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Gli amminoacidi

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Gli amminoacidi. Le proteine rappresentano gli elementi strutturali e funzionali più importanti nei sistemi viventi.

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Presentation Transcript
slide2
Le proteine rappresentano gli elementi strutturali e funzionali più importanti nei sistemi viventi.
  • Qualsiasi processo vitale dipende da questa classe di molecole: p. es. la catalisi delle reazioni metaboliche (enzimi), le difese immunitarie (immunoglobuline), il trasporto di ossigeno (emoglobina), il trasporto di nutrienti (albumina), il movimento(actina, miosina).
slide3
Le proteine sono macromolecole costituite dall’unione di un grande numero di unità elementari: gli amminoacidi (AA)
  • Sebbene in natura esistano più di 300 amminoacidi, soltanto20sono incorporati nelle proteine dei mammiferipoiché sono gli unicicodificati dal DNA
  • La caratteristica strutturale comune a tutte le proteine è di essere dei polimeri lineari di amminoacidi
  • Ciascuna proteina ha però una propria struttura tridimensionale che la rende capace di svolgere specifiche funzioni biologiche
struttura degli amminoacidi
Struttura degli amminoacidi
  • Ogni amminoacido (eccetto la prolina) possiede un carbonio centrale, chiamato carbonio a, al quale sono legati quattro differenti gruppi:
  • un gruppo amminico basico (-NH2)
  • un gruppo carbossilico acido (-COOH)
  • un atomo di idrogeno (-H)
  • una catena laterale, diversa per ciascun amminoacido (-R)
slide6

Gli aminoacidi

Anatomia di un amminoacido. Ad eccezione della prolina e dei suoi derivati, tutti gli

amminoacidi che si trovano comunemente nelle proteine possiedono questo tipo di struttura.

slide7
Tutti gli amminoacidi (tranne la glicina) hanno l’atomo di carbonio a legato a quattro gruppi diversi: il carbonio a (asimmetrico) è quindi un centro chiralico o otticamente attivo
  • Gli amminoacidi che hanno un centro asimmetrico nel carbonio a possono esistere in due forme speculari(D ed L) dette stereoisomeri, isomeri ottici o enantiomeri
  • Le proteine contengono solo L- amminoacidi
slide9
Quando un amminoacido viene sciolto in H2O diventa uno ione dipolare (zwitterione) che può agire sia come acido (donatore di protoni) che come base (accettore di protoni)

Le sostanze che hanno questa doppia natura si definiscono anfòtere o anfoliti.

Al pH fisiologico (valore attorno a 7,4) tutti gli amminoacidi hanno:

  • il gruppo carbossilico dissociato,

si forma lo ione negativo carbossilato

(-COO-)

  • il gruppo amminico protonato (-NH3+)
slide11
Oltre alla parte funzionale, comune a tutti, ogni amminoacido presenta un gruppo -R proprio
  • La natura del gruppo -R conferisce proprietà diverse a ciascun amminoacido
  • Punto isoeletrico (pI): è il valore di pH al quale un amminoacido ha carica netta 0 cioè è elettricamente neutro

Il pI è una caratteristica di ogni singolo amminoacido

slide12
Nelle proteine quasi tutti i gruppi carbossilici e amminici degli amminoacidi sono uniti in legami peptidici
  • Le proprietà di ciascun amminoacido dipendono dalle catene laterali (-R) che sono i gruppi funzionali responsabili della struttura, delle funzioni e della carica elettrica delle proteine
  • Ciò che sostanzialmente determina il ruolo di un amminoacido in una proteina è la natura della catena laterale (-R)
slide13
Gli amminoacidi possono essere classificati in base alle proprietà delle loro catene laterali

(-R),considerando la loro polarità o non polarità al pH fisiologico e quindi la tendenza ad interagire con l’acqua

  • Gli amminoacidi con catene laterali cariche, idrofiliche, sono generalmente esposti sulla superficie delle proteine
  • I residui idrofobici, non polari, si trovano in genere all’interno delle proteine, protetti dal contatto con l’acqua
amminoacidi con gruppi r alifatici non polari
Amminoacidi con gruppi -R alifatici (non polari)
  • Glicina, alanina, valina, leucina, isoleucina, metionina, prolina.
  • Le loro catene laterali sono costituite da una catena idrocarburica satura: sono idrofobici.
  • La metioninaè uno dei due amminoacidi contenenti zolfo.
  • La prolina ha una caratteristica struttura ad anello, formato dalla catena laterale e dal suo gruppo amminico, e differisce dagli altri amminoacidi perché contiene un gruppo imminico (R-NH-R’).

