Biologia applicata, LZ - Paniere compilato

DNA.

○​ Elica-ansa-elica (helix-loop-helix): Due α-eliche separate da un breve tratto

ripiegato (ansa). Permette l'unione di due proteine o domini. Comune in proteine che

legano il DNA e in molte proteine di membrana (canali ionici, recettori).

○​ β-barile: Un foglietto β si ripiega su se stesso a formare un cilindro. Comune in

enzimi.

○​ β-sandwich: Due foglietti β si uniscono come due fette di pane.

Struttura Terziaria delle Proteine

La struttura terziaria è l'organizzazione tridimensionale complessiva che una proteina assume,

risultante dagli avvolgimenti della catena polipeptidica stabilizzati da interazioni tra i gruppi R

dei vari amminoacidi.

Immagine suggerita: Rappresentazione delle strutture primaria, secondaria e terziaria delle proteine.

●​ Tipi di Legami che la Stabilizzano:

○​ Deboli: Legami idrogeno, interazioni elettrostatiche, forze di Van der Waals (tra

gruppi R idrofobi).

○​ Forti (covalenti): Ponti disolfuro (tra due residui di cisteina).

●​ La struttura terziaria, insieme alla secondaria, conferisce alla proteina la sua configurazione

tridimensionale definitiva e l'attività biologica.

●​ Processo di Avvolgimento: Inizia durante la sintesi proteica (catena nascente),

progressivamente dall'N-terminale.

○​ Le chaperonine sono proteine accompagnatrici che favoriscono il corretto

avvolgimento, soprattutto per proteine complesse.

●​ Relazione tra Struttura Primaria e Terziaria:

○​ La struttura primaria contiene l'informazione necessaria per l'acquisizione delle

strutture secondaria e terziaria (dimostrato da esperimenti di

denaturazione/rinaturazione per alcune proteine).

○​ Tuttavia, la denaturazione (rottura di legami deboli e ponti disolfuro, mantenendo la

primaria intatta) è irreversibile per molte proteine complesse, che precipitano.

●​ Domini Proteici: Le strutture secondarie e terziarie contribuiscono alla formazione di

domini, regioni specializzate con una struttura tridimensionale ben definita e funzioni

biologiche specifiche.

○​ I domini sono unità modulari (50-350 amminoacidi) e possono avere struttura e

funzione simili anche in proteine con strutture primarie globalmente diverse.

○​ Un piccolo cambiamento in un dominio può alterare drasticamente la funzione (es.

regioni variabili degli anticorpi).

○​ L'evoluzione seleziona le proteine in base alle proprietà funzionali dei loro domini.

●​ L'avvolgimento termina quando la proteina raggiunge una configurazione stabile,

acquisendo i motivi e i domini che ne determinano la funzione definitiva.

LEZIONE 8

Riassunto Dettagliato: Proteine - Struttura Quaternaria, Modifiche Post-Traduzionali e

Complessi Sopramolecolari

1. Struttura Quaternaria delle Proteine

La struttura quaternaria è un livello di organizzazione strutturale presente nelle proteine multimeriche,

cioè quelle composte dall'assemblaggio di più catene polipeptidiche, chiamate subunità proteiche.

●​ Le subunità possono essere uguali o diverse tra loro.

●​ L'assemblaggio avviene dopo che ogni subunità ha acquisito la propria struttura

secondaria e terziaria.

●​ L'unione tra le subunità è mediata da legami deboli formati tra punti specifici delle loro

superfici, tra cui:

○​ Legami a idrogeno

○​ Forze di Van der Waals

○​ Legami ionici

●​ Le subunità sono in stretto contatto, e anche una minima modificazione conformazionale di

una subunità influenza le altre in contatto (effetto cooperativo).

●​ Esempio: Emoglobina

○​ Proteina di trasporto dell'ossigeno nei globuli rossi.

○​ Nell'adulto, è tipicamente costituita da due subunità α e due subunità β (struttura

α₂β₂), codificate da geni distinti.

○​ Ogni subunità contiene un gruppo eme (non proteico, con atomo di ferro) che è il

sito di legame per l'O₂.

○​ Esistono varianti di emoglobina a seconda dello stadio di vita (es. fetale con catene ε

e γ).

○​ La struttura quaternaria permette una regolazione fine della funzione, come l'effetto

cooperativo che consente all'emoglobina di legare l'O₂ nei polmoni e rilasciarlo nei

tessuti a bassa tensione di O₂.

●​ Altri esempi: La maggior parte degli enzimi sono multimerici, con subunità che possono

avere funzioni catalitiche, regolatorie o stabilizzanti, formando un oloenzima (forma attiva

dell'apoenzima più cofattori).

●​ L'importanza funzionale della struttura quaternaria è evidente nei meccanismi di regolazione

allosterica dell'attività enzimatica.

2. Modifiche Post-Traduzionali delle Proteine

Dopo la sintesi proteica (traduzione), molte proteine subiscono modificazioni post-traduzionali,

essenziali per la loro configurazione matura, localizzazione intracellulare e regolazione dell'attività.

●​ Tipi di Modifiche Stabili (irreversibili o semi-permanenti):

○​ Tagli proteolitici: Operati da specifici enzimi proteasi, suddividono la catena

polipeptidica in frammenti.

■​ Ruoli biologici dei tagli proteolitici:

■​ Distruzione di proteine difettose/non più necessarie (molteplici e

generalizzati).

■​ Regolazione dell'attività biologica: Rimozione di porzioni che

ostacolano il funzionamento o generazione di più proteine attive da

un unico precursore.

