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I lipidi, lipidi semplici, lipidi complessi, i fosfolipidi nella membrana plasmatica, fluidità della membrana, movimento dei lipidi, colesterolo nella membrana plasmatica, terpeni, fluidità della membrana citoplasmatica, le proteine, polimeri di amminoacidi, organizzazione strutturale delle proteine, legame peptidico, struttura primaria proteine, struttura secondaria proteine, struttura terziaria proteine, struttura quaternaria proteine, denaturazione proteine, rinaturazione proteine, folding proteine, conformazione proteine, ripiegamento proteine, Varietà di proteine e funzioni
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LIPIDILIPIDI
��Hanno la caratteristica di essere Hanno la caratteristica di essere solubili in solventi apolari e solubili in solventi apolari e contengono, per grammo, una contengono, per grammo, una quantità di energia notevolmente quantità di energia notevolmente superiore rispetto alle altre molecole superiore rispetto alle altre molecole di importanza biologicadi importanza biologica
Lipidi semplici: esteri di acidi grassi a Lipidi semplici: esteri di acidi grassi a
lunga catenalunga catena
GLICERIDI: esteri di acidi grassi + una molecola di glicerolo
- sono insolubili in acqua
- costituiscono un importante materiale di riserva
-hanno una conducibilità termica scarsa
CERE: esteri di acidi grassi+ alcool a lunga catena
Sono molecole nettamente apolari (idrofobiche) perciò
ottimi isolanti
Lipidi semplicimonogliceridi, digliceridi, trigliceridi
OH
H-C-O-C-C-C-C-C- Legame estere
R R
Legame estere
gruppo estereo
Lipidi sempliciCere: esteri di acidi grassi a lunga catena+alcool
CC--CC--CC--CCnn--COCOOOHH + + HHOO--CC--CC--CC--CC
-- HH22OO
H
H alcoolacido grasso
O
RR
C-C-C-Cn-C-O-C-C-C-C
acido grasso alcool
-Sono molecole ANFIPATICHE
-Esteri o ammidi di acidi grassi a lunga catena,
combinati con composti di natura diversa (acido
fosforico, ammine, amminoacidi, mosaccaridi,
oligosaccaridi)
LIPIDI COMPLESSI
Fosfogliceridi
Amminoalcool
a lunga catena
Legame
ammidicoLegame
estere
aminoalcol
Sfingolipidi
Non contengono carboidrati
Glicosfingolipidi
gruppo(i) glucidici + sfingolipidi
Lipide neutro
Lipide carico negativamente (acido sialico)
Cerebrosidi e Gangliosidi sono glicosfingolipidi
FOSFOGLICERIDIFOSFOGLICERIDIDerivati dell’acido fosfatidico in cui i due gruppi alcoolici del glicerolo sono esterificati con 2
ac. grassi (saturo+ insaturo) mentre il terzo -OH è esterificato da una molecola di acido
fosforico.
SFINGOLIPIDISFINGOLIPIDILa molecola di base è un ammino-alcool, la
sfingosina, che grazie ad un gruppo amminico e ad un
gruppo alcoolico primario forma molecole complesse
come SFINGOLIPIDI e GLICOSFINGOLIPIDI
COME SI ORGANIZZANO COME SI ORGANIZZANO
I FOSFOLIPIDI NELLA I FOSFOLIPIDI NELLA
MEMBRANA PLASMATICA?MEMBRANA PLASMATICA?
FosfoglicerideFosfatidil-etanolammina
Fluidità della membrana
-Lunghezza delle catene degli acidi grasso
-Presenza di doppi legami
-Presenza del colesterolo
Acido grasso insaturo(legami semplici e doppi)
Acido grasso saturo(legami semplici)
Acidi grassi saturi impacchettati
> n. interazioni idrofobiche
Acidi grassi insaturi impacchettati
< n interazioni idrofobiche
Effetti della temperatura sul doppio strato lipidico
< temperatura
> temperatura
OH
Come il colesterolo influenza la fluidità
delle membrane?
I LIPIDI SI MUOVONO….
