Riassunto biochimica

STRUTTURA PRIMARIA

definita come la sequenza degli aa uniti da legami peptidici e la posizione dei ponti disolfuro.

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La conformazione di una proteina viene stabilizzata dalla presenza dei ponti disolfuro e dalle interazioni deboli

non covalenti: i legami H e le interazioni idrofobiche, ioniche e di van der Waals. Le interazioni idrofobiche

contribuiscono molto alla stabilità di una proteina in quanto l’interno di una proteina è un nucleo molto denso di

catene laterali di aa idrofobici. La formazione di un legame è accompagnata da una variazione favorevole di

energia libera.

6 Legame peptidico: legame responsabile dell’unione degli aa e della conseguente formazione di peptidi e proteine. Si tratta di un legame covalente

che si genera tramite un processo di condensazione tra il gruppo amminico e il gruppo carbossilico

Le proteine possono essere divise in: Gli atomi di carbonio α di aa adiacenti sono separati da 3 legami

Fibrose: la cui catena polipeptidica è

▪ covalenti disposti in questo modo: Cα-C-N-Cα. Studi della diffrazione ai

disposta in lunghi filamenti o foglietti; raggi X hanno dimostrato che il legame C-N in un peptide è più corto di

Globulari: la cui catena polipeptidica è

▪ un legame C-N in un’ammina e che gli atomi associati al legame sono

avvolta su se stessa fino a raggiungere una complanari. Ciò indica la presenza di una risonanza o di una parziale

forma sferica o globulare. ridistribuzione delle due coppie di elettroni tra O e N, generando un

GRAFICO DI RAMACHANDRAN: un grafico in cui Ψ è dipolo elettrico. I 4 atomi che compongono il legame peptidico sono

in funzione di Φ che mostra le conformazioni disposti sullo stesso piano , in modo che O e H sono in posizione trans. I

possibili per la maggior parte dei residui aa: legami ammidici C-N non sono in grado di ruotare liberamente a causa

del loro parziale carattere di doppio legame. La rotazione è permessa

Le aeree in blu scuro sono conformazioni

▪ solamente intorno ai legami N-Cα e Cα-C. Per convenzione gli angoli

che tutti gli aa possono assumere formati dalla rotazione di questi due legami sono indicati con Φ e Ψ.

Quelle con blu leggermente più chiaro sono

▪ Sempre per convenzione questi due angoli sono uguali a 0 nella

conformazioni che possono assumere tutti conformazione in cui i due legami peptidici collegati da un singolo Cα

gli aa tranne la valina e la isoleucina

Le aree azzurre sono conformazioni

▪ sono sullo stesso piano. Φ e Ψ possono assumere valori da -180° a

talvolta instabili ma presente in alcuni tipi +180°, ma molti risultano impossibilitati a causa di interferenze

di molecole steriche tra atomi dello scheletro del polipeptide e delle catene laterali.

STRUTTURA SECONDARIA

Definita come organizzazioni, regolari e ricorrenti nello spazio, dei residui amminoacidici adiacenti di una

catena polipeptidica.

sono presenti diversi tipi di struttura secondaria. I più importanti sono α-ELICA e la STRUTTURA β.

α ELICA: è la più semplice disposizione che una catena polipeptidica può assumere. È una struttura

➢ elicoidale dove lo scheletro del polipeptide è strettamente arrotolato intorno all’asse longitudinale della

molecola e le catene laterali dei residui amminoacidici sporgono verso l’esterno dello scheletro

elicoidale. L’unità ripetitiva è un singolo giro dell’elica che si estende per una lunghezza di 0,56nm lungo

l’asse della molecola e corrisponde alla periodicità osservata. I residui amminoacidici hanno

conformazioni con angoli Ψ variabili da -45° a -50° e angoli Φ di circa -60° e ogni giro dell’elica contiene

3,6 residui amminoacidici. L’avvitamento dell’elica è DESTROSO. La struttura è stabilizzata da LEGAMI H

tra l’atomo di H legato all’atomo di N elettropositivo di ogni legami peptidico e l’atomo di O carbonilico

elettronegativo del quarto residuo amminoacidico successivo posto nella direzione dell’ammino-

terminale dell’elica. Ogni giro dell’elica è tenuto unito a quello adiacente da diversi legami H che,

mediante la somma dei loro effetti rendono stabile la struttura. Non tutti i peptidi possono formare α

eliche stabili. Ad esempio se una catena polipeptidica contiene molti residui di Glu adiacenti, non si potrà

formare una α elica in quanto a pH 7 hanno una carica negativa che, essendo vicini tra loro, si

respingono. Stessa cosa per Lys e/o Arg che, al contrario, a pH 7 possiedono una carica positiva.

un’altra limitazione è data dai residui di Pro che, avendo l’N legato in un anello rigido non è possibile

alcuna rotazione intorno al legame.

CONFORMAZIONE β: è la conformazione più estesa delle catene peptidiche. In questa conformazione lo

➢ scheletro della catena polipeptidica è esteso con un andamento a zig zag. Ad esempio, nella fibroina le

catene polipeptidiche a zig zag sono disposte l’una affianco all’altra formando una struttura che ricorda

una serie di pieghettature e che viene chiamata FOGLIETTO RIPIEGATO.

Nella conformazione β i legami H possono essere sia intracatena che intercatena. I gruppi R dei residui

amminoacidici adiacenti sporgono al di fuori della struttura a zig zag alternativamente da una parte o

dall’altra, creando una tipica organizzazione sfalsata. Le catene polipeptidiche adiacenti in un foglietto

rispiegato possono essere parallele o antiparallele. Le due strutture sono simili ma il periodo è più

breve in quella parallela.