■​ Esempio: Insulina: La pro-insulina (inattiva) viene tagliata da

proteasi in tre frammenti; due di essi, uniti da ponti disolfuro,

formano l'insulina attiva.

■​ Protezione cellulare: Sintesi di pro-enzimi (forme inattive) che

vengono attivati solo nel luogo di azione (es. tripsinogeno,

chimotripsinogeno, pro-carbossipeptidasi del pancreas esocrino,

attivati nell'intestino dall'enterochinasi e dalla tripsina stessa).

■​ Generazione di più ormoni da un unico precursore: Es.

pro-opiomelanocortina (POMC) tagliata in ormoni come ACTH,

β-lipotropina, α-MSH, β-endorfine ed encefaline (oppioidi endogeni,

neuromodulatori del dolore).

○​ Aggiunta di porzioni non proteiche: Riguarda l'aggiunta di residui o gruppi

prostetici (molecole non proteiche) tramite legami (spesso covalenti). Le proteine

risultanti sono chiamate proteine coniugate.

■​ Glicosilazione: Aggiunta di catene di oligosaccaridi (carboidrati).

■​ Processo che avviene nel reticolo endoplasmatico rugoso e

nell'apparato del Golgi.

■​ Le glicoproteine di membrana mostrano questi residui sulla

superficie esterna, formando il glicocalice (microambiente idratato).

■​ Lipoproteine: Aggiunta di residui lipidici (acidi grassi, fosfolipidi).

■​ Il legame covalente stabilizza l'interazione con le membrane.

■​ Aggiunta di gruppi prostetici: Molecole organiche complesse legate

covalentemente.

■​ Esempio: Gruppo eme nell'emoglobina: La ferroprotoporfirina

(gruppo eme) è il nucleo funzionale di emoglobina e mioglobina, con

un atomo di ferro coordinato dall'enzima ferrochelatasi.

●​ Tipi di Modifiche Reversibili o Transitorie: Costituiscono meccanismi sofisticati di

regolazione dell'attività proteica.

○​ Fosforilazione e Defosforilazione:

■​ Fosforilazione: Aggiunta di un gruppo fosfato al gruppo R di amminoacidi

alcolici (serina, treonina, tirosina), formando un fosfoestere. Catalizzata da

proteinchinasi (PK), che trasferiscono un gruppo fosfato dall'ATP (o GTP)

alla proteina. Consuma energia.

■​ Defosforilazione: Rimozione del gruppo fosfato. Catalizzata da fosfatasi.

■​ Effetti: Il gruppo fosfato, con le sue cariche negative, modifica il bilancio

elettrico della superficie proteica, causando un cambiamento

conformazionale e di conseguenza una modifica dell'attività biologica

della proteina. Regolano innumerevoli processi cellulari.

3. Complessi Sopramolecolari

Le proteine spesso non agiscono da sole, ma si associano ad altre proteine (uguali o diverse) per

formare complessi sopramolecolari, le cui dimensioni possono essere visibili al microscopio

elettronico.

●​ Assemblaggio: Le proteine si riconoscono tramite motivi di interazione (es. chiusura lampo

di leucine, elica-ansa-elica) e si uniscono tramite numerosi legami deboli (spesso reversibili)

o talvolta legami covalenti.

●​ Le singole proteine che formano il complesso sono dette subunità.

●​ Ogni subunità può svolgere compiti specifici e diversi all'interno del complesso (es. subunità

catalitiche e regolatorie in enzimi, subunità di riconoscimento del DNA e di reclutamento del

macchinario di trascrizione).

●​ La vicinanza fisica delle subunità implica che un cambiamento in una subunità influenzi le

altre, modificando l'attività biologica dell'intero complesso (es. effetto della fosforilazione).

●​ Formazione: Avviene per reclutamento graduale delle componenti nel compartimento

cellulare di destinazione. I complessi possono reclutare o rilasciare subunità a seconda delle

necessità funzionali.

●​ Esempi di Complessi Sopramolecolari:

○​ Filamenti di actina e miosina: Costituenti del citoscheletro, formati dalla

polimerizzazione di subunità uguali (actina globulare) o dall'unione di due molecole

(miosina). Legami deboli.

○​ Fibrille e fibre di collagene: Nella matrice extracellulare. Molecole a tripla elica di

collagene si legano tra loro tramite legami covalenti trasversali (tra lisina e

idrossilisina). Conferiscono elevatissima resistenza alla trazione e robustezza

meccanica (simili all'acciaio). Difetti genetici nel collagene causano collagenopatie

(es. osteogenesi imperfetta, condrodisplasia, sindrome "dell'uomo-gomma").

○​ Fibre elastiche (elastina): Nella matrice extracellulare, conferiscono elasticità ai

tessuti (es. setto nasale, arterie). Le molecole di elastina si comportano come molle,

distendendosi e ritornando alla forma arrotolata.

In conclusione, la complessità delle proteine si estende oltre la singola catena polipeptidica, con la

formazione di strutture quaternarie e complessi sopramolecolari essenziali per la loro funzione, e le

modifiche post-traduzionali rappresentano meccanismi chiave per la loro regolazione e

specializzazione.

LEZIONE 9

Riassunto Dettagliato: Gli Acidi Nucleici - Cenni Storici e Struttura

Gli acidi nucleici, ovvero l'acido desossiribonucleico (DNA) e l'acido ribonucleico (RNA), sono

macromolecole che portano l'informazione genetica essenziale per la crescita, la differenziazione e le

funzioni cellulari. A differenza delle proteine (strutturali e funzionali), gli acidi nucleici sono i

depositari dell'eredità.

●​ Sono polimeri lineari composti da unità semplici chiamate nucl