Propedeutica biochimica

LE INTERFERENZE STERICHE

Quando due atomi non formano fra loro legami covalenti è necessario che le nuvole elettroniche non si sovrappongano fra loro perché l'interferenza che si verrebbe a creare destabilizzerebbe la struttura. Le conformazioni stericamente impossibili hanno le distanze interatomiche, tra atomi non direttamente impegnati in legami fra loro, inferiori a quelle delle corrispondenti distanze di Van Der Waals. Poiché gli ingombri sterici sono molto maggiori di quello che si pensa, gli angoli psi e fi permessi sono molto limitati. Questo dipende anche dalla dimensione dei gruppi R: più questi sono grandi, maggiore sarà l'ingombro sterico e dunque minore sarà la possibilità di rotazione senza che si creino interferenze.

I valori permessi di psi e fi e l'influenza dei gruppi laterali sulla conformazione del polipeptide sono riportati nel grafico di Ramachandran. Per convenzione gli angoli psi sono definiti pari a...

residuo dellaproteina. Nel grafico per l'enzima piruvato chinasi, osserviamo che in alcune areevi era un affollamento di puntini, in altre i puntini erano piu radi e inaltre ancora non vi erano puntini. Ramachandran arrivò alla conclusioneche, indipendentemente dal tipo di proteina, vi erano arre in cui i puntieran più frequenti: queste aree erano le arre più stabili che sono learee teoricamente permesse dal grafico. Vi erano anche punti menostabili in cui i punti erano meno presenti e aree instabili in cui non vierano affatto.Si rese inoltre conto che i punti delle strutture periodiche (alfa elica destrorsa, collageno, betaantiparallela, beta parallela) cadevano sempre nelle stesse zone del grafico. Riuscì ad individuareanche delle eccezioni rispetto ai 20 amminoacidi: la parolina, che è un immoacido (strutturarigida- nessuna possibile rotazione) e dunque le posizioni che può occupare sul grafico sonolimitate; l'eccezione opposta

è quella della glicina, che grazie al suo gruppo R molto piccolo, puòoccupare più zone del grafico, anche zone non permesse ad altri amminoacidi.

In conclusione, indipendentemente dal tipo di proteina, i valori degli angolo fi e psi di tutti gli amminoacidi tendono ad occupare le aree del grafico più stabili, nelle quali le distanze interatomiche tra atomi non direttamente impegnati in legami fra loro siano superiori ai rispettivi raggi atomici, così da non creare interferenze steriche.

LA STRUTTURA DELLE PROTEINE

Le proteine sono strutture tridimensionali (hanno una base, un’altezza ed una profondità). Essendo la struttura proteica complessa, per facilitarne la comprensione, essa viene descritta mediante 4 livelli di strutturali principali (strutture create per permettere la comprensione della struttura complessa delle proteine).

1. La struttura primaria di una proteina è la sequenza amminoacidica della stessa, a

La configurazione nativa è stabilizzata da legami deboli. Nella struttura primaria, ovvero la sequenza amminoacidica dall'estremità ammino a quella carbossiterminale, si ha il messaggio che determina la struttura tridimensionale della proteina. Ciò può essere dimostrato attraverso esperimenti di denaturazione in cui viene distrutta la struttura nativa.

La struttura secondaria è la disposizione spaziale locale degli atomi appartenenti alloscheletro di un polipeptide, senza tener conto della conformazione delle catene laterali (R) dei suoi sostituenti e delle loro relazioni con altri segmenti della proteina. Proprio per questo motivo, quando si parla di struttura secondaria, si esclude la presenza di ponti disolfuro. Esempi di strutture secondarie sono l'α-elica e il β-foglietto. Le caratteristiche di queste due conformazioni, che le rendono le strutture secondarie più comuni, è che la lunghezza e gli angoli di

Il legame deve essere distorto il meno possibile; due atomi, non impegnati in legami fra loro, non devono avvicinarsi più di quanto sia loro consentito dai rispettivi raggi di Van Der Waals; il gruppo ammidico deve rimanere planare e nella configurazione trans; inoltre le conformazioni favorite sono quelle in grado di permettere la formazione del maggior numero di legami idrogeno che vanno a stabilizzare le strutture secondarie che non comprendono i gruppi R. I legami idrogeno sono intracatena (localizzati entro una singola catena) nell'alfa-elica e intercatena (tra catene adiacenti) nella beta struttura.