MOVIMENTO DEI LIPIDI
FLIP-FLOP
DIFFUSIONE LATERALE
terpeniterpeni
unità isoprene
Le membrane sono fluide e permettono il
movimento delle proteine
PROTEINEPROTEINE
Funzione: - enzimatica
- strutturale (citoscheletro)
- trasporto (emoglobina)
- deposito (ovalbumina)
- ormoni (FSH)
- fattori di crescita (EGF)
- Anticorpi
- fattori di trascrizione (ER)
Trasportoa-canale idrofilo selettivob-proteina di trasporto che usa ATP
Attività enzimaticaEnzimi di membrana associati a formare un complesso coinvolto in una via metabolica
Trasduzione del segnaleProteina di membrana riconosce ligando extra-cellulare. Il legame induce una cascata di eventi all’interno della cellula
Adesione intercellulareProteine di membrana di cellule adiacenti possono unirsi per formare giunzioni
Riconoscimento fra cellule
Adesione al citoscheletroe alla matrice
Composizione: L-a-amminoacidi [20 aa + selenocisteina (UGA) e
pirrolisisna (UAG)]
NH2 C COOH
R
Hgruppo carbossilicogruppo amminico
catena laterale
idrogeno
Le proteine sono polimeri di aa
La catena
laterale
differenzia
i singoli aa
Steroisomeridegli aaIsomeri ottici:
l’atomo di
carbonio α è
asimmetrico,
sono possibili
due
stereoisomeri
(enantiomeri)
che sono
immagini
speculari (D e L in
dipendenza della
posizione
dell’NH3)
ORGANIZZAZIONE STRUTTURALE
DELLE PROTEINE
Gli aa sono acidi e basi deboli
NH3+ Cαααα COO -
H
R
aa POLARI carichi negativamente o positivamente
-proteine semplici (soli aa)
-proteine coniugate (porzione aa + porzione lipidica o
carboidratica
APOPROTEINA GRUPPO PROSTETICO
L’aggiunta del gruppo PROSTETICO all’APOPROTEINA
mediante legame covalente fa parte delle modifiche POST-
TRADUZIONALI delle proteine (lipo- e glico-proteine)
Struttura chimica
LEGAME PEPTIDICO
Delocalizzazione degli elettroni
Orbitale delocalizzato
Il legame peptidico è planare e rigido: il legame C-N
non può ruotare
Rotazione possibile
Lunghezza di
legame intermedia
La maggiore elettronegatività
dell’O si trasmette all’N e quindi
all’H
La catena risulta polarizzata
Struttura primaria
Semplice sequenza aa
Conformazione delle proteine: struttura
tridimensionale dettata dalle interazioni tra
le catene laterali
conformazione
Legami deboli e disolfuro stabilizzano la struttura terziaria
Legami idrogeno stabilizzano la struttura secondaria
αααα elica
ββββ foglietto
Rappresentazione αααα elica (cilindro) e ββββ foglietto (freccia)
Scomposizione della struttura terziaria in più livelli di organizzazione
1) struttura primaria
2) struttura secondaria
3) struttura terziaria
AVVOLGIMENTO DESTRORSO
3,6 residui
CααααC
NH
O
C N
H
O
C N
HO
Legami a idrogeno di un’αααα elica si instaurano all’interno di
una singola catena polipeptidica e sono paralleli all’asse
Catene
polipeptidiche
adiacenti
interagiscono
via legami
idrogeno
Struttura β foglietto
Legami idrogeno
parallele antiparallele
NH2NH2 COOH
COOHLegami
idrogeno
Orientamento parallelo e antiparalleloOrientamento parallelo e antiparallelo
-Parallele: stessa polarità, stessa direzione
-Antiparallele: stessa polarità, direzioni opposte
Orientamento parallelo e antiparalleloOrientamento parallelo e antiparallelo
Ogni legame peptidico
forma due legami H
Struttura più stabile dato
il miglior orientamento
degli atomi impegnati
nella formazione dei
legami idrogeno
Alcune proteine hanno una struttura quaternaria
EMOGLOBINA: 2 αααα e 2ββββ
Forze che stabilizzano la struttura quaternaria
Catene leggere e pesanti interagiscono
soprattutto attraverso ponti disolfuro
Denaturazione e RinaturazioneAgenti denaturanti fisici (calore
radiazioni ionizzanti) o chimici (pH,
guanidina, urea) inducono la perdita
della funzione biologica ma non
intaccano i legami peptidici
Avviene solo in certe condizioni (la
conformazione dipende dalla
struttura primaria!!!)