Esistono altre strutture spesso presenti in un certo tipo di proteine. Ad esempio:

➢ - ELICA DEL COLLAGENO

- RIPIEGAMENTI β o ANGOLI β: presenti dove le catene peptidiche cambiano bruscamente direzione.

La struttura è un ripiegamento di 180° che comprende 4 residui amminoacidici.

Esempi di proteine fibrose. Queste donano resistenza ed elasticità alla struttura di cui fanno parte, hanno

strutture relativamente semplici e sono idrofobici a causa dell’alta presenza di aa idrofobici sia sulla superficie

che all’interno della proteina.

α-CHERATINA: proteina che resiste alla tensione. È una α elica destrorsa, contiene molti residui

✓ idrofobici, ovvero Phe, Ile, Val, Met e Ala. La resistenza alla tensione viene amplificata dall’avvolgimento

di più catene elicoidali unite a formare una superelica che ha andamento opposto a quello delle singole

eliche, ovvero sinistrorso. La resistenza di queste strutture viene amplificata da legami covalenti

trasversali tra le catene polipeptidiche all’interno dei filamenti a elica e tra multi-eliche. Questi legami, in

questa struttura sono ponti disolfuri mentre in quelle più dure e resistenti il 18% dei residui

amminoacidici sono cisteine impegnate in ponti disolfuro.

COLLAGENO: proteina che resiste alla tensione. Ha una struttura unica, è un’elica sinistrorsa con 3

✓ residui amminoacidici per giro. Nella struttura alcuni aa sono più rappresentato degli altri: la Gly

corrisponde al 35% dei residui totali, l’Ala l’11% e la Pro e la Hyp il 21%. La sequenza polipeptidica

corrisponde all’unità tripeptidica ripetuta Glu-X-Pro oppure Glu-X-Hyp. Anche in questa strutture le

singole catene si uniscono per formare una superelica, in questo caso destrorsa. I legami covalenti

trasversali in queste strutture sono degli insoliti legami covalenti tra residui di Lys che creano un

residuo amminoacidico non standard chiamato LISINORLEUCINA. Le fibre del collageno sono costituite

da unità ripetitive a tripla elica chiamate TROPOCOLLAGENO, disposte testa contro coda in fasci

paralleli.

ELASTINA: la subunità polipeptidica delle fibre di elastina è la TROPOELASTINA e contiene circa 800

✓ residui amminoacidici. La tropoelastina differisce dal tropocollageno in quanto contiene molti residui di

Lys e pochi di Pro e forma una speciale elica. Le porzioni elicoidali si stendono se vengono sottoposti a

una forza ma ritornano nella posizione iniziale una volta cessata questa forza. Quattro catene di Lys sono

convertite enzimaticamente in desmosina7 e nel composto correlato isodesmosina.

STRUTTURA TERZIARIA

Definita come la disposizione di tutti i suoi atomi nello spazio tridimensionale. Tiene conto delle relazioni a lungo

raggio esistenti nella sequenza amminoacidica. Quando la proteina si avvolge su se stessa, gli aa che sono

localizzati in regioni lontane della sequenza polipeptidica e fanno parte di strutture secondarie diverse possono

ugualmente interagire tra loro. La formazione di ripiegamenti della catena polipeptidica durante il processo di

avvolgimento, la direzione e gli angoli generati da questi ripiegamenti dipendono dal numero e dalla

localizzazione degli aa capaci di produrre inversioni, come ad esempio Pro, Thr, Ser e Gly. La strutture terziaria è

stabilizzata da interazioni deboli (e in qualche caso da legami covalenti come i ponti disolfuro) tra gruppi R di

strutture a cappio adiacenti.

MIOGLOBINA: proteina relativamente piccola che lega l’ossigeno nelle cellule muscolari dove ha la

✓ funzione di conservare e trasportare l’ossigeno necessario per le ossidazioni mitocondriali delle

sostanze nutrienti. Consiste in una singola catena polipeptidica di 153 residui amminoacidici la cui

sequenza è nota; contiene un centro ferro porfirinico chiamato eme. Lo scheletro della mioglobina è

costituito da 8 segmenti relativamente compatti di eliche α, interrotte da ripiegamenti. La stabilità della

struttura della mioglobina dipende in gran parte da interazioni idrofobiche. La maggior parte dei gruppi

R idrofobici sono all’interno della molecola mentre tutti i gruppi R polari mano due, sono localizzati

sulla superficie della molecola e tutti sono quindi idratati. La molecola è così compatta che nel suo

interno vi è posto solo per 4 molecole di acqua. Il gruppo eme è localizzato all’interno di una tasca.

L’atomo di ferro posto nel centro del gruppo eme ha due legami di coordinazione perpendicolari al piano

dell’eme. In questa tasca l’accessibilità al solvente è molto limitata; ciò è molto importante in quanto i

gruppi eme in una soluzione ossigenata vengono rapidamente ossidati e l’atomo di ferro passa dallo

stato ferroso allo stato ferrico.

CITOCROMO C: piccola proteina contenente un gruppo eme e composta da una sola catena polipeptidica

✓ di circa 100 residui aa e da un gruppo eme legato covalentemente al peptide. Soltanto il 40% dei

polipeptidi è in α elica, il resto è sottoforma di ripiegamenti, inversioni di direzioni, avvolgimenti

irregolari e segmenti estesi.

LISOZIMA: circa il 40% dei suoi 129 residui aa sono in α elica ma la loro disposizione è diversa e sono

✓ presenti anche alcune strutture β.

RIBONUCLEASI: piccol