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La struttura delle proteine
Funzioni delle proteine
• Strutturali
• Contrattili
• Trasporto
• Riserva
• Ormonali
• Enzimatiche
• Protezione
……………
Struttura della proteina
Struttura secondaria:
ripiegamento locale della catena polipeptidica con andamento
ripetitivo regolare (si considera la disposizione spaziale dello
scheletro del polipeptide, senza considerare la disposizione delle
catene laterali).
Il legame peptidico
Il gruppo peptidico, come conseguenza
delle interazioni di risonanza, è una
struttura rigida e planare con le
caratteristiche tipiche del doppio legame
Il legame C-N è circa 0.13 Å più corto del legame N-Cα;
mentre il il legame C=O è circa 0.02 Å più lungo di
quello delle aldeidi o dei chetoni.
I due carboni alfa sono in configurazione trans
(unica possibile eccezione Pro)
Per convenzione gli angoli di torsione
φ (N-Cα) e ψ (Cα-C) sono uguali a 180°
quando il polipeptide è nella
conformazione completamente estesa
In linea di principio gli angoli φ e ψ possono assumere qualunque
valore compreso tra -180° e +180°, ma molti di questi valori
sono impediti per problemi di interferenza sterica tra gli atomi
dello scheletro polipeptidico e quelli della catena laterale
Collisione !!!
Struttura secondaria:
ripiegamento locale della catena polipeptidica con andamento
ripetitivo regolare (si considera la disposizione spaziale dello
scheletro del polipeptide, senza considerare la disposizione delle
catene laterali.
Il grafico di Ramachandran
Le zone in verde indicano
indicano gli angoli Ψ e Φ
stericamente consentiti.
= Alfa elica destrorsa
L = Alfa elica sinistrorsa
↑↑ = foglietto b parallelo
↑↓ = foglietto b antiparallelo
C = elica del collagene
L’α elica (Pauling e Corey, 1951)
3,6 residui per giro
Catene laterali verso l’esterno
Passo di 5,4 Å
Legame idrogeno ottimale
(2,8 Å) tra C=O e N-H di
quattro residui successivi
elica vista dall’alto
Il dipolo elettrico di un
legame peptidico viene
trasmesso lungo l’elica
mediante i legami
idrogeno intercatena,
generando un dipolo
complessivo dell’elica
Limitazioni alla formazione di α eliche (condizioni
che alterano la stabilità)
• Repulsione o attrazione elettrostatica tra residui con -R
carichi (consecutivi)
• Dimensione dei gruppi -R adiacenti (ingombro sterico)
• Presenza di prolina (Pro) : ripiegamento destabilizzante,
impossibilità di formare il legame idrogeno con gli altri residui
• Presenza di glicina (Gly) : elevata flessibilità
conformazionale avvolgimenti meno rigidi.
• Interazione tra gli amminoacidi terminali dell'elica :
formazione di un dipolo elettrico (gli aa con R- vicino a N-term,
aa con R+ vicino a C-term)
La conformazione beta delle catene polipeptidiche Pauling e Corey 1951
La conformazione beta delle catene polipeptidiche
Connessioni tra catene adiacenti
nei foglietti β
Rappresentazione schematica della
carbossipeptidasi A
La struttura terziaria e quaternaria delle proteine
Proteine fibrose e proteine globulari
Proteine fibrose
Avvolgimento dell’α-cheratina
(parte centrale)
Ripetizione di seq. Aa :
a-b-c-d-e-f-g, con a e d
non polari e allineati sui
lati delle due eliche.
3,5 residui/giro
passo 5,4 Å
Le due eliche formano
un coiled coil
Diversi livelli di organizzazione della cheratina
Sezione trasversale
di un capello
Cellule morte con fasci
di fibrille di cheratina ad
alto contenuto di S-S
La fibroina della seta
Foglietti b antiparalleli estesi
Ripetizione
(-Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala-)n
Flessibile ma non estensibile
La tripla elica del collageno
Gly-X-Y spesso X = Pro Y = HyPro Prolil idrossilasi Vitamina C
Vari tipi di catene
(nei mammiferi 30
catene in 19
combinazioni)
Conformazione elicoidale
sinistrorsa con tre residui
circa per giro
Tre catene si avvolgono
l’una sull’altra con
andamento destrorso
Interazioni molecolari nel collagene
I residui Gly sono vicini all’asse dell’elica
Le fibre sono stabilizzate
dalle interazioni
idrofobiche tra le tre
eliche vicine.
Ci sono anche legami
covalenti trasversali.
Questi NON sono ponti
disolfuro, bensì…
… i legami trasversali si formano tra due residui di His e
Lys (innescate dalla lisil ossidasi) e aumentano con l’età.
Conformazioni diverse conferiscono alle proteine
• proprietà diverse
• dimensioni e forme diverse
Proteine globulari
Le eliche e i foglietti possono combinarsi in vari modi
Motivi proteici
Distribuzione delle catene laterali
I polipeptidi di grandi dimensioni si organizzano in domini
G3PD
La struttura quaternaria ha aspetti funzionali rilevanti
Meno informazione genetica Maggiore fedeltà di sintesi Molteplicità dei siti funzionali Migliore possibilità di regolazione
Simmetria nelle proteine oligomeriche
Ripiegamento e stabilità delle proteine
La conformazione nativa di una proteina è quella a
cui si associa la sua funzione biologica.
Il termine stabilità può essere definito come la
tendenza a mantenere la conformazione nativa
In condizioni fisiologiche le proteine sono solo
marginalmente stabili
(G compreso tra 15 e 65 kJ/mole)
Forze che stabilizzano le proteine
• Effetto idrofobico tendenza delle sostanze non polari a minimizzare il
contatto con l’acqua
• Interazioni elettrostatiche ad es. formazione di ponti H, forze di Van der Waals
• Legami chimici trasversali ad es. ponti disolfuro
Profilo di idropaticità
Denaturazione e rinaturazione
delle proteine
I legami disolfuro possono essere rotti da agenti riducenti
Gli agenti caotropici
L’esperimento di Anfinsen (1957)
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Il paradosso di Levinthal
Come fa una proteina a raggiungere la sua conformazione nativa?
- Proteina di 100 amminoacidi
- Supponiamo almeno 10 diverse conformazioni per aminoacido = 10100 conformazioni possibili
- Se il ripiegamento è casuale e richiede, ad esempio, 10-13 sec per sperimentare ciascuna conformazione possibile, ci vorrebbero 1077 anni per testare tutte le conformazioni possibili alla ricerca della migliore.
L’avvolgimento (folding) delle proteine avviene
attraverso un numero limitato di intermedi
Disolfuro isomerasi
Gli chaperoni molecolari
7 x GroES
7 x GroEL/ATP
7 x GroEL
Consentono il folding all’interno di una cavità,
impedendo l’interazione con altre molecole proteiche
Alcune patologie sono legate ad un errato ripiegamento delle proteine
Proteina del Prione
Nativa aggregata altre proteine
Le proteine sono molecole flessibili
mioglobina
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