Gli amminoacidi

(1)

Gli amminoacidi

(2)

• 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).

(3)

• 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, soltanto 20 sono incorporati nelle proteine dei

mammiferi poiché sono gli unici codificati 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

(4)

Struttura degli amminoacidi

• Ogni amminoacido (eccetto la prolina) possiede un carbonio centrale, chiamato carbonio  , al quale sono legati quattro differenti gruppi:

• un gruppo amminico basico (-NH

2

)

• un gruppo carbossilico acido (-COOH)

• un atomo di idrogeno (-H)

• una catena laterale , diversa per ciascun

amminoacido (-R)

(5)

(6)

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.

(7)

• Tutti gli amminoacidi (tranne la glicina) hanno l’atomo di carbonio  legato a quattro gruppi diversi: il carbonio  (asimmetrico) è quindi un centro chiralico o otticamente attivo

• Gli amminoacidi che hanno un centro asimmetrico nel carbonio

possono esistere in due forme speculari (D ed L) dette stereoisomeri, isomeri ottici o enantiomeri

• Le proteine contengono solo L- amminoacidi

(8)

Champe et al., Le basi della biochimica, Ed. Zanichelli

(9)

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+)

(10)

(11)

• 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

(12)

• 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)

(13)

• 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

(14)

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 metionina è 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.

(15)

(16)

Amminoacidi con gruppi -R aromatici

• Fenilalanina, tirosina, triptofano

• Le loro catene laterali sono aromatiche

• Sono relativamente non polari (idrofobici)

• Possono partecipare tutti ad interazioni idrofobiche

• I gruppi -OH della tirosina ed NH del

triptofano possono formare legami a idrogeno

(17)

Amminoacidi aromatici

ionizzabile Non polare Non polare

(18)

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.

(19)

(20)

Amminoacidi con gruppi -R carichi positivamente (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

(pK_a = 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!)

(21)

Struttura degli amminoacidi

(22)

Amminoacidi polari con carica

Si dispongono all’esterno della

molecola proteica a contatto con il

solvente

*

H

(23)

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.

(24)

Le proteine nelle quali il rapporto:

(

_lys

+ 

_arg

) / (

_asp

+ 

_glu

) >1 sono basiche.

Quando tale rapporto

(

_lys

+ 

_arg

) / (

_asp

+ 

_glu

) <1 sono acide.

PROTEINE ACIDE E BASICHE

(25)

Struttura degli amminoacidi

(26)

Amminoacidi con caratteristiche particolari

(27)

(28)

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.

(29)

• 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).

(30)

La struttura

delle proteine

(31)

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.

(32)

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. -cheratina, collageno).

(33)

Proteine Fibrose e Globulari

• Le proteine possono essere divise in due classi:

Proteine fibrose

Proteine Globulari

(34)

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

(35)

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.

(36)

Le Proteine Globulari

• Sono solubili in acqua,

• di forma quasi sferica,

• Assolvono funzioni biologiche.

Possono essere:

• Enzimi

• Ormoni

• Proteine di trasporto

• Proteine di deposito

(37)

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.

(38)

Proteina molecole composte da

una o più catene polipeptidiche

Proteine monomeriche

Proteine multimeriche

omomultimeriche eteromultimeriche

(stesso tipo di

polipeptide) (diversi tipi di

polipeptidi)

(39)

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

(40)

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.

(41)

• 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).

(42)

Gli amminoacidi possono unirsi tra loro con legami peptidici

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

Estremità amminica

(43)

Proprieta’ del legame peptidico:

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

C C

N H

H

O

OH R

C C

N H

H

O

OH R

+

C

C N

H

H H

O R

N C C

H

O

OH R

H

(44)

(45)

(46)

Il legame peptidico è rigido e planare

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

C – C – N – C

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-C e C-C.

(47)

(48)

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.

(49)

(50)

peptidi, polipeptidi e proteine

gli aminoacici sono uniti tra loro da legami peptidici

# aminoacidi peptide (oligopeptide) <20

polipeptide <60

proteina >60

energia di legame 100 Kcal/mol

• non vengono rotti con l’ebollizione, ma solo con l’azione prolungata di acidi o basi concentrate

• gli enzimi proteolitici sono in grado di rompere tali legami

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

(51)

Legame peptidico

Polarità del legame peptidico

(52)

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 C e un gruppo - amminico o -carbossilico possono ruotare!)

• I gruppi -C=O ed -NH del legame peptidico non hanno una carica elettrica (a differenza del gruppo -amminico all’estremità N- terminale ed -carbossilico al C-terminale) ma sono polari e partecipano alla formazione di legami a idrogeno.

(53)

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.

(54)

• 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.

(55)

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 tripeptidi diversi .Sequenza di 100: 20100 = 1.27x10130 peptidi diversi

Di tutte queste possibili forme, l’evoluzione ha scelto solo alcune, che

rappresentano il risultato di una precisa selezione mirata ad ottimizzare la funzione della proteina

(56)

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 -

carbossilico

(-COOH) di un amminoacido ed il gruppo -

amminico

(-NH2) dell’amminoacido successivo.

• Durante la formazione del legame peptidico viene eliminata una molecola di acqua (reazione di condensazione).

(57)

(58)

(59)

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

Lisozima

(60)

collagene

mioglobina

Per funzionare una proteina deve assumere una struttura

tridimensionale precisa

(61)

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’  -elica ed il foglietto  .

(62)

proteine: struttura secondaria

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

 -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

 -foglietto

• legami idrogeno fra aminoacidi di catene diverse

• foglietto piegato

(63)

Struttura secondaria (-elica)

• E’ una struttura in cui la catena polipeptidica è avvolta a spirale .

• Le catene laterali degli amminoacidi (-R) si protendono verso l’esterno rispetto all’asse della spirale.

• L’-elica è stabilizzata da legami idrogeno intracatena che 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 prolina interrompe l’-elica!!!

• Gli amminoacidi con catene laterali (-R ) voluminose o cariche possono interferire con la formazione dell’-elica.

(64)

Struttura secondaria: alfa elica

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

laterali degli aa

Legame idrogeno

(65)

(66)

Ogni idrogeno ammidico è coinvolto in

un legame idrogeno con il carbonile di

un altro amminoacido

(67)

Legame H

 -elica

• ponte-H ogni 3,6 aminoacidi

•Il legame H si instaura tra l’H dell’azoto

amidico e l’O del gruppo

carbonilico

(68)

Esempio di proteina composta da alfa eliche

(69)

Struttura secondaria (foglietto )

• 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.

(70)

Struttura secondaria: foglietto beta

(71)

Nei foglietti pieghettati ci sono ancora dei legami ad idrogeno,

ma stavolta sono tra fogli adiacenti (sheet)

(72)

Struttura secondaria (foglietto )

• I polipeptidi che formano un foglietto

 possono disporsi in modo parallelo o anti- parallelo .

• Un foglietto  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 è “pieghettata”.

(73)

 ^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

(74)

(75)

Struttura secondaria

(sequenze non ripetitive)

• Queste strutture non ripetitive non sono

“casuali”.

• Hanno una forma meno regolare rispetto all’-elica ed al foglietto 

• La catena polipeptidica assume una

conformazione ad anse ed avvolgimenti.

(76)

Una proteina tende a ripiegarsi in una configurazione compatta

Cosa determina la forma di una proteina?

(77)

Struttura terziaria

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

(78)

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.

(79)

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.

È indispensabile per la sua attività biologica.

(80)

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.

(81)

ossidazione

(82)

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 ponti disolfuro

• R apolari verso l’interno (eccetto in proteine integrali di membrana)

• R polari