Le proteine

PROTEINE

Sono molecole polimeriche con monomeri di tipo amminoacidico legati nella struttura attraverso legami ammidici (detti legami peptidici).

Chiamiamo peptidico un polimero di questo tipo formato dalla condensazione di amminoacidi. Chiamiamo proteina quel polipeptide con struttura e funzionalità specifiche.

• Funzione catalitica (enzimi)
• Funzione di accumulo/trasporto (emoglobina, mioglobina): legare e trasportare molecole
• Funzione strutturale (collagene): struttura e stabilizzazione cellule, vasi, tessuti
• Funzione motrice (miosina): couselierà di segnali chimici in locomozione
• Funzione di decodifica genetica (ribosomi): traduzione dell'informazione in DNA RNA
• Funzione regolatoria (ormoni): segnali per l'attivazione di processi biochimici
• Funzione immunitaria (anticorpi): riconoscimento e interazione con antigeni

La struttura chimica delle proteine (quindi dei peptidi) è basata su monomeri specifici detti α-Amminoacidi

- gruppo amminico e gruppo carbossilico legati allo stesso carbonio

- R: gruppo funzionale specifico per ogni amminoacido

Gli amminoacidi comuni sono 20 e costituiscono la maggioranza delle strutture polipeptidiche (il numero di proteine formabili è potenzialmente ∞)

• Possono essere classificati in base al loro gruppo funzionale R:
• AA. alifatici: catene alchiliche idrofobiche polari
• AA. aromatici: catene aromatiche, iterazioni π-π tra anelli
• AA. alcoli: catene con -OH e legame a → gruppo polare
• AA aminici: catene con gruppi basici, si possono protonare → cationici
• AA solforati: catene con gruppi -S-~-R polari ma non danno legame a stabilimento a causa delle reazioni di ossidazione con la formazione di legami a ponte di zolfo
• AA acidi/derivati: catene con gruppi: -C^α =O carbossilici, spesso a dissociar generando anioni

Nella nomenclatura le nome degli AA può essere sostituito con il corrispondente simbolo (3 lettere) e con una lettera (LISINA = LYS = K).

8 dei 20 AA standard, 8 non possono essere prodotti metabolicamente e devono essere assunti con la dieta. Sono detti ESSENZIALI.

PROTEINE

Sono molecole polimeriche con monomeri di tipo amminoacidico legati nella struttura attraverso legami ammidei (detti legami PEPTIDICI). Chiamiamo peptide un polimero di questo tipo formati dalla condensazione di amminoacidi. Chiamiamo proteina quel polipeptide con struttura e funzionalità specifica.

• FUNZIONE CATALITICA (enzimi)
• FUNZIONE DI ACCUMULO/STOCCAGGIO (emoglobina, mioglobina): legare e trasportare molecole
• FUNZIONE STRUTTURALE (collagene): strutturare e stabilizzare cellule, vasi, tessuti
• FUNZIONE MOTRICE (miosina): coadiuvante di segnali chimici in locomotore e meccanico
• FUNZIONE di DECODIFICA GENETICA (ribosomi): traduzione dell'informazione da DNA a RNA
• FUNZIONE REGOLATORIA (ormoni): segnali per l'attivazione di processi biochimici
• FUNZIONE IMMUNITARIA (anticorpi): riconoscimento e interazione con antigeni

La struttura chimica delle proteine (quindi dei peptidi) è basata su monomeri specifici detti α-AMMINOACIDI:

₂N-C-H

• gruppo amminico e gruppo carbossilico legati allo stesso carbonio
• R: gruppo funzionale specifico per ogni amminoacido

Gli amminoacidi comuni sono 20 e costituiscono la maggioranza delle strutture polipeptidiche (il numero di proteine formabili è potenzialmente ∞).

