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Protidi da PROTOS = primo per la loro importanza primaria
Sono composti quaternari
a contengono anche S e P
POLIMERI LINEARI di 20 amminoacidi diversi
• Nell’organismo umano costituiscono circa il 18% del peso corporeo
Le funzioni delle proteine
• La principale funzione delle proteine è di tipo plastico
1 g di proteine = 4 kcal
-Energetica
-Strutturale
-Enzimatica
-Trasporto
-Ormonale
n = numero di aa in una data proteina
Quante proteine si possono inventare con 20 amminoacidi?
Il nostro organismo probabilmente sintetizza circa 100.000-150.000 diverse proteine, usando non più di 30.000-40.000 geni diversi.
Esistono 20 amminoacidi diversi
Quante proteine possiamo costruire? Per farci un’idea, cominciamo con un semplice peptide fatto da una catena di quattro amminoacidi. In ciascuna delle quattro posizioni, possiamo scegliere di mettere uno qualsiasi dei 20 amminoacidi; il numero complessivo di combinazioni sarà pertanto 20x20x20x20= 160.000. In realtà, le proteine sono fatte da moltissimi amminoacidi, in media da 200-300. Questo significa moltiplicare 20 per se stesso per 200-300 volte (20200-20300). Ne viene fuori un numero praticamente infinito di sequenze teoricamente possibili.
O
O
C
H
N
H
H
Struttura di un -amminoacido
• Legati al carbonio ci sono anche un idrogeno
C
H
R
La forma zwitterionica è la struttura corretta di un amminoacido a pH neutro
-H
+
legate ad un carbonio centrale detto carbonio , C.
Tutti gli amminoacidi contengono un gruppo amminico
ed una catena laterale, R.
I diversi amminoacidi si distinguono per la diversa natura del gruppo multifunzionale R.
ed una funzione carbossilica
Forme ioniche dell’alanina nelle soluzioni acide, neutre e basiche
Quindi a pH fisiologico (7.4) il gruppo carbossilico è deprotonato (R-COO-) e quello amino protonato (R-NH3+)
Questo composto è chiamato zwitterione, ed ha carica netta=0
Classificazione degli amminoacidi in base al gruppo R
Le catene laterali di tali a.a. danno origine ad interazioni idrofobiche che stabilizzano la struttura terziaria delle proteine
Classificazione degli amminoacidi in base al gruppo R
Le catene laterali di questi a.a. sono più idrofiliche di quelle degli a.a. non polari per la presenza di gruppi funzionali in grado di formare legami idrogeno con l’acqua
Classificazione degli amminoacidi in base al gruppo R
Amminoacidi con catene laterali acide
Amminoacidi con catene laterali basicheLe catene laterali di
questi a.a. sono più idrofiliche per la presenza di cariche nette positive o negative
LEGAME PEPTIDICO
Struttura del dipeptide valilalanina
Le proteine hanno diversi livelli di struttura
La struttura delle proteine
Struttura primaria: sequenza di amminoacidi che forma una catena polipeptidica. Legami covalenti
Struttura secondaria: catena polipetidica si ripiega a formare struttura ad -elica o struttura a foglietti . Legami a idrogeno
Struttura terziaria: ripiegamento della catena polipeptidica dovuto ad interazioni deboli. In tale ripiegamento sono presenti diversi tipi di struttura secondaria. Proteine globulari
Struttura quaternaria: interazioni esistenti fra varie subunità, nel caso in cui le proteine siano costituite da più catene polipeptidiche. Es. emoglobina (proteina presente nei globuli rossi, con funzione di trasporto dell’ossigeno nel sangue)
La forma della proteina è importante per svolgere la sua funzione.Il riscaldamento provoca la perdita della forma (denaturazione) e la perdita della funzione delle proteine.
La Struttura PrimariaLa Struttura Primaria• È lo scheletro È lo scheletro
della proteina,della proteina,• si ripetono un si ripetono un
atomo di azoto atomo di azoto con due di con due di carbonio,carbonio,
• la semplice la semplice sequenza sequenza amminoacidica amminoacidica costituisce la costituisce la struttura base struttura base della proteina.della proteina.