L'α-ELICA: La struttura in questo caso è caratterizzata dalla presenza di uno scheletro carbonioso polipeptidico che si avvolge strettamente intorno a un asse longitudinale immaginario, mentre i gruppi R dei residui amminoacidici sporgono al di fuori dello scheletro elicoidale. La distanza tra due posizioni equivalenti è una distanza periodica e equivale a 5,4.

Amstrong; ogni giro dell'elica contiene 3,6 residui. Essendo questa struttura periodica, gli angoli fi e psi saranno sempre gli stessi: gli angoli psi vanno da -45° a -50°, mentre gli angoli fi sono di circa -60°. Questa struttura è predominante nell'α-cheratina (proteina strutturale) e nelle proteine globulari in cui 1/4 dei residui è in α-elica. La struttura in questione si forma più facilmente in quanto la disposizione dei legami idrogeno è la migliore possibile. I legami idrogeno sono i legami che stabilizzano la struttura secondaria e si formano tra un atomo di idrogeno legato all'azoto e l'atomo di ossigeno carbonilico del quarto residuo amminoacido successivo. La catena si può formare con tutti gli amminoacidi, sia con quelli nella forma L che quelli nella forma D (è necessario che gli aminoacidi di una proteina siano tutti in una stessa forma altrimenti la proteina sarebbe

destabilizzata); dal momento che gli amminoacidi sono presentinella forma L, l’α-elica sarà formata solo da questi e le forme che si possono verificare sono due:quella destrorsa e quella sinistrorsa .

L’unica struttura riscontrata nelle proteine naturali è quella DESTRORSA.

Per stabilire se l’avvolgimento di una struttura a elica è di tipo destrorso o sinistrorso si fa riferimento alla mani chiuse a pungo con i pollici rivolti verso l’alto. Si immagina poi di sovrapporre l’elica sulle mani: se l’andamento dell’elica segue la direzione del movimento delle dita delle mano destra mentre si chiudono a pugno, l’elica è destrorsa altrimenti sarà sinistrorsa.

L'α elica è una struttura molto delicata: essa infatti risente molto della sequenza amminoacidi e in particolare dei gruppi R. La stabilità di questa struttura dipende:

1. FORMA E DIMENSIONE: gruppi molto voluminosi (Asn, Per, The,

Leu) tendono a destabilizzare la struttura che dunque tende a non formarsi oppure ad essere instabile.

2. CARICA DI AMMINOACIDI (NON CARICHI, BASICI O ACIDI) SPAZIATE DA 3 RESIDUI: due amminoacidi aromatici (non carichi) distanziati di tre amminoacidi possono generare un'interazione idrofobica stabilizzando la struttura; due amminoacidi aventi catene laterali con la stessa carica, distanti di tre residui, destabilizzano la struttura in quanto cariche uguali tendono a respingersi; due amminoacidi aventi cariche opposte invece stabilizzano la struttura in quanto cariche di segno opposto si attraggono.

3. LA CARICA DI AMMINOACIDI ADIACENTI: se due amminoacidi adiacenti hanno stessa carica o carica opposta, destabilizzano la struttura a causa delle forze di repulsione o di attrazione elettrostatica.

4. LA PRESENZA DI RESIDUI DI PROLINA: i residui di prolina introducono un "nodo" nella catena. La prolina, essendo un amminoacido rigido, tende a rompere l'elica in quanto la

La sua rigidità impedisce l'anfolature richiesta dalla struttura.

LA STRUTTURA β

In questo caso lo scheletro della catena ha un andamento a zig-zag. Nel momento in cui diversi segmenti si dispongono l'uno accanto all'altro, si forma una struttura detta FOGLIETTO BETA o FOGLIETTO RIPIEGATO. I legami idrogeno si formano tra gruppi NH e CO di catene polipetidiche adiacenti all'interno del foglietto. I gruppi R sporgono al di fuori della struttura a zig-zag, alternativamente da una parte o dall'altra del foglietto (si estendono alternativamente ai lati opposti del foglietto). I gruppi R presenti devono essere molto piccoli affinché i foglietti si possono impilare e dare strutture compatte. Ad esempio nella struttura del foglietto delle fibroina della seta. Le catene β laterali dei residui di Gly e Ala (o Ser) sono disposte in modo alternato ai lati opposti della catena. In questo i gruppi laterali R di Gly (in viola) di una catena si adattano

perfettamente a quelli della catena vicina; la stessa cosa accade per i gruppi R dei residui di Ala o Ser (in marrone).