali funzionali.

Le interazioni che permettono la stabilizzazione della conformazione nativa comprendono i ponti disolfuro e le interazioni deboli: non covalenti. In realtà molte proteine non hanno ponti disolfuro perché l'ambiente all'interno delle cellule è altamente riducente. Al contrario l'ambiente al di fuori della cellula è ossidante.

La differenza di energia libera tra gli stati avvolto e non avvolto è minima alla stessa.

Nella catena lineare gli atomi sono sullo stesso piano. L'ossigeno del gruppo carbonilico è in trans rispetto all'idrogeno legato all'atto ammidico.

È permessa la rotazione tra i legami N - C_α e C_α - C. Da conformazione del peptide è definita da 3 angoli diedrici o angoli di torsione:

• Φ = tra C_n e N. Tecnicamente possono assumere valori tra -180° e +180°.
• Ψ = tra C_α e C.
• ω = descrive il legame peptidico stesso.

I valori permessi per gli angoli Φ e Ψ sono riportati nel Grafico di Ramachandran.

Strutture secondarie

È regolare quando ogni angolo Φ e Ψ rimane invariato all'interno di un segmento. Sono poche le strutture di questo tipo: α - elica, configurazione β e ripiegamento β.

Se non si può riconoscere un andamento regolare, si parla di random coil.

Struttura Terziaria e Quaternaria

Molte proteine possono essere divise in:

• proteine fibrose: catene disposte in lunghi fasci o in foglietti. Determinano resistenza, fermezza e protezione esterna.
• proteine globulari: catene ripiegate e assumono forma globulare o sferiche. Sono enzimi e proteine regolatrici.

Collagene

• resiste alle tensioni
• tendine, cartilagine, matrice organica delle ossa e cornea dell'occhio
• struttura sistematosa e ha 3 residui amminoacidi per giro.
• È un coiled coil ma con una caratteristica: struttura 3₁ ed ha 3 catene separate, delle catene α, (non sono α eliche!) che sono superavvolte le une sulle altre
• Il superavvolgimento è destrogiro.
• In esso sono scarsi gli aa utili all'uomo.
• Unità ripetuta di α: Gly - X - Y dove X è spesso Pro e Y 4 - Hyp, X e Y consentono lo stretto avvolgimento mentre Gly si adatta bene nei punti in cui le catene sono ravvicinate.
• Vedi ossidazione prolina

Mioglobina

• proteina globulare, muscolare, relativamente piccola.
• lega l'ossigeno (O₂), ne facilita la diffusione nei muscoli in contrazione.
• 153 aa
• presenta una protofotoporfirina o gruppo eme.
• tutti i legami peptidici sono in configurazione trans.

Motivo o Ripiegamento o Struttura Supersecondaria = è formato da un avvolgimento polipeptidico caratteristico percui ben riconoscibile, costituito da due, o più, elementi di struttura secondaria e dagli elementi di connessione tra di essi.

• Ansa β : α – β
• Barile β : β – α

Domino = è una parte di una catena polipeptidica di per sé stabile che potrebbe comportarsi come un'entità indipendente dal resto della proteina.

Famiglia di proteine = vi fanno parte quelle proteine che hanno somiglianze significative nella struttura primaria e/o con struttura 3^a e funzione simili.

Si notano evidenti correlazioni evolutive.

Superfamiglia = quando due o piú famiglie con poche analogie di sequenza fanno uso dello stesso motivo strutturale.

Multimero = proteina costituita da più subunità:- oligomero = se formato da poche subunità.- polimero = unità strutturale ripetitiva o gruppo di subunità ripetitive.

Proteostasi = è il continuo mantenimento di un insieme di proteine cellulari alline necessarie in determinate condizioni.

Denaturazione = perdita della struttura (tridimensionale sufficiente a determinare la) perdita di funzione.

Ligando = molecola unita reversiblemente a una proteina. Può essere un qualunque tipo di molecola (anche una proteina). Esso si lega in un sito detto SITO DI LEGAME, l'interazione è specifica. Spesso il legame è associato a una modifi-cazione conformazionale della proteina. Tale processo si chiama adattamento indotto.