Se il folding è corretto la proteina
riacquista la sua attività biologica
Un corretto ripiegamento/folding detta una corretta conformazione e attività biologica
Proteina solubile
La CONFORMAZIONE è alla base
dell’ ATTIVITA’ BIOLOGICA di una
proteina
Conformazioni di proteine che interagiscono
con il doppio strato fosfolipifdico
Porzione polare:
aa polari che
espongono i loro R
Porzione apolare:
aa apolari che
espongono i loro R
gli aa apolari espongono i loro R verso le code apolari
degli acidi grassi
Formazione di un canale apolare
monopasso
multipasso
Possibili disposizioni del C-Term e dell’N-Term delle
proteine di membrana
Singolo, doppio, triplo dominio transmembrana
l’eme è una molecola organica, contenente un atomo di Fe2+ capace di legare l’O2 reversibilmente
Corretto folding delle catene αααα e ββββ dettano
una corretta conformazione dell’emoglobina
e quindi la sua attività biologica
le tasche idrofobiche
mantengono l’atomo
di Fe nello stato
ferroso Fe2+,
evitandone
l’ossidazione in
ferrico Fe3+
FoldingFolding/conformazione/dominio di legame di /conformazione/dominio di legame di
un un recettorerecettore per uno specifico per uno specifico ligandoligando
Recettore-ligando: es. d’interazione
-proteina-proteina (FSHR-FSH)
-proteina-lipide (ER-Estradiolo)
Specificità di
legame: le
due forme si
riconoscono
Affinità di legame: legami
deboli stabilizzano il
riconoscimento
L’attività di una proteina può essere
regolata mediante variazione di
conformazione
-Regolazione allosterica
-Regolazione mediante modificazione covalente
Regolazione allosterica:
effettore allosterico di tipo attivatorio o inibitorio
Attivazione Inibizione
Il legame effettore/enzima-è dettato da interazioni deboli
-è facilmente reversibile
Il legame effettore/enzima e quindi attivazione o inibizione
dell’enzima dipende dalla concentrazione dell’effettore
Regolazione dell’attività di una proteina
per modificazione covalente
proteina inattiva
proteina inattiva proteina attiva
La modificazione può attivare o inibire
proteina attiva
La proteina viene fosforilata a livello della catena laterale di alcuni amminoacidi
amminoacidi fosforilabili
La fosforilazione è alla base del funzionamento
della pompa SODIO-POTASSIO
K+ K+
<[Na+]>[K+]
>[Na+]<[K+]
>[Na+) <[K+]
<[Na+) >[K+]
Pompa Na+/K+
La variazione di conformazione
non è dettata solo dall’effettore
o da modificazioni covalenti
variazione conformazionale del trasportatore di membrana dipendente da ligando
legame
rilascio
cambio conformazione
GLUT1 nei globuli rossi
Il cAMP lega la PKA e la attiva: rilascio delle
subunità catalitiche ad attività chinasica
Varietà di proteine e funzioni
Piccole proteine globulari con capacità di aggregarsi
(le subunità si aggregano in strutture)
Conformazione dell’actina G
bilobata
con un
sito di
legame
per
ATP/ADP
testa
appuntita
coda
sfrangiata
/ADP
Microfilamenti o filamenti di actina
Monomero di actina G con attività ATPasica
coda
testa
Filamento di actina singolo polarizzato
estremità
appuntita
Polimerizzazione
testa-coda
α α α α actina
β β β β actina
γ γ γ γ actina
Differenti isoforme di actina
ATP
ATP
ADP
ATP
ADP
ADP
ADP
estremità
sfrangiata
ATP
ATP
I monomeri di actina G polimerizzano formando
due catene filamentose che si intrecciano
le catene filamentose intrecciate nell’insieme prendono il nome
di microfilamento o microfilamento di actina F o actina F
depolimerizzazione
(+) (-)
- La concentrazione di actinaG/ATP è maggiore ad una delle due
estremità
-il monomero ActinaG/ATP tende a polimerizzare (polimerizza
più facilmente del monomero ActinaG/ADP)
-Avvenuta la polimerizzazione l’ATP viene lentamente idrolizzato
-il monomero ActinaG/ADP tende a depolimerizzare (si dissocia
facilmente)
ATP
ADP
ATP ATP ATPATP
ATP ATP ATP ATP ATPADP
ADP
ADP
ADP ADP
ADP
ATP
ADP
polimerizzazione
ATP
ATP
ADPMicrofilamento polarizzato Testa-Coda
Microfilamento di actina F formato da monomeri di
actina G
Organizzazione dei microfilamenti di actina in
reticoli e fasci
Organizzazione in fasci
13 protofilamenti
Cilindro cavo in
allungamento
per aggiunta di
nuovi dimeri
La tubulina, piccola proteina globulare, si
organizza in dimeri, αβαβαβαβ, e forma strutture
cilindriche cave: i microtubuli
centrosoma
Centri di nucleazione
Un microtubulo è formato da 13 Un microtubulo è formato da 13 protofilamentiprotofilamenti di di tubulinatubulina αα e e ββ
(struttura a trave(struttura a trave --B)B)
protofilamento
Citoscheletro: forma e sostegno, adesione, migrazione
Microtubuli identificati mediante Microtubuli identificati mediante fluorescenzafluorescenza
Le funzioni del Le funzioni del citoscheletrocitoscheletro
Supportare gli organuli nella posizione utile alla loro funzione
Proteine motrici
Il neurotrasmettitore viene sintetizzato e vescicolato a
livello del corpo cellulare e quindi trasportato lungo
l’assone fino alla sinapsi da proteine motrici
Proteine enzimatiche: fungono da catalizzatoriProteine enzimatiche: fungono da catalizzatori
substratoenzima
Proteine enzimaticheProteine enzimatiche
prodotti di
reazione
affinità substrato
e riconoscimentolegame
modifica
substrato
Andamento della velocità di una reazione
enzimatica, in funzione della concentrazione del
substrato
L’enzima è completamente
saturato dal substrato
Rappresentazione schematica dei fenomeni alla base
della cinetica di saturazione degli enzimi
>concentrazione substrato
> n. siti attivi occupati dal
substrato
La velocità di reazione è limitata dalla saturazione dell’enzima
(all’aumentare del substrato, la velocità di reazione non può
aumentare ulteriormente)