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Amminoacidi con gruppi ­R carichi

positivamente (basici)

• Lisina, arginina, istidina

• Sono accettori di protoni

• Le loro catene laterali, contenenti gruppi amminici, a

pH fisiologico sono ionizzate ed hanno carica positiva

L’istidina è debolmente basica (pK = 6,0) ed a pH

• a

fisiologico l’amminoacido libero è in gran parte non

ionizzato; quando si trova incorporata in una

proteina può recare una carica positiva o essere

neutra (proprietà molto importante!)

Struttura degli amminoacidi

Amminoacidi polari con carica

Si dispongono

all’esterno della

molecola proteica a

contatto con il

solvente

*

H

Amminoacidi con gruppi ­R carichi negativamente

)

(acidi

• Acido aspartico, acido glutammico.

• Sono donatori di protoni.

• I gruppi carbossilici delle loro catene laterali, al pH

fisiologico, sono ionizzati ed hanno carica negativa.

PROTEINE ACIDE E BASICHE

Le proteine nelle quali il rapporto:

Σ Σ

(Σ + ) / (Σ + ) >1 sono basiche.

lys arg asp glu

Quando tale rapporto

Σ Σ

(Σ + ) / (Σ + ) <1 sono acide.

lys arg asp glu

Struttura degli amminoacidi

Amminoacidi con caratteristiche particolari

Champe et al., Le basi della biochimica, Ed. Zanichelli

Dal punto di vista biochimico gli amminoacidi si

possono classificare in:

• Essenziali: quegli AA che una determinata specie non è in grado di

sintetizzare (o li sintetizza in quantità non sufficienti *);

­ devono essere introdotti con la dieta

­ Phe, Val, Thr, Try, Ile, Met, Leu, Lys, His*, Arg*

(* sono necessari nella dieta solo durante lo stadio giovanile di

crescita)

• Non essenziali: quegli AA che una determinata specie è in grado di

sintetizzare.

• Glucogenici: tutti gli AA dal cui catabolismo otteniamo acido

piruvico o un intermedio del ciclo di Krebs e che quindi possono essere

utilizzati per riformare glucosio (Asp, Glu, Asn, Gln, His, Pro, Arg,

Gly, Ala, Ser, Cys, Met, Val).

• Chetogenici: gli AA dal cui catabolismo otteniamo acetilCoA o

acetoacetilCoA, che quindi non possono essere utilizzati per

riformare glucosio (leucina e lisina).

• Sia chetogenici che glucogenici: dal loro catabolismo otteniamo acido

piruvico o un intermedio del ciclo di Krebs, oltre che acetil CoA o

acetoacetilCoA (Phe, Tyr, Trp, Ile, Thr).

La struttura delle

proteine

Proteine globulari e fibrose

Le proteine possono essere classificate in due gruppi principali: proteine

globulari e fibrose. Proteine globulari

• Le catene polipeptidiche sono ripiegate ed assumono forma compatta,

sferica o globulare.

• Contengono più tipi di struttura secondaria.

• Le proteine globulari comprendono : enzimi, proteine di trasporto (p.es.

albumina, emoglobina), proteine regolatrici, immunoglobuline, etc.

Proteine Fibrose

• Hanno catene polipeptidiche disposte in lunghi fasci o in foglietti.

• In genere presentano un unico tipo di struttura secondaria.

Sono insolubili in H O per la presenza di elevate [ ] di AA idrofobici.

• 2

• Le catene polipeptidiche si associano in complessi sopramolecolari in

modo da nascondere al solvente le superfici idrofobiche.

• α­cheratina,

Sono adatte a ruoli strutturali (p.es. collageno).

Proteine Fibrose e

Globulari

• Le proteine possono essere Proteine Globulari

divise in due classi: Proteine

fibrose

Le Proteine Fibrose

• Sono di origine animali,

• insolubili in acqua,

• Assolvono ruoli strutturali per lo più.

Si dividono in tre categorie:

le cheratine Formano tessuti protettivi

 i collageni

 Formano tessuti connettivi

le sete

 Come i bozzoli dei bachi da seta

Le Proteine Fibrose

• Cheratine e collageni hanno

strutture ad elica,

• Le sete hanno struttura

foglietto beta Gruppi apolari e ponti

disolfuro tendono a

conferire rigidità e

insolubilità alle proteine

fibrose.

Le Proteine Globulari

• Sono solubili in acqua,

• di forma quasi sferica,

• Assolvono funzioni biologiche. Possono essere:

• Enzimi

• Ormoni

• Proteine di trasporto

• Proteine di deposito

Le Proteine Globulari

• Contengono amminoacidi con

catene polari e carichi,

• Sono strutture elicoidali.

Mioglobina, proteina globulare

che trasporta l’ossigeno nei Le interazioni sono dovute a ponti

muscoli. disolfuro, alla polarità o meno dei

gruppi R, e alla capacità di formare

legame ad idrogeno.