Gruppo eme = è formato da una struttura organica complessa ad anello chiamata PROTOPORFIRINA a cui è legato un atomo di ferro allo stato di ossidazione ferroso (Fe²⁺). Il ferro ha sei legami di coordinazione di cui 4 sono legati ad atomi di azoto dell'anello organico, i due legami rimanenti sono al piano della protoporfirina. Nota bene: il legame con l’azoto impedisce il passaggio allo stato ferrico Fe³⁺ che non è in grado di legare l’O₂. Quando si lega una proteina uno dei 2 legami di coordinazione si impegna con L’atomo di azoto di un residuo di Istidina. Quello rimasto libero: si può legare con O₂, CO e NO. Se si lega l’CO l’O₂ non si può più legare.

Famiglia delle GLOBINE:

• gruppo vasto di proteine con struttura 1^rio e 3^rio simili.
• Mioglobina - è una globina monomerica che favorisce la diffusione dell' O₂ nel tessuto muscolare.
• È formata da 8 segmenti ad alfa-elica che vengono indicati con lettere dalla A alla H.

Esempio di reazione

P + L ⇋ PL

All'equilibrio

K_a = ^k_a/_kd = costanti di velocità

costante di associazione = è una misura dell'affinità del ligando L per la proteina P.

più è elevato più l'affinità è alta La sua unità di misura è M^-1.

Nel caso in cui il ligando sia l'O₂ si ha:

θ = ^[O₂]/_{[O2] + Kd} dove K_d è la costante di dissociazione

θ è la frazione di siti di legame occupati.

ma poiché K_d = [O₂]_0.5 si ha:

θ = ^[O₂]/_{[O2] + [O2]0.5}

con i gas di solito si usa la pressione parziale:

θ = ^pO₂/_{pO2 + pSO}

...la mioglobina, è relativamente insensibile a piccole variazioni dell'₂ disciolto e quindi funziona bene come serbatoio di immagazzinamento di questo gas.

• Emoglobina: forma quasi sferica, è tetramerica e contiene un gruppo eme in ogni tetramero.
  • 2 catene α di 141 residui ciascuna
  • 2 catene β di 146 residui ciascuna

Esistono 2 diverse conformazioni dell'emoglobina: lo stato R e lo stato T. Entrambi legano l'₂ ma lo stato R ha una maggiore affinità verso di esso. Viceversa lo stato T sembra essere prevalente della deossiemoglobina, esso poi quando lega l'₂ cambia e diviene R. Tale transazione non cambia la struttura delle singole subunità: ma sono i 2 monomeri αβ e αβ che ruotano restringendo così la tasca tra le 2 β. In particolare il eme, che prima aveva una conformazione a cupola e il Fe tende a protendere dal fatto della His prossimale, diviene più planare proprio a seguito del legame con l'₂.

La curva di legame con l'₂ ha un andamento sigmoide.

Il legame dell'₂ con una delle subunità modifica l'affinità delle altre.

Proteina allosterica: proteina in cui il legame di un ligando a un sito modifica le proprieta' di un altro sito della stessa proteina.

Interazione omotropica: quando il ligando e' anche modulatore.

Interazione eterotropica: il modulatore e' una molecola diversa dal ligando.

Nota Bene: una curva sigmoide e' indice di un legame cooperativo.

Descrizione quantitativa del legame cooperativo:

per una proteina con n siti di legame

P + n L ⇌ PL_n

K_d = [PL_n] / [P] [L]ⁿ

θ = [L]ⁿ / [L]ⁿ + K_d

Risolvendo e applicando log

^θ⁄ _{1 - θ} = [L]ⁿ / K_d

log ^θ⁄ _{1 - θ} = n log[L] - n log K_d Eq di Hill

Leggenda grafico:

^{Emoglobina alta affinità:}

_{NH = 1}

^{Emoglobina bassa affinità:}

_{NH = 3}

_{log θ⁄(1-θ)}

_{log Po2}

N_H = indica la pendenza in un grafico di Hill ed è una misura del grado di cooperatività.Se N_H = 1 il legame non è cooperativo (ad es. esempio in una proteina multimerica in cui le subunità non comunicano tra di loro).Se N_H > 1 si ha cooperatività.Se N_H < 1 si ha cooperatività negativa in cui il legame del ligando impedisce il legame di altre.

