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Esempi di funzioni svolte dalle proteine

Trasporto di sostanze

Funzioni strutturali

Movimento

Invio o ricezione di segnali

Difesa contro agenti infettivi

Catalisi enzimatica

Regolazione della funzione dei geni

Le funzioni svolte dalle proteine

Esempi di Proteine di trasporto

albuminaemoglobinatransferrinapompe ioniche e canali

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Proteine di trasporto: l’emoglobina

Proteine di trasporto: canali ionici

3

Proteine strutturaliforniscono supporto meccanico e base per i movimenti a cellule e tessuti

esempicollageneelastinaactinatubulinacheratina

Proteine strutturali: collagene

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Proteine strutturali: tubulina e microtubuli

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Proteine motricigenerano movimenti nelle cellule e nei tessuti

Esempimiosina

chinesinadineina

Le proteine motrici si muovono su “rotaie” formate da proteine strutturali

LA STRUTTURA TRIDIMENSIONALE DI UNA PROTEINA NON E’ RIGIDA, MA DINAMICA

L’INTERAZIONE CON ALTRE MOLECOLE

POTRA’ MODIFICARE REVERSIBILMENTE LA

CONFORMAZIONE DELLA PROTEINA

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Proteine motrici: chinesine e dineine

Molecole segnale:ormoni (insulina)fattori di crescita (NGF, EGF)

RECETTORI PER MOLECOLE SEGNALE

Proteine segnalatrici

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Proteine recettoririvelano i segnali che arrivano alle cellule e trasmettono l’informazione

EsempiRodopsinaRecettori olfattoriRecettori ormonali

La proteina cambia reversibilmente conformazione quando viene in contatto con il segnale (luce, sostanza odorosa, ormone)

Proteine di difesapartecipano alla difesa

dell’organismo contro le aggressioni (batteri, virus,

tossine)

Esempianticorpi

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Struttura degli anticorpi

ENZIMII catalizzatori delle reazioni chimiche degli

organismi

ENZIMA REAZIONE CATALIZZATAproteasi degradano le proteinesintetasi sintetizzano molecolechinasi aggiungono gruppi fosfatofosfatasi rimuovono gruppi fosfatoATPasi idrolizzano ATP….. ………..

LA MAGGIOR PARTE DEGLI ENZIMI SONO PROTEINE. ANCHE ALCUNI RNA SONO

DOTATI DI ATTIVITA’ CATALITICA (RIBOZIMI)

ESEMPI DI ENZIMI

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LE VARIAZIONI DI ENERGIA IN UNA REAZIONE

ENERGIA POTENZIALE MAGGIORE

ENERGIA POTENZIALE MINORE

1 2

IN UNA REAZIONE TERMODINAMICAMENTE FAVOREVOLE LA DIFFERENZA TRA ENERGIA FINALE ED ENERGIA INIZIALE HA UN VALORE NEGATIVO: LA REAZIONE LIBERA ENERGIA

ENERGIA DEI REAGENTI > ENERGIA DEI PRODOTTI

UN ENZIMA:• NON RENDE POSSIBILE UNA REAZIONE CHE IN SUA ASSENZA SAREBBE CHIMICAMENTE O TERMODINAMICAMENTE IMPOSSIBILE.

• E’ PERÒ IN GRADO DI ACCELERARLA DI MOLTI MILIONI O MILIARDI DI VOLTE

ACQUA OSSIGENATA: H202 H20 + ½O2

H202 H202 + SANGUE

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REAZIONE POSSIBILE

IN ASSENZA DI UNA SPINTA IL MASSO NON CADEMA……

PER AVVIARE UNA REAZIONE E’ NECESSARIO SUPERARE UNA “SOGLIA” ENERGETICA:

L’ENERGIA DI ATTIVAZIONE

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Energia di attivazione

Energia

Num

ero

di m

olec

ole

Poche molcole hanno l’energia sufficiente per superare la soglia di attivazione e quindi reagire

Riscaldando l’energia media aumenta (la curva si sposta verso destra). Un maggior numero di molecole ragirà

PER AVVIARE UNA REAZIONE E’ NECESSARIO SUPERARE UNA “SOGLIA” ENERGETICA:

L’ENERGIA DI ATTIVAZIONE

GLI ENZIMI RIDUCONO L’ENERGIA DI ATTIVAZIONE

Reazione noncatalizzata

Reazionecatalizzata

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TRA MOLTE REAZIONI POSSIBILI PER UNA DATA MOLECOLA, QUELLA CATALIZZATA DA UN ENZIMA SI VERIFICHERA’ IN MODO SIGNIFICATIVO, MENTRE LE ALTRE SARANNO PRATICAMENTE ASSENTI

SE UN ENZIMA CATALIZZA LA REAZIONE 1, SOLTANTO QUESTA SI VERIFICHERA’ IN MODO APPREZZABILE

IN ASSENZA DI CATALISI LE REAZIONI 1, 2, 3, 4 SARANNO QUASI ASSENTI

ENZIMIInterazione enzima-substrato

E + S ES E + P L’ENZIMA SI LEGA AL SUBSTRATO FORMANDO UN COMPLESSO ENZIMA-SUBSTRATO.

PER QUESTO LEGAME E’ ESSENZIALE IL CORRETTO RICONOSCIMENTO TRA ENZIMA E SUBSTRATO (SPECIFICITA’)

AL TERMINE DELLA REAZIONE L’ENZIMA SI DISSOCIA DAI PRODOTTI DI REAZIONE.