Proteina molecole composte da

una o più catene polipeptidiche

Proteine Proteine

monomeriche multimeriche

eteromultimeriche

omomultimeriche

(stesso tipo di (diversi tipi di

polipeptide) polipeptidi)

Le proteine

Fondamentali in ogni organismo, hanno molteplici ruoli:

• Componenti strutturali (collagene, tessuto connettivo,

citoscheletro, pelle)

• Trasportatori (emoglobina, albumina)

• Trasmettitori di messaggi (ormoni peptidici)

• Catalizzatori di reazioni chimiche (enzimi)

• Difesa contro i patogeni (immunoglobuline)

• Controllo e regolazione dell’espressione genica (istoni)

• Deposito di materiale (ferritina)

• Proteine dei sistemi contrattili (miosina)

Es. Albumina: aumenta solubilita’ degli acidi

grassi nel sangue

Istoni: proteine nucleiche, formano la cromatina

insieme al DNA

Molte malattie sono dovute al difettoso

ripiegamento di una proteina

Alcune patologie derivano da proteine che non sono in grado di raggiungere la loro

struttura funzionale e che tendono a formare grossi aggregati (fibrille o forme amiloidi):

Alzheimer, Parkinson, encefalopatia spongiforme, diabete di tipo II.

In altri casi mutazioni puntiformi generano proteine che non raggiungono la loro locazione

finale o che non sono più in grado di svolgere la loro funzione perché incapaci di legare i loro

substrati.

Fibrosi cistica: difetto nella proteina transmembrana che agisce come un canale degli ioni

cloro nelle cellule epiteliali (CFTR: 1480 amminoacidi). La mutazione più comune è la

delezione di un amminoacido (Phe 508) e la proteina mutata non si avvolge correttamente.

• I 20 amminoacidi che si trovano comunemente nelle proteine

sono uniti l’uno all’altro da legami peptidici.

• La sequenza lineare degli amminoacidi legati contiene

l’informazione necessaria a generare una proteina con una

forma tridimensionale esclusiva.

• La struttura di una proteina è complessa: organizzazione in

4 livelli gerarchici (struttura primaria, secondaria, terziaria,

quaternaria).

Gli amminoacidi possono unirsi tra loro con legami peptidici

Estremità amminica

Il ripetersi di questa reazione dà luogo a polipeptidi e

proteine. Proprieta’ del legame peptidico:

Planare, ha una forza intermedia tra il legame semplice ed il legame doppio.

R O

R O H

+

H C C

N

C C

N H OH

H OH H

H O

O R C

R C

C OH

N

C H

H N H

H

Champe et al., Le basi della biochimica, Ed. Zanichelli

Il legame peptidico è rigido e planare

Gli atomi di Cα di amminoacidi adiacenti sono separati da tre legami covalenti:

Cα – C – N – Cα

PROPRIETA’ DEL LEGAME PEPTIDICO →

I 6 atomi del gruppo peptidico giacciono sullo stesso piano l’ossigeno legato al

carbonio del gruppo carbonilico e l’atomo di idrogeno legato all’azoto amminico, si

trovano in trans.

L’ossigeno carbonilico ha una parziale carica negativa e l’azoto amminico ha una

 →

parziale carica positiva ciò genera un parziale dipolo elettrico.

I legami ammidici C­N hanno un parziale carattere di doppio legame per effetto

della risonanza→ non possono ruotare liberamente.

La rotazione è permessa solo attorno ai legami N­Cα e Cα­C.

 Il legame peptidico è rigido e planare

φ ψ

e sono di 180° quando il polipeptide è nella conformazione complanare estesa e tutti i gruppi peptidici sono sullo

stesso piano.

φ ψ

e possono assumere tutti i valori compresi tra ­180° e +180°, ma molti valori risultano proibiti per interferenze

steriche tra gli atomi dello scheletro del polipeptide e quelli delle catene laterali.

peptidi, polipeptidi e proteine

gli aminoacici sono uniti tra loro da legami peptidici

energia di legame 100

Kcal/mol

• non vengono rotti con l’ebollizione, ma solo con

l’azione prolungata di acidi o basi concentrate

• gli enzimi proteolitici sono in grado di rompere tali

legami

esistono sequenze lunghe da pochi aminoacidi a migliaia di aminoacidi con peso molecolare da 5 a 1000

KDalton (1 Dalton = 1/12 massa C)

12

# aminoacidi

peptide (oligopeptide) <20

polipeptide <60

proteina >60

Polarità del legame peptidico

Legame

peptidico

Caratteristiche del legame peptidico

• Ha il carattere di un doppio legame parziale (è più corto di un legame

singolo).

• E’ rigido e planare (non è possibile la rotazione attorno al legame tra il

carbonio carbonilico e l’azoto del legame peptidico).