E’ solo moderatamente polare.

amminoacidi con gruppi r aromatici
Amminoacidi con gruppi -R aromatici
  • Fenilalanina, tirosina, triptofano
  • Le loro catenelaterali sono aromatiche
  • Sono relativamente non polari (idrofobici)
  • Possono partecipare tutti ad interazioni idrofobiche
  • I gruppi -OH della tirosina ed NH del triptofano possono formarelegami a idrogeno
amminoacidi aromatici
Amminoacidi aromatici

Non polare

ionizzabile

Non polare

amminoacidi con gruppi r polari non carichi
Amminoacidi con gruppi -R polari, non carichi
  • Serina, treonina, cisteina, asparagina, glutammina
  • Sono polari ma in condizioni fisiologiche sono privi di carica elettrica.
  • I loro gruppi -R sono più idrofilici di quelli degli AA non polari: contengono gruppi funzionali che formano legami idrogeno con l’acqua.
  • La polarità di serina e treonina è dovuta al gruppo ossidrilico (-OH), quella della cisteina al gruppo sulfidrilico (-SH), quella di asparagina e glutammina ai gruppi ammidici (-CONH2), dove sia la porzione carbonilica che quella amminica possono entrare in gioco.
amminoacidi con gruppi r carichi positivamente basici
Amminoacidi con gruppi -R carichipositivamente (basici)
  • Lisina, arginina, istidina
  • Sono accettori di protoni
  • Le loro catene laterali, contenenti gruppi amminici, a pH fisiologico sono ionizzate ed hanno carica positiva
  • L’istidina è debolmente basica (pKa = 6,0) ed a pH fisiologico l’amminoacido libero è in gran parte non ionizzato; quando si trova incorporata in una proteina può recare una carica positiva o essere neutra (proprietà molto importante!)
amminoacidi polari con carica

H

Amminoacidi polari con carica

Si dispongono all’esterno della molecola proteica a contatto con il solvente

*

amminoacidi con gruppi r carichi negativamente acidi
Amminoacidi con gruppi -R carichi negativamente (acidi)
  • Acido aspartico, acido glutammico.
  • Sono donatori di protoni.
  • I gruppi carbossilici delle loro catene laterali, al pH fisiologico, sono ionizzati ed hanno carica negativa.
slide24

PROTEINE ACIDE E BASICHE

Le proteine nelle quali il rapporto:

(lys + arg ) / (asp + glu ) >1 sono basiche.

Quando tale rapporto

(lys + arg ) / (asp + glu ) <1 sono acide.

dal punto di vista biochimico gli amminoacidi si possono classificare in
Dal punto di vista biochimico gli amminoacidi si possono classificare in:
  • Essenziali: quegli AA che una determinata specie non è in grado di sintetizzare (o li sintetizza in quantità non sufficienti *);

- devono essere introdotti con la dieta

- Phe, Val, Thr, Try, Ile, Met, Leu, Lys, His*, Arg*

(* sono necessari nella dieta solo durante lo stadio giovanile di crescita)

  • Non essenziali: quegli AA che una determinata specie è in grado di sintetizzare.
slide29
Glucogenici: tutti gli AA dal cui catabolismo otteniamo acido piruvico o un intermedio del ciclo di Krebs e che quindi possono essere utilizzati per riformare glucosio (Asp, Glu, Asn, Gln, His, Pro, Arg, Gly, Ala, Ser, Cys, Met, Val).
  • Chetogenici: gli AA dal cui catabolismo otteniamo acetilCoA o acetoacetilCoA, che quindi non possono essere utilizzati per riformare glucosio (leucina e lisina).
  • Sia chetogenici che glucogenici: dal loro catabolismo otteniamo acido piruvico o un intermedio del ciclo di Krebs, oltre che acetil CoA o acetoacetilCoA (Phe, Tyr, Trp, Ile, Thr).
proteine globulari e fibrose
Proteine globulari e fibrose

Le proteine possono essere classificate in due gruppi principali: proteine globulari e fibrose.

