Proteine - riassunto

PROTEINE DOTATE DI SOLA STRUTTURA SECONDARIA: IL TROPOCOLLAGENE(Pag. 78-84)

È una molecola con una struttura secondaria particolare.

Caratteristiche:

• Da sola rappresenta in peso circa 1/3 delle proteine di un mammifero
• Specie proteica più abbondante di qualsiasi altra
• Costituisce i tessuti connettivi: tendini, matrice delle ossa, cartilagini, derma, endoteli.
• Costituita da 3 catene polipeptidiche di circa 1000 residui ciascuna
• Ciascuna catena ha una massa molecolare di 95kDa; massa molecolare totale = 95 X 3 = 285 kDa.
• Lunga 260 nm. Diametro = 1,5 nm.
• Le 3 catene sono parallele tra loro.
• Le 3 catene si avvolgono insieme con andamento destrorso; la singola catena ha lieve torsione sinistrorsa entità solidale, non può essere scomposto grazie alla fitta rete di legami H che si formano tra le 3 catene (tra C=O e N-H) la loro formazione è consentita dalla contiguità tra le 3 catene garantita dal fatto che la singola catena ha

andamentosinistrorso mentre le tre catene si legano insieme con andamento destrorso.
Periodicità: ogni 3 residui è presente una glicina perché le 3 catene sono così vicine che nello spazio ogni tre residui può starci solo la glicina, l'amminoacido con il minor ingombro sterico (qualsiasi altro aa porterebbe ad un distanziamento delle 3 catene tale da impedire la formazione di legami H gravi sindromi) osteogenesi imperfetta: sostituzione di glicina con altri aa impossibilità di formare legami H impossibilità di formazione della tripla elica anomala fragilità ossea.
È presente molta prolina, 4-idrossiprolina, 5-idrossilisina. In ordine:
1) glicina,
2) prolina,
3) idrossiprolina,
4) glicina...
Perché le proline sono così abbondanti? La loro abbondanza garantisce la conformazione complessiva delle 3 catene: le proline tendono ad orientarsi verso l'esterno e donano così la

conformazione al tropocollagene, infatti ogni altra conformazione sarebbe stata impossibile per impedimenti sterici.

▪ 4-idrossiprolina e 5-idrossilisina derivano da modificazioni post-traduzionali, ovvero sono aa che vengono incorporati nella catena polipeptidica all'atto di sintesi come prolina e lisina e successivamente vengono idrossilati. Senza idrossilazione della prolina tropocollagene perde stabilità.

➢ Scorbuto: malattia causata dalla carenza di acido ascorbico, noto anche come vitamina C essenziale per la funzione dell'enzima che effettua l'idrossilazione della prolina, la prolina idrossilasi. Infatti, l'enzima possiede un cofattore, ovvero uno ione ferro che, quando l'enzima è attivo, si trova sotto forma di Fe2+, poi diventa Fe3+ e deve essere nuovamente ridotto a Fe2+ tramite acido ascorbico (senza acido ascorbico non funziona l'enzima e quindi non avviene l'idrossilazione).

Le molecole di collagene si legano tra

loro grazie ad una fitta rete di legami crociati che si generano grazie a modificazioni covalenti di residui di lisina ossidazione delle lisine ad! εopera dell'enzima lisil ossidasi, si forma un'aldeide, questo reagisce con gruppi -amminici dialtri residui di lisina molecole legate con modalità "testa coda" + molecole di una fila sono!sfalsate di ¼ della loro lunghezza rispetto alle molecole delle file adiacenti. STRUTTURA TERZIARIA (Pag. 84-91)

Arrangiamento spaziale degli aa di una singola catena polipeptidica a formare la sua struttura tridimensionale a DOMINI.

Le proteine dotate di struttura terziaria presentano delle piegature per potersi riavvolgere a gomitolo carattere globulare!

Piegature dovute a tratti ad andamento irregolare, cioè tratti privi di struttura secondaria, i quali descrivono delle piegature o anse (loops) ATTENZIONE: i tratti ad andamento irregolare possono ripiegarsi ad ansa ma possono anche presentarsi

distesi.Le proteine globulari si dividono in:

• Solubili: presentano al loro interno esclusivamente residui idrofobici
• Insolubili: esposte a solvente prevalentemente polare.

in alcune proteine si trovano sia residui polari che apolari proteine integrali di membrana.

MODELLO CARTOONS: per la rappresentazione delle proteine con struttura terziaria permette di individuare facilmente gli elementi di struttura secondaria.

• α-eliche: nastri avvolti elicoidalmente
• Anse: tratti filiformi
• β-Filamenti: nastri piatti che presentano una freccia che punta verso il C-terminale del filamento medesimo individua la polarità del filamento per capire se sia parallelo o antiparallelo.

Esistono 4 tipi di strutture per rappresentare le proteine con struttura terziaria:

1. Strutture tutto: contengono solo α-elica + anse (immagine pag. 87). Es. globine: mioglobina ed emoglobina. Le eliche sono rappresentate da cilindri e compongono circa l'80% della molecola.
2. ββ

Strutture tutto: contengono solo foglietti antiparalleli + anse. Come si connettono tra loro? Ciascun filamento è connesso a quello adiacente in corrispondenza dello stesso margine, cioè l'ansa non attraversa la struttura da un margine all'altro (pag. 87). Possono assumere 2 forme:

• βBarile: i filamenti giacciono idealmente su una superficie cilindrica delimitando uno spazio centrale.
• βSandwich: i filamenti sono più appiattiti ma racchiudono anch'essi uno spazio centrale in cui è contenuto il nocciolo idrofobico. Caso particolare del barile. Es. immunoglobulina.

∝ /β β3. Strutture: contengono foglietti paralleli. Come si connettono tra loro? Ciascun ∝filamento è connesso a quello adiacente grazie ad un tratto di connessione formato da ansa-elica-ansa, che attraversa il foglietto da un margine a quello opposto. 2 tipi di strutture:

• ∝ /β β ∝Barile: i filamenti determinano uno spazio

centrale filamenti all'interno, -eliche- !che li connettono all'esterno. Es: trioso fosfato isomerasi.

5- Struttura a sella: foglietto giace su uno spazio ritorto (non piano), attorno al quale si∝trovano le -eliche. Es. adenilato chinasi.∝ β ∝β4.

Strutture + : contengono foglietti (per lo più antiparalleli) e -eliche. Il modo con cui siconnettono è abbastanza variabile e complesso. Eliche e foglietti occupano regioni dellamolecola ben distinte. Es. esochinasi.

Queste strutture terziarie si applicano al singolo dominio e non alla proteina intera! Undominio = regione globulare compatta e connessa ad altri domini che compone una proteina.molte proteine sono composte da più di una regione globulare compatta (dominio) e queste!regioni sono connesse a quelle adiacenti da un tratto flessibile ad andamento irregolare.Anse = regioni di ripiegamento che connettono domini adiacenti di una catena polipeptidica oregioni interne di uno stesso

dominio nelle proteine.

Caratteristiche delle anse:

• Si trovano sulla superficie delle proteine, dunque sono composte da residui polari.
• Hanno una lunghezza variabile: 4-12 residui.
• Le anse possiedono molta più flessibilità conformazionale degli elementi di struttura secondaria.
• Flessibilità conformazionale = capacità di un tratto di catena polipeptidica di oscillare attorno ad una posizione media sotto la spinta dell'agitazione termica. Le strutture secondarie sono vincolate da legami non covalenti che instaurano, mentre le anse non li instaurano quindi sono molto più flessibili.
• Le anse non sono dei semplici tratti di connessione, ma possono contenere residui importanti per la funzione di una proteina: residui implicati nella funzione catalitica di un enzima, anticorpi.
• Ansa particolare estremamente breve e compatta: ripiegamenti (turns) connettono due filamenti antiparalleli consecutivi, sono costituiti da 4 residui.

portano ad un'inversione completa della direzione della catena, C=O del primo residuo forma legame H con N-H del quarto residuo! flessibilità conformazionale molto limitata. STRUTTURA QUATERNARIA (Pag. 91-98) Proteina composta da più catene polipeptidiche tenute insieme da interazioni non covalenti (legami H, forza di Van der Waals, effetto idrofobico, interazioni elettrostatiche) + interazioni covalenti (ponti disolfuro). Definizioni:

• SUBUNITÀ: sinonimo di catena polipeptidica ma va riferito solo a proteine dotate di struttura quaternaria.
• MONOMERO: proteina composta di un'unica catena polipeptidica, quindi priva di struttura quaternaria.
• DIMERO, TRIMERO, TETRAMERO, PENTAMERO, ESAMERO: proteine composte di 2, 3, 4, 5, 6 subunità.
• OLIGOMERO: proteina composta da più subunità ma in numero limitato.
• PROTOMERO: minima unità ripetitiva di proteine oligomeriche composte di subunità di diverso tipo.

Se una proteina

è costituita da subunità diverse è preceduta dal prefisso etero, se le subunità sono uguali omo.

Assemblaggio delle subunità: non avviene in maniera causale, ma produce un geometria ben precisa e predefinita è inscritta nella struttura delle subunità.

1. Le subunità vengono sintetizzate.
2. Le subunità si cercano e si assemblano correttamente. Come trovano il loro “partner”? È prestabilito ogni subunità possiede strutture molecolari destinate a realizzare il legame con altre il riconoscimento è altamente selettivo grazie alla presenza di molteplici gruppi funzionali sulle superfici interessate riconoscimento molecolare (es: assemblaggio di proteine oligomeriche, interazione tra antigene ed anticorpo, legame tra enzimi e molecole, legame tra ormoni e recettori). Esempio: legame colina fosfato ad un anticorpo specifico (pag. 94).

RUOLI DELLA STRUTTURA QUATERNARIA

può avere ruoli anche molto diversi in proteine diverse: 1. ALLOSTERICITÀ = fenomeno per cui il legame di una piccola molecola ad una subunità modifica l'affinità delle altre subunità per quella stessa molecola, aumentandola. Gli enzimi allosterici sono molto più efficienti degli enzimi convenzionali nel controllo del flusso metabolico e nel mantenimento dell'omeostasi chimica. La struttura quaternaria è condizione necessaria ma non sufficiente per l'allostericità. 2. In certe proteine l'interazione tra subunità incrementa significativamente la loro stabilità termodinamica (es. microorganismi termofili). 3. La struttura quaternaria riduce la lunghezza del tratto di