La Struttura PrimariaLa Struttura Primaria• La struttura La struttura
primaria di una primaria di una proteina è una proteina è una lunga sequenza di lunga sequenza di amminoacidi legati amminoacidi legati per mezzo del per mezzo del legame peptidico: il legame peptidico: il gruppo carbossilico gruppo carbossilico di un amminoacido di un amminoacido si lega al gruppo si lega al gruppo amminico di quello amminico di quello adiacente con la adiacente con la liberazione di una liberazione di una molecola d'acqua.molecola d'acqua.
Reazione di condensazione
L’L’-elica-elica(L. Pauling, 1951)(L. Pauling, 1951)
Legami a idrogeno
Premio Nobel per la Chimica, 1954
La Struttura Secondaria
• L' α-elica ha un passo di 5.4 Å e L' α-elica ha un passo di 5.4 Å e ogni spira dell'elica è costituita ogni spira dell'elica è costituita da da 3.6 residui amminoacidici. amminoacidici.
• L'eccezionale stabilità di questa L'eccezionale stabilità di questa conformazione dipende dal fatto conformazione dipende dal fatto che tutti gli NH e i C=O dei che tutti gli NH e i C=O dei gruppi peptidici sono impegnati gruppi peptidici sono impegnati in legami a ponte di idrogeno.in legami a ponte di idrogeno.
L'α-elica è il risultato del ripiegamento L'α-elica è il risultato del ripiegamento probabilmente più "naturale" che una probabilmente più "naturale" che una catena peptidica possa assumere.catena peptidica possa assumere.
La Struttura Secondaria
• Le catene laterali R dei residui Le catene laterali R dei residui amminoacidici sono tutte amminoacidici sono tutte rivolte verso l'esterno rivolte verso l'esterno dell'elica. dell'elica.
• Procedendo dall’azoto Procedendo dall’azoto terminale, tutti i gruppi terminale, tutti i gruppi carbonilici sono rivolti verso carbonilici sono rivolti verso il basso.il basso.
• Sono legati con legami ad Sono legati con legami ad idrogeno a gruppi N-H che di idrogeno a gruppi N-H che di trovano avanti lungo la catena.trovano avanti lungo la catena.
Struttura Struttura foglietto pieghettatofoglietto pieghettato
Legami a idrogeno tra catene
Gruppi –R che sporgono sopra e sotto il piano
La Struttura Secondaria
• Le catene adiacente Le catene adiacente possono svilupparsi in possono svilupparsi in direzione opposta.direzione opposta.
Beta foglietto anti-parallelo
La Struttura Secondaria
• Le catene adiacente Le catene adiacente possono svilupparsi possono svilupparsi nella stessa nella stessa direzione.direzione.
Beta – foglietto parallelo
La Struttura Secondaria
• I gruppi R delle due I gruppi R delle due catene si trovano una catene si trovano una volta sopra e una volta sopra e una volta sotto il piano.volta sotto il piano.
• Possono dare Possono dare repulsioni.repulsioni.
• Quindi la struttura Quindi la struttura beta si trova in beta si trova in proteine con proteine con amminoacidi che amminoacidi che presentano R piccoli.presentano R piccoli.
- Interazioni idrofobiche- Legami ionici (ponti salini)- Legami idrogeno che coinvolgono le catene laterali degli aa e/o dei gruppi CO e NH dei legami peptidici non impegnati nella stabilizzazione della struttura secondaria- Forze attrattive e repulsive di Van der Waals
STRUTTURE SECONDARIE
La cisteina può formare ponti disolfuro
Ponte disolfuroPonte disolfuro
riduzione piega ossidazione
La Biochimica dal parrucchiere: la “permanente”
Molte malattie sono dovute al difettoso ripiegamento di una
proteinaAlcune 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.
Classificazione delle proteine in base ai livelli strutturali
PROTEINE FIBROSE
• Costituite in gran parte da un unico tipo di struttura secondaria
• Hanno catene polipeptidiche disposte in lunghi fasci o in foglietti
• Determinano la resistenza, la forma e la protezione esterna delle cellule nei vertebrati
• Insolubili in acqua: presenza di molti amminoacidi idrofobici sia all’interno che all’esterno della proteina
PROTEINE GLOBULARI
• Contengono più tipi di struttura secondaria
• Hanno catene polipeptidiche ripiegate per assumere una forma globulare o sferica
• La maggior parte degli enzimi e delle proteine regolatrici sono globulari
• Più solubili in acqua: presentano un interno idrofobo e una superficie idrofila