Proteine globulari

  • Le catene polipeptidiche sono ripiegate ed assumono forma compatta, sferica o globulare.
  • Contengono più tipi di struttura secondaria.
  • Le proteine globulari comprendono : enzimi, proteine di trasporto (p.es. albumina, emoglobina), proteine regolatrici, immunoglobuline, etc.
slide32
Proteine Fibrose
  • Hanno catene polipeptidiche disposte in lunghi fasci o in foglietti.
  • In genere presentano un unico tipo di struttura secondaria.
  • Sono insolubili in H2O per la presenza di elevate [ ] di AA idrofobici.
  • Le catene polipeptidiche si associano in complessi sopramolecolari in modo da nascondere al solvente le superfici idrofobiche.
  • Sono adatte a ruoli strutturali (p.es. a-cheratina, collageno).
proteine fibrose e globulari
Proteine Fibrose e Globulari
  • Le proteine possono essere divise in due classi:

Proteine Globulari

Proteine fibrose

le proteine fibrose
Le Proteine Fibrose
  • Sono di origine animali,
  • insolubili in acqua,
  • Assolvono ruoli strutturali per lo più.
  • Si dividono in tre categorie:
  • le cheratine
  • i collageni
  • le sete

Formano tessuti protettivi

Formano tessuti connettivi

Come i bozzoli dei bachi da seta

le proteine fibrose35
Le Proteine Fibrose
  • Cheratine e collageni hanno strutture ad elica,
  • Le sete hanno struttura foglietto beta

Gruppi apolari e ponti disolfuro tendono a conferire rigidità e insolubilità alle proteine fibrose.

le proteine globulari
Sono solubili in acqua,

di forma quasi sferica,

Assolvono funzioni biologiche.

Possono essere:

Enzimi

Ormoni

Proteine di trasporto

Proteine di deposito

Le Proteine Globulari
le proteine globulari37
Le Proteine Globulari
  • Contengono amminoacidi con catene polari e carichi,
  • Sono strutture elicoidali.

Mioglobina, proteina globulare che trasporta l’ossigeno nei muscoli.

Le interazioni sono dovute a ponti disolfuro, alla polarità o meno dei gruppi R, e alla capacità di formare legame ad idrogeno.

slide38

Proteina

molecole composte da

una o più catene polipeptidiche

Proteine monomeriche

Proteine

multimeriche

eteromultimeriche

omomultimeriche

(stesso tipo di

polipeptide)

(diversi tipi di

polipeptidi)

le proteine
Le proteine

Fondamentali in ogni organismo, hanno molteplici ruoli:

  • Componenti strutturali (collagene, tessuto connettivo, citoscheletro, pelle)
  • Trasportatori (emoglobina, albumina)
  • Trasmettitori di messaggi (ormoni peptidici)
  • Catalizzatori di reazioni chimiche (enzimi)
  • Difesa contro i patogeni (immunoglobuline)
  • Controllo e regolazione dell’espressione genica (istoni)
  • Deposito di materiale (ferritina)
  • Proteine dei sistemi contrattili (miosina)

Es. Albumina: aumenta solubilita’ degli acidi grassi nel sangue

Istoni: proteine nucleiche, formano la cromatina insieme al DNA

molte malattie sono dovute al difettoso ripiegamento di una proteina
Molte malattie sono dovute al difettoso ripiegamento di una proteina

Alcune 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.

slide41
I 20 amminoacidi che si trovano comunemente nelle proteine sono uniti l’uno all’altro da legami peptidici.
  • La sequenza lineare degli amminoacidi legati contiene l’informazione necessaria a generare una proteina con una forma tridimensionale esclusiva.
  • La struttura di una proteina è complessa: organizzazione in 4 livelli gerarchici (struttura primaria, secondaria, terziaria, quaternaria).
slide42

Gli amminoacidi possono unirsi tra loro con legami peptidici

Estremità amminica

Il ripetersi di questa reazione dà luogo a polipeptidi e proteine.

proprieta del legame peptidico

R

R

O

O

H

H

C

C

C

C

N

N

H

H

OH

OH

O

H

H

R

R

O

C

N

C

C

C

H

N

H

H

H

OH

H

+

Proprieta’ del legame peptidico:

Planare, ha una forza intermedia tra il legame semplice ed il legame doppio.