Il legame cooperativo può essere descritto da 2 modelli:

1. Modello CONCERTATO di Monodle subunità sono funzionalmente identiche, ogni subunità può esistere in (almeno) due conformazioni.Tutte le subunità vanno incontro simultaneamente a una transizione da una conformazione all'altra (quindi non esistono subunità in 2 stati diversi).

2. Modello SEQUENZIALE di Koshlandil legame induce un cambiamento conformazionale in una sola subunità, che a sua volta induce una variazione simile in quella adiacente, rendendo più probabile il legame di un secondo molecola di ligando.ci sono più stati intermedi rispetto al modello concertato.

Effetto Bohr = riguarda l'effetto del pH e della [CO₂] sul legame e sul rilascio dell'O₂ dall'emoglobina:

• Periferia = pH relativamente basso e [CO₂] alta. L'affinità per O₂ diminuisce ed esso viene rilasciato
• Polmoni = pH si alza, [CO₂] viene eliminata. Aumenta l'affinità per l'O₂.

HHb⁺ + O₂ ↔ HbO₂ + H⁺

H⁺ e O₂ si legano a siti diversi.

Il principale contributo dell'effetto Bohr è dato dall'His 146 della subunità β.

legame della CO₂

Gli H⁺ rilasciati contribuiscono a formare l'effetto Bohr.

I carbammati che si formano sull'emoglobina generano ponti salini che stabilizzano lo stato T.

Un'altra molecola che interagisce in questi processi: il BPG. Esso è presente in [ ] elevata negli eritrociti, riduce l'affinità dell'emoglobina per l'O₂.

HbBPG + O₂ ↔ HbO₂ + BPG

Enzimi

Cofattori = componenti chimici addizionali di cui hanno bisogno alcuni enzimi.

Possono essere inorganici come Fe²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺, Zn²⁺ oppure organiche o metalloorganiche che prendono il nome di coenzimi.

Gruppo prostetico: è un coenzima o uno ione metallico legato cabalenteamente alla proteina enzimatica.

Oloenzima = è un enzima cataliticamente attivo con tutti i suoi coenzimi o ioni metallici.

Apoenzima o apoproteina = è la parte proteica di un enzima.

Classificazione: ogni enzima ha un numero di 4 cifre e un nome sistematico che l'identifica.

Ne operiamo classificate.

Sito attivo = Tasca dell'enzima in cui avviene la reazione.

La funzione di un catalizzatore è quella di aumentare la velocità di reazione.

Un catalizzatore aumenta la velocità di una reazione abbassando l'energia di attivazione.

Intermedio di reazione: è una qualunque specie chimica che si forma lungo il percorso della reazione e che ha un tempo finito di vita.

Equazioni di Velocità:

V = K [S]

1° ordine

indica la probabilità che ha la reazione di avvenire a certe condizioni di pH, Temperatura ecc. È espressa in s^-1.

V = K [S1][S2]

È espressa in M^-1·s^-1

K = (BT/h) e^(-ΔG‡/RT)

dove h è la costante di Planck B è la costante di Boltzmann e ΔG^‡ dice che più è bassa l’E di attivazione più alta sarà la v di reazione, e viceversa.

Adattamento indotto di Koshland: un enzima, quando lega il substrato, può andare incontro a una modifica conformazionale indotta dalle molteplici interazioni che si generano tra proteina e ligando. La nuova conformazione possiede una maggiore capacità catalitica.

Meccanismi:

1. CATALISI ACIDO-BASE GENERALE: Molte reazioni, comprendono la formazione di intermedi instabili carichi che tendono a decomporsi velocemente nelle loro specie costituenti. Tali intermedi possono però essere stabilizzati mediante trasferimento di un H₊ dal o al substrato, o da un intermedio per formare specie che sono meglio e prodotti. La catalisi a cui partecipano gli H₊ o OH^- presenti nell'H₂O è chiamata catalisi acido-base specifica. Il termine generale si riferisce al trasferimento di protoni mediato da altre classi di molecole, come acidi e basi debole.