• In genere è un legame di tipo trans, a causa di interferenze steriche tra i

α­amminico α­carbossilico

gruppi ­R (i legami tra un Cα e un gruppo o

possono ruotare!)

• I gruppi ­C=O ed ­NH del legame peptidico non hanno una carica

α­amminico

elettrica (a differenza del gruppo all’estremità N­terminale ed

α­carbossilico al C­terminale) ma sono polari e partecipano alla

formazione di legami a idrogeno.

Denominazione dei peptidi

• L’unione di più amminoacidi mediante legami peptidici

produce una catena denominata polipeptide.

• Per convenzione, l’estremità amminica libera della catena

peptidica (estremità N) si scrive a sinistra mentre quella

carbossilica libera (estremità C) si scrive a destra.

• Le sequenze di amminoacidi si leggono sempre

dall’estremità N all’estremità C del peptide.

• I singoli amminoacidi in una catena peptidica sono chiamati

residui amminoacidici.

• In genere le proteine sono composte da 50­2000 residui

amminoacidi.

• La struttura primaria di una proteina è definita dalla

sequenza lineare dei residui amminoacidici.

proteine: struttura primaria

• riguarda la sequenza “lineare” degli aminoacidi

• struttura covalente (legami peptidici)

.Sequenza di 2: 20 x 20 = 202 = 400 dipeptidi diversi

.Sequenza di 3: 20 x 20 x 20 = 203 = 8000 tripeptidi diversi

.Sequenza di 100: 20100 = 1.27x10130 peptidi diversi

Di tutte queste possibili forme, l’evoluzione ha scelto solo alcune, che rappresentano il risultato di

una precisa selezione mirata ad ottimizzare la funzione della proteina

Struttura primaria

• La sequenza degli aminoacidi di una proteina si chiama

struttura primaria.

• Nelle proteine, gli amminoacidi sono uniti covalentemente con

legami peptidici.

• α­

I legami peptidici sono legami ammidici tra il gruppo α­

carbossilico (­COOH) di un amminoacido ed il gruppo

amminico (­NH ) dell’amminoacido successivo.

2

• Durante la formazione del legame peptidico viene eliminata una

molecola di acqua (reazione di condensazione).

La peculiare sequenza amminoacidica di una catena

polipeptidica rappresenta la struttura primaria

Lisozima

Per funzionare una proteina deve assumere una struttura

tridimensionale precisa

collagene mioglobina

Struttura secondaria

• Si riferisce alla conformazione locale della catena

polipeptidica.

• E’ determinata da interazioni di tipo legame a idrogeno fra

l’ossigeno di un gruppo carbonilico del legame peptidico e

l’idrogeno del gruppo ammidico di un altro legame peptidico.

• Esistono due tipi di strutture secondarie:

α β

l’ ­elica ed il foglietto .

proteine: struttura secondaria

strutture dovute ad interazioni “locali” di tipo ponte­H

β­foglietto

α­elica • legami idrogeno fra aminoacidi di catene

• ponte­H ogni 3,6 diverse

aminoacidi • foglietto piegato

•Il legame H si

instaura tra l’H

dell’azoto amidico e l’O

del gruppo carbonilico

• residui esterni alla

spirale α

Struttura secondaria ( ­elica)

• E’ una struttura in cui la catena polipeptidica è avvolta a spirale .

• Le catene laterali degli amminoacidi (­R) si protendono verso

l’esterno rispetto all’asse della spirale.

• L’α­elica è stabilizzata da legami idrogeno intracatena che si

formano tra l’ossigeno carbonilico di un legame peptidico e l’idrogeno

ammidico di un legame peptidico situato a 4 residui di distanza sulla

catena.

• La prolina interrompe l’α­elica!!!

• Gli amminoacidi con catene laterali (­R ) voluminose o cariche

possono interferire con la formazione dell’α­elica.

Struttura secondaria: alfa elica

Legame idrogeno

Le proprietà idrofobiche o

idrofiliche di una alfa-elica

dipendono dalle catene

laterali degli aa

Champe et al., Le basi della biochimica, Ed. Zanichelli


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4.11 MB

AUTORE

Atreyu

PUBBLICATO

+1 anno fa


DESCRIZIONE DISPENSA

Materiale per il corso di Chimica Medica dei Proff. Massimiliano Coletta e Stefano Marini, riguardante i seguenti argomenti:
- Intoduzione alle proteine, cosa sono, composizione etc.;
- Gli aminoacidi, cosa sono, struttura chimica;
- Classificazione degli aminoacidi;
- La struttura delle proteine (primaria, secondaria, terziaria e quaternaria), proteine fibrose e proteine globulari;
- Il legame peptidico.


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in farmacia (Facoltà di Medicina e Chirurgia e di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali)
SSD:
A.A.: 2011-2012

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Atreyu di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di CHIMICA MEDICA e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Tor Vergata - Uniroma2 o del prof Coletta Massimiliano.

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