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PROPRIETA’ DEL LEGAME PEPTIDICO

  • I 6 atomi del gruppo peptidico giacciono sullo stesso piano  l’ossigeno legato al carbonio del gruppo carbonilico e l’atomo di idrogeno legato all’azoto amminico, si trovano in trans.
  • L’ossigeno carbonilico ha una parziale carica negativa e l’azoto amminico ha una parziale carica positiva  ciò genera un parziale dipolo elettrico.
  • I legami ammidici C-N hanno un parziale carattere di doppio legame per effetto della risonanza non possono ruotare liberamente.
  • La rotazione è permessa solo attorno ai legami N-Ca e Ca-C.

Il legame peptidico è rigido e planare

Gli atomi di Ca di amminoacidi adiacenti sono separati da tre legami covalenti:

Ca – C – N – Ca

slide48

Il legame peptidico è rigido e planare

  • e  sono di 180° quando il polipeptide è nella conformazione complanare estesa e tutti i gruppi peptidici sono sullo stesso piano.
  • e  possono assumere tutti i valori compresi tra -180° e +180°, ma molti valori risultano proibiti per interferenze steriche tra gli atomi dello scheletro del polipeptide e quelli delle catene laterali.
peptidi polipeptidi e proteine
peptidi, polipeptidi e proteine

energia di legame 100 Kcal/mol

gli aminoacici sono uniti tra loro da legami peptidici

  • non vengono rotti con l’ebollizione, ma solo conl’azione prolungata di acidi o basi concentrate
  • gli enzimi proteolitici sono in grado di rompere talilegami

esistono sequenze lunghe da pochi aminoacidi a migliaia di aminoacidi con peso molecolare da 5 a 1000 KDalton (1 Dalton = 1/12 massa 12C)

# aminoacidi

peptide (oligopeptide) <20

polipeptide <60

proteina >60

caratteristiche del legame peptidico
Caratteristiche del legame peptidico
  • Ha il carattere di un doppio legame parziale (è più corto di un legame singolo).
  • E’ rigido e planare (non è possibile la rotazione attorno al legame tra il carbonio carbonilico e l’azoto del legame peptidico).
  • In genere è un legame di tipo trans, a causa di interferenze steriche tra i gruppi -R (i legami tra un Ca e un gruppo a-amminico o a-carbossilico possono ruotare!)
  • I gruppi -C=O ed -NH del legame peptidico non hanno una carica elettrica (a differenza del gruppo a-amminico all’estremità N-terminale ed a-carbossilico al C-terminale) ma sono polari e partecipano alla formazione di legami a idrogeno.
denominazione dei peptidi
Denominazione dei peptidi
  • L’unione di più amminoacidi mediante legami peptidici produce una catena denominata polipeptide.
  • Per convenzione, l’estremità amminica libera della catena peptidica (estremità N) si scrive a sinistra mentre quella carbossilica libera (estremità C) si scrive a destra.
  • Le sequenze di amminoacidi si leggono sempre dall’estremità N all’estremità C del peptide.
slide54
I singoli amminoacidi in una catena peptidica sono chiamati residui amminoacidici.
  • In genere le proteine sono composte da 50-2000 residui amminoacidi.
  • La struttura primaria di una proteina è definita dalla sequenza lineare dei residui amminoacidici.
proteine struttura primaria
proteine: struttura primaria
  • riguarda la sequenza “lineare” degli aminoacidi
  • struttura covalente (legami peptidici)

.Sequenza di 2: 20 x 20 = 202 = 400 dipeptidi diversi

.Sequenza di 3: 20 x 20 x 20 = 203 = 8000 tripeptididiversi

.Sequenza di 100: 20100 = 1.27x10130 peptidi diversi

Di tutte queste possibili forme, l’evoluzione hascelto solo alcune, che rappresentano il risultato diuna precisa selezione mirata ad ottimizzare lafunzione della proteina

struttura primaria
Struttura primaria
  • La sequenza degli aminoacidi di una proteina si chiama struttura primaria.
  • Nelle proteine, gli amminoacidi sono uniti covalentemente con legami peptidici.
  • I legami peptidici sono legami ammidici tra il gruppo a- carbossilico(-COOH) di un amminoacido ed il gruppo a-amminico (-NH2) dell’amminoacido successivo.
  • Durante la formazione del legame peptidico viene eliminata una molecola di acqua (reazione di condensazione).
slide59

La peculiare sequenza amminoacidica di una catena polipeptidica rappresenta la struttura primaria

Lisozima

struttura secondaria
Struttura secondaria
  • Si riferisce alla conformazione locale della catena polipeptidica.
  • E’ determinata da interazioni di tipo legame a idrogeno fra l’ossigeno di un gruppo carbonilico del legame peptidico e l’idrogeno del gruppo ammidico di un altro legame peptidico.
  • Esistono due tipi di strutture secondarie:

l’ a-elica ed il foglietto b.

proteine struttura secondaria
proteine: struttura secondaria

strutture dovute ad interazioni “locali” di tipo ponte-H

  • b-foglietto
  • legami idrogeno fra aminoacidi di catene diverse
  • foglietto piegato
  • a-elica
  • ponte-H ogni 3,6 aminoacidi
  • Il legame H si instaura tra l’H dell’azoto amidico e l’O del gruppo carbonilico
  • residui esterni alla spirale
struttura secondaria a elica
Struttura secondaria (a-elica)
  • E’ una struttura in cui la catena polipeptidica è avvoltaa spirale .
  • Le catene laterali degli amminoacidi (-R) si protendono verso l’esterno rispetto all’asse della spirale.
  • L’a-elica è stabilizzata da legami idrogenointracatenache si formano tra l’ossigeno carbonilico di un legame peptidico e l’idrogeno ammidico di un legame peptidico situato a 4 residui di distanza sulla catena.
  • La prolinainterrompel’a-elica!!!
  • Gli amminoacidi con catene laterali (-R ) voluminose o cariche possono interferire con la formazione dell’a-elica.
slide64

Strutturasecondaria: alfaelica

Legame idrogeno

Le proprietà idrofobiche o idrofiliche di una alfa-elica dipendono dalle catene laterali degli aa

slide66

Ogni idrogeno ammidico

è coinvolto in

un legame idrogeno con

il carbonile di

un altro amminoacido

slide67

Legame H

  • a-elica
  • ponte-H ogni 3,6 aminoacidi
  • Il legame H si instaura tra l’H dell’azoto amidico e l’O del gruppo carbonilico
struttura secondaria foglietto b
Struttura secondaria (foglietto b)
  • E’ una struttura ripiegata, formata da 2 o più catene polipeptidiche (filamenti) quasi completamente distese.
  • I legami a idrogeno sono intercatena e perpendicolari allo scheletro del peptide.
  • Tutti i componenti di un legame peptidico partecipano alla formazione di legami a idrogeno.
  • Tali legami si realizzano tra l’ossigeno di un gruppo carbonilico di un legame peptidico e l’idrogeno del gruppo ammidico di un altro legame peptidico appartenente ad un filamento diverso.
slide71

Nei foglietti pieghettati ci sono ancora dei

legami ad idrogeno,

ma stavolta sono tra fogli adiacenti (sheet)

struttura secondaria foglietto b72
Struttura secondaria (foglietto b)
  • I polipeptidi che formano un foglietto b possono disporsi in modo parallelo o anti-parallelo.
  • Un foglietto b può essere formato anche da una singola catena polipeptidica ripiegata su se stessa: in tal caso i legami a H sono legami intracatena.
  • La superficie dei foglietti b è “pieghettata”.
slide73

b Sheet

Stabilizzata da legami H intercatena

tra N-H & C=O

2 Orientations

Parallel

Not optimum H-bonds; less stable

Anti-parallel

Optimum H-bonds; more stable

struttura secondaria sequenze non ripetitive
Struttura secondaria (sequenze non ripetitive)
  • Queste strutture non ripetitive non sono “casuali”.
  • Hanno una forma meno regolare rispetto all’ a-elica ed al foglietto b.
  • La catena polipeptidica assume una conformazione ad anse ed avvolgimenti.
una proteina tende a ripiegarsi in una configurazione compatta
Una proteina tende a ripiegarsi in una configurazione compatta

Cosa determina la forma di una proteina?

slide77

Struttura terziaria: struttura tridimensionale dell’intero polipeptide che deriva dall’interazione fra le catene laterali di aa anche distanti nella sequenza primaria

struttura terziaria
Struttura terziaria
  • La struttura terziaria è la conformazione tridimensionale, avvolta, di una proteina.
  • La struttura primaria di una catena polipeptidica determina la sua struttura terziaria.
  • Quando una proteina si avvolge su se stessa, gli AA che si trovano in regioni lontane della sequenza polipeptidica possono ugualmente interagire tra loro.
la struttura terziaria
La struttura terziaria è la conformazione tridimensionale assunta da una proteina.