• AA. ALIFATICI: catene alchiliche lipofile apolari
• AA. AROMATICI: catene aromatiche + interazioni π-π tra anelli
• AA. ALCOOLI: catene con -CH e legame al gruppo polare
• AA AMMINICI: catene con gruppi basici—si possono protonare — cationici
• AA SOLFORATI: catene con gruppi -S-H/R—polari ma non danno legame a H. Possono dare reazioni di ossidazione con la formazione di legami a ponte di Zolfo -SH SH₂ -S-S-_S_
• AA ACIDI/DERIVANTI: catene con gruppi -^°CH^°carbossilici, possono dissociare generando anioni

Nella nomenclatura il nome degli AA può essere sostituito con il corrispondente simbolo (3 lettere) e con una lettera (LISINA = LYS = K).

Dei 20 AA standard, 8 non possono essere prodotti metabolicamente e devono essere assunti con la dieta. Sono detti ESSENZIALI.

tutti gli AA hanno un carbossilo e chiral (ad eccezione della glicina)

enantiomeri

i due enantiomeri vengono associati alla struttura della gliceraldeide

D-GLICERALDEIDE     L-GLICERALDEIDE

La nomenclatura D/L è associata al carbonio e ma non direttamente alla sua chiralità (R/S, diverso dello zucchero polarizzato).

Tutti gli amminoacidi nelle proteine sono isomeri (enantiomeri) di tipo Lper selezione evolutiva. In ogni organismo vegetale/animale sec..

tutti gli AA liberi sono caratterizzati da almeno due eq. di dissociazioneacida:

8,8 < pK_NH2 < 10,2 (principalmente α pH basici)

1,8 < pK_COOH < 2,4 (α pH acidi)

Secondo l'equazione di Henderson-Hasselbalch:

K_a = [BASE C] [H₃O⁺] / [ACIDO C]

[BASE C] = specie deprotonata

[ACIDO C] = protonata

pH = pK_a + log [BASE C] / [ACIDO C]

quindi ai diversi pH che possiamo incontrare avremo:

FORMA CATIONICA

FORMA NEUTRA     FORMA ANIONICA

La forma neutra si dice anche ione dipolare o zwitterione, è la forma predominante a pH fisiologico di ~ 6,4 - 7,4.

Vi sono degli AA con funzionalità in catena laterale con carattere acido/base:

• TYR (tirosina) → pKa = 10,5
• CYS (cisteina) → pKa = 8,4
• HIS (istidina) → pKa = 6,0
• LYS (lisina) → pKa = 10,5
• ARG (arginina) → pKa = 12,5
• ASP (acido aspartico) → pKa = 3,9
• GLU (acido glutammico) → pKa = 4,1

Le forme ioniche presenti a diversi pH dipenderanno dai valori di tutte e 3 le Ka.

ES: Acido Glutammico

Il particolare valore di pH nel quale la specie predominante è lo zwitterione è detto PUNTO ISONICO o PUNTO ISOELETTRICO.

Si può determinare come media matematica dei due valori di pKa che "chiudono" la specie dipolare.

pH_IE = _{pKaCOOH+pKaNH2} / 2

per tutti gli AA che non hanno gruppi acidi/basici in catena laterale.

Quando gli AA si legano (per condensazione) a formare un peptide (legame ammidico → legame peptidico)

• si perdono i gruppi –COOH e –NH₂ → –C– (ma le proprietà acido/base!)

• Le proprietà ioniche al variare del pH saranno legate esclusivamente ai gruppi in catena laterale.
• Formano eccezione i due AA terminali che manterranno:
• NH₃⁺ = residuo N-terminale (1^o residuo)
• C = residuo C-terminale (ultimo residuo)

STRUTTURA PRIMARIA:

l'ordine nel quale i residui amminoacidici sono legati tra loro dall' N-terminale al C-terminale

LEGAME PEPTIDICO

• Struttura planare → per risonanza non è possibile rotazione

CIS

TRANS isomero preferito per minori ingombro sterico

RESIDUO AMMINOACIDICO

• il loro nome è dato dal nome
• amminoacido → -ile/acido → -ato
• con 3 eccezioni:
• cisteina → ile
• glutammina → ile
• asparagina → ile

la sintesi peptidica procede per condensazione di ciascun singolo AA sulla catena in crescita (ad _o quimica)

SINTESI CHIMICA

La composizione di un polipeptide può essere determinata per completa idrolisi di tutti i legami peptidici, seguita dalla separazione cromatografica degli amminoacidi.