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SPECIFICITÀ

SPECIFICITÀ DI REAZIONE. OGNI ENZIMA CATALIZZA UN PARTICOLARE TIPO DI REAZIONE: AD ESEMPIO UNA PEPTIDASI IDROLIZZA LEGAMI PEPTIDICI.

SPECIFICITÀ DI SUBSTRATO. PUÒ ESSERE PIÙ O MENO RIGIDA: ALCUNE PEPTIDASI, COME QUELLE CHE INTERVENGONO NELLA DIGESTIONE, SONO AD AMPIO SPETTRO, ALTRE INVECE SONO STRETTAMENTE SPECIFICHE, RICONOSCENDO UN SOLO TIPO DI PROTEINA ED ESEGUENDO L’IDROLISI DI UN SINGOLO E SPECIFICO LEGAME

ENZIMI: reazione enzimatica

Piruvato chinasi

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I GRUPPI DEI SUBSTRATI DESTINATI A REAGIRE VENGONO PORTATI SUL SITO ATTIVO DELL’ENZIMA NEL CORRETTO ORIENTAMENTO E ALLA GIUSTA DISTANZA

ALCUNI POSSIBILI MECCANISMI DELLA CATALISI ENZIMATICA

IL LEGAME CON L’ENZIMA PUO’ DETERMINARE UNA DISTORSIONE DEI LEGAMI

AMINOACIDI DEL SITO ATTIVO DELL’ENZIMA POSSONO REVERSIBILMENTE ACCETTARE O DONARE PROTONI O ELETTRONI O POSSONO ATTRARRE O RESPINGERE ELETTRONI DEL SUBSTRATO.I LEGAMI CHIMICI DEL SUBSTRATO (DEI SUBSTRATI) VENGONO DI CONSEGUENZA INFLUENZATI

ENZIMI: meccanismi della catalisi enzimatica

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A B

A B

INIBITORI COMPETITIVI

Se ambedue le molecole sono presenti, sia il vero substrato (AB) che l’inibitore (I), in alternativa, si possono legare reversibilmente all’enzima (E)

I

I

E

A B

I

L’inibitore competitivo in genere è una molecola simile al substrato

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A

B

A B

INIBITORI COMPETITIVI

Se si lega il vero substrato (A B), questo viene idrolizzato in A + B: L’enzima è attivo

I

I

E

A B

A B

A B

A B

INIBITORI COMPETITIVI

L’inibitore ( I ) si lega reversibilmente all’enzima (E) in alternativa al vero substrato (A B). Fino a che è legato l’inibitore è impossibile il legame del substrato

I

I

I

E

IL’entità dell’inibizione dipende delle concentrazioni di inibitore e di substrato e dalle relative affinità nei confronti dell’enzima

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INIBIZIONE ALLOSTERICA

E

I

S

L’INIBITORE ALLOSTERICO, LEGANDOSI NON COVALENTEMENTE AD UN SITO SPECIFICO DELL’ENZIMA, DIVERSO DAL SITO ATTIVO, INDUCE UN CAMBIAMENTO CONFORMAZIONALE REVERSIBILE CHE RENDE IL SITO ATTIVO NON PIU’ ADATTO AL SUBSTRATO

S

I

Enzima attivo

Enzima inibito

ATTIVAZIONE ALLOSTERICA

E

A

S

L’ATTIVATORE ALLOSTERICO, LEGANDOSI NON COVALENTEMENTE AD UN SITO SPECIFICO DELL’ENZIMA, DIVERSO DAL SITO ATTIVO,

INDUCE UN CAMBIAMENTO CONFORMAZIONALE REVERSIBILE CHE RENDE IL SITO ATTIVO ADATTO AL SUBSTRATO

Enzima inattivo

E

A

S

Enzima attivato

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COENZIMI

MOLECOLE CHE INTERVENGONO IN UNA REAZIONE ENZIMATICA AGENDO COME DONATORI O COME

ACCETTORI DI GRUPPI CHIMICI

ESEMPI DI COENZIMI

ATP FOSFATINADH ELETTRONICoenzima A ACETILEBIOTINA CARBOSSILE

MOLTI COENZIMI DERIVANO DA VITAMINE

Coenzima Gruppi trasportati

ESEMPIO DI INTERVENTO DI UN COENZIMA

ATP

GLUCOSIO + ATP

GLUCOSIO-6-FOSFATO + ADP

ESOCHINASI

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ΔG POSITIVO

E’ POSSIBILE CHE LA REAZIONE VADA IN QUESTA DIREZIONE ?

SI, MA CON FATICA, CIOE’ FORNENDO ENERGIA

ENERGIA POTENZIALE

L’ENERGIA CINETICA SI TRASFORMA IN CALORE

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L’ATP RAPPRESENTA NELLA CELLULA LA PRINCIPALE MOLECOLA PER IL TRASFERIMENTO DI ENERGIA

ATP

A-P-P-P A-P-P + PATP ADP + P

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REAZIONE CON ΔG0 POSITIVO

A + B AB

ATP ADP + PiREAZIONE CON ΔG0 NEGATIVO

1

2

L’ENERGIA LIBERATA DALLA REAZIONE 2 E’ MAGGIORE DI QUELLA CONSUMATA DALLA

REAZIONE 1 E NE PERMETTE LO SVOLGIMENTO

GLUCOSIO + OSSIGENO + ADP + Pi

CO2 + H20 + ATP

CONTRAZIONE MUSCOLARE

REAZIONI DI SINTESI

TRASPORTO CONDUZIONE NERVOSA

ALCUNI ESEMPI DEI RUOLI DELL’ATP

(MOLTE ALTRE REAZIONI POSSONO PRODURRE ATP)