È stabilizzata da legami non covalenti come ponti idrogeno, interazioni idrofobiche tra amminoacidi non polari e legami ionici.

La Struttura Terziaria

È indispensabile per la sua attività biologica.

la struttura terziaria80
La Struttura Terziaria
  • Ma anche da legami covalenti, sotto forma di ponti disolfuro fra due cisteine.
  • Le interazioni che si instaurano a livello tridimensionale coinvolgono amminoacidi non necessariamente vicini nella struttura primaria.
proteine struttura terziaria

ponti disolfuro

proteine: struttura terziaria
  • Determina la struttura 3D
  • Stabilizzata da
    • ponti S-S
    • interazioni idrofobiche
    • interazioni elettrostatiche (legami ionici)
    • legami di Wan der Waals
  • Suscettibile di denaturazione-rinaturazione
  • R apolari verso l’interno (eccetto in proteine integralidi membrana)
  • R polari verso l’esterno (solvatati da H2O)
slide83

Come si forma una struttura terziaria?

Ponti S_S

Interazioni idrofobiche

Formazione

di sali

Legame idrogeno

la struttura terziaria stabilizzata da 4 tipi di interazioni
La struttura terziaria è stabilizzata da 4 tipi di interazioni
  • Interazioni idrofobiche: gli amminoacidi con catene laterali non polari tendono a localizzarsi all’interno della molecola dove si associano con altri residui idrofobici.
  • Interazioni ioniche: i gruppi con carica negativa (-COO-) possono interagire con gruppi carichi positivamente (-NH3+)
  • Legami a idrogeno
  • Legami disolfuro
legame disolfuro
Legame disolfuro
  • E’ un legame covalente che deriva dalla ossidazione del gruppo sulfidrilico (-SH) di due residui di cisteina con formazione di un residuo di cistina.
  • Le due cisteine possono essere molto lontane nella stessa catena polipeptidica o appartenere a due diverse catene.
  • Essendo legami covalenti, i legami disolfuro concorrono a stabilizzare la struttura delle proteine impedendone la denaturazione nell’ambiente extracellulare.
la struttura terziaria87
La Struttura Terziaria
  • Quando le interazioni vengono meno, in presenza di elevate temperature, di pH non ottimale o di detergenti, la struttura tridimensionale viene persa, così la proteina va incontro a denaturazione, perdendo la sua attività biologica.

la denaturazione a volte è un processo reversibile, e, allontanando l'agente denaturante, la proteina riprende spontaneamente la sua conformazione tridimensionale (che è dettata dalla struttura primaria).

denaturazione e rinaturazione di una proteina
Denaturazione e rinaturazione di una proteina

RNasi nativa

RNasi nativa

RNasi denaturata

La sequenza aminoacidica contiene tutta l’informazione necessaria a specificare la forma tridimensionale di una proteina

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Form between adjacent cysteine sulfhydryl groups (-S-H).

Formation is oxidation, disulfide breaking is reduction.

Denatured inactive ribonuclease

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Struttura terziaria di proteine

Proteine: Fibrose

Insolubili in acqua

Utilizzate per tessuti connettivi

Seta, collagene, cheratina

Proteine globulari

Solubili in acqua

Usate per proteine cellulari

Hanno un struttura complessa

tridimensionale

struttura terziaria i domini
Struttura terziaria (i domini)
  • Le catene polipeptidiche formate da più di 200 amminoacidi in genere comprendono 2 o piùdomini, piccole unità compatte.
  • I domini sono le unità strutturali e funzionali di una proteina.
  • Ciascun dominio è una regione globulare, compatta, che si forma per la combinazione di più elementi strutturali secondari (a-eliche, foglietti b, sequenze non ripetitive).
  • Strutturalmente, ciascun dominio è indipendente da altri domini della stessa catena polipeptidica.
  • La struttura terziaria riguarda sia il ripiegamento di ciascun dominio sia la disposizione reciproca finale dei domini di un polipeptide.
slide93

Struttura terziaria di una proteina chinasi

dominioproteico:parte di una catena polipeptidica che si può ripiegare indipendentemente in una struttura compatta stabile

Src

2 domini con funzioni regolatorie

2 domini con funzioni catalitiche

slide94

Struttura quaternaria delle proteine

Molte proteine NON sono un’unica catena polipeptidica

Sono combinazione di “oggetti”

Aggregati di proteine (globulari o fibrose)

Ci possono essere parecchie unità identiche

Molte proteine inglobano un gruppo non proteico

che viene utilizzato per compiere una funzione specifica

e viene detto PROSTETICO

struttura quaternaria
Struttura quaternaria
  • Molte proteine sono costituite da una sola catena polipeptidica (proteine monomeriche).
  • Alcune proteine sono costituite da 2 o più catene polipeptidiche (subunità) strutturalmente identiche o diverse (proteine multimeriche).
  • L’associazione di queste subunità costituisce la struttura quaternaria.
  • Le subunità sono tenute insieme da interazioni non covalenti.
slide97

Alcune proteine contengono gruppi chimici diversi dagli amminoacidi

Molti enzimi contengono solo amminoacidi e nessun altro gruppo chimico  PROTEINE SEMPLICI.

Altre proteine contengono, oltre agli amminoacidi, gruppi chimici funzionali permanentemente associati  PROTEINE CONIUGATE. La parte non amminoacidica viene definita GRUPPO PROSTETICO.

proteine struttura quaternaria
proteine: struttura quaternaria

emoglobina

  • associazioni non covalenti di più subunità(4, aspartato transcarbamilasi 12, virusdel mosaico del tabacco >2000)
  • sede dell’allosterismo (interazioni fra le subunitàcon conseguenze funzionali)
  • Modello di enzima allosterico
  • A induce unaconformazione conmaggiore affinitàper S
  • I diminuiscel’affinità dell’enzimaper S
carica e polarit di una catena polipeptidica
Carica e polarità di una catena polipeptidica
  • La composizione in amminoacidi influenza le proprietà chimico-fisiche di una proteina.
  • Proteine ricche in amminoacidi alifatici o aromatici sono relativamente poco solubili in acqua rispetto a quelle ricche in amminoacidi polari.
  • Gli amminoacidi con catena laterale contenente gruppi acidi o basici conferiscono carica elettrica e capacità tampone ad una proteina.
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In soluzione acquosa le proteine globulari hanno una struttura compatta: le catene laterali idrofobiche si trovano nella parte interna della molecola mentre i gruppi idrofilici in genere si trovano in superficie.
  • In un ambiente non polare (lipidico), per esempio una membrana, la disposizione è opposta: catene laterali idrofiliche all’interno, amminoacidi idrofobici sulla superficie della molecola.
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La proteina normale è chiamata PrPC (Prion Related Protein Cellular). Questa proteina, presente soprattutto nei tessuti nervosi, è probabilmente coinvolta nel trasporto di ioni (quali rame) e nei processi di segnalazione cellulare o nella formazione di sinapsi.

Nella proteina normale sono presenti più sequenze a-elica che sequenze foglietto b.

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Al contrario, nella proteina modificata PrPSc (Sc da Scrapie), è maggiormente presente la struttura a foglietto b.

La proteina assume facilmente questa conformazione poiché più rilassata.

La struttura con prevalenza di sequenze a foglietto b, oltre ad essere nociva per l’organismo, è di gran lunga più resistente alle proteasi dunque meno degradabile.

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Quando la PrPSc e la PrPC entrano in contatto, la prima modifica irreversibilmente la seconda, facendole assumere la sua stessa conformazione.

PrPSc + PrPC = 2 PrPSc

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I prioni mal ripiegati, provocano un sistema a feed-back positivo. A causa della loro elevata resistenza alle proteasi, si accumulano nei tessuti nervosi, formando placche amiloidi e provocando la morte delle cellule. Questo fenomeno causa il tipico aspetto spongiforme del cervello.

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Malattie da prioni:

  • Scrapie
  • Kuru
  • Fatal familial insomnia
  • BSE (Bovine Spongiform Encephalopathy)
  • Creutzfeldt-Jacob