*alcuni aa vengono idrolizzati chimicamente come questi cui gruppi amminici vengono idrolizzati da acidi.

Una volta scorporata la catena, gli AA liberi vengono portati a pH debolm.acido (≈5-6 pH) e passati in una colonna con una fase stazionaria a scambio ionico.

mistera di AA in provetta

(precipit) gli AA separati vengono raccolti & analizzati

si alza progress. il pH della soluzione; per primi scendono gli AA (piccola pk_ac)

gli aa raccolti vengono in genere convertiti in forme colorate caratteristiche, analizzabili con tecniche spettroscopiche, per reazione con il reattivo ninidrina.

e vale per tutti gli aa tranne prolina che crea un pigmento giallo

per determinare la struttura primaria, cioè l’ordine di sequenza di ogni aa nel peptide si opera con degradazione di edman.

- si fa reagire il polipeptide con il reattivo di edman - si fa reagire il peptide in condizioni tali da far convertire solo il aa N-term.

quindi si pone il peptide a pH>9 in presenza di PITC si ha la reazione con il gruppo amminico libero del residuo N-terminale: (può essere centrifugat.)

tattando con acido forte CF₃–COOH (TFA) si rompe il 1^o seguente peptide

poi che la degradazione avrà una rendimento completo ad ogni ciclo, in genere al succedere del 10^o di residui cresce 1^o o 2^o in terperine da parte di catene che esagerate non più precedenti...

Per evitarlo si analizzano solo peptidi di dimensioni ridotto (residui ≤ 100) (o loro volta ottenuti per parziale idrolisi della proteina Θ grande con l'aiuto di enzimi opportuni)

La struttura di un polipeptide può essere definita a più livelli di complessità

STRUTTURA PRIMARIAOrdine di catene lunghe dei residui come identificati colonna da Sanger, di Edman

STRUTTURA SECONDARIAStruttura ordinata a corto raggio con int. di Legami di H tra gruppi peptidici lungo la catena/tra code

STRUTTURA TERZIARIAStruttura tridimensionale e finale del polipeptide. STRUTTURA NATIVA basata da interazioni tra gruppi funzionali degli aa

STRUTTURA QUATERNARIAStruttura formata dall'unione attraverso legami deboli di subunità uniti covalentemente

• Interazione idrofobicheLista tra gruppi laterali apolari
• LegameHTra i gruppi con funzioni polari o conOH NH₂CO
• Interazioni ionicheTra gruppi carichi in ambiente fisiologico
• Interazioni covalentiTra seguenti di Cisteina:

(*diagramma*)

STRUTTURE SECONDARIE

• Si ottengono attraverso interazioni di parte a parte da una risovamento della catena(†(ϕ),ф PHI)

• ā ELICAStruttura ad elica periodica destrosa

• L’elica è resa stabile da interazioni di parte a parte con gruppi peptidici lungo la stessa catena
• Il passo corrisponde a 3,6 residui ed è lungo 0,54 nm
• L’intervallo corrisponde a 13 atomi dei quali interagenti
• Il passo della г ELICA 3,6/13

Il gruppo B laterali puntano verso l’esterno conferendone le interazioni che portano allaSTRUTTURA TERZIARIA

-β FOGLIETTO:

Struttura a filamenti della catena che permette di esporre lateralmente i legami peptidici per formare ponti a (H) con catene diverse o su parti diverse del polipeptide.

Formato dal legame a (H) esteso tra filamenti appaiati

Passo 0.34 nm

le strutture dei filamenti possono appaiarsi in modo PARALLELO o ANTIPARALLELO

PARALLELO

La geometria dei legami peptidici non permette una interazione di ponte a (H) diretta - (H) deboli

ANTIPARALLELO

La geometria consente una direzionalità ideale ai gruppi del legame peptidico x fornire legami a (H) più stabili

• Le singole strutture secondarie possono interagire tra loro attraverso interazioni deboli e formare strutture o complexes dette SUPERSECONDARIE
• Sono in genere formate dall'interazione di più strutture secondarie consecutive verso una catena e separate da tratti poco organizatti
• Dicitura della ANSE indica di residui che permettono rispettiva inversione di catena deila ANSE indica di residui che permettono rispettiva inversione di catena
• Le strutture super secondarie comuni nelle proteine prendono il nome di MOTIVI

definire comino la parte definita di una proteina (in genere caratterizzata da una particolare struttura supersecondaria) con una funzione specifica.

L'insieme di tutti i domini e strutture secondarie e supersecondarie daràla STRUTTURA TERZIARIA (nativa)

Tra tutte le illimitate possibilità conformazionali dell'intera catena peptidica,ve ne è uno soltanto a O stadio che mostra se essa funzionalità (ATTIVA)

La formazione della struttura terziaria avviene per avvolgimento dellastruttura primaria spinto dalla sua stabilizzazione —> FOLDING: avviezione dellastruttura nativa stesso la biosintesi del polipeptide

La Stabilizzazione della nucelca m struttura nativa a opera di

• EFFETTO IDROFOBICO - effette eutrofico - Ast da parte di H₂O espulsa
• INTERAZIONI DEBOLI - (effetto eutalifico — ΔH₁ per la Stabilizzazione dei Legami INTER/INTRA-CATENA

All'interno della cellula Spesso il folding viene favorito da spei dedicatiall'interno di proteine O protei dette HUTMIN MOLECOLARI, SHAPERTONI MOLECOLARI

Il processo inverso al folding e sa DENATURAZIONE: perdita, anche solo parziale,della Struttura terziaria/lo Secondario e quinu dellafunzionalità della cellulela

La denaturazione avviene con la rotture delle interazioni deboli che tengouassieme la Struttura Secondarie/terxturia

• RISCALDAMENTO (rnergie Termica)—rothura generale dei legami deboti
• TRATTAMENTO CHIMICO—con sdotai che poxono inteferein neilegauiia O Pepttdicà
  • AGENTI CAOTROFICI
    • ⁺NH₂ClO
    • HN⁺ NH₂UREA
    • HN⁺NH₂CLORURO di GUANIDINIO
• —con soluzie due poessou ridurre i leganiii di partc disuftu

per mettere in luce l'importanza delle strutture secondaria e terziaria di una proteina. Si può eseguire l'ESPERIMENTO di ANFINSEN su una proteína modello: RIBONUCLEASI

• Struttura destrorsa globulare
• è la sua struttura nativa (ATTIVA)
• nella denaturazione perde la sua struttura e con essa la sua funzione (INATTIVA-ZIONE)
• caratterizzata da interazioni deboli e 4 ponti disolfuro
• UREA rompe i legami deboli
• 2-MERCAPTO ETANOLO riduce i ponti (port)-S-S-)2-SH + SH-
• la forma aperta della proteina è complet. INATTIVA
• quando elimino il 2-MERCAPTO ETANOLo
• si riformano ponti di disolfuro
• la Struttura 3D aurora ricostituita
• Quando elimino anche agente caotropico
• la struttura si riforma

OSSERV.:

• il processo di denaturazione è reversibile
• la Struttura attiva si forma per destino controllato di purita.

le Strutture terziarie delle proteine si possono classificare in 2 categorie:

• PROTEINE GLOBULARI - Struttura compatta (gruppi idrofobi all’interno) gruppi idrofili all'esterno
• MIOGLOBINA e EMOGLOBINA
• (funzione di accumulo e trasporto di O₂ nel sangue e nei tessuti muscolosi)
• PROTEINE FIBROSE - Struttura lineare e con un’orientazione preferenziale
• (in genere con β catene allineate che danno un’interazione laterale)
• COLLAGENE
• (Funzione strutturale, costituisce il tessuto connettivo e la parte proteica di tendini, cartilagini e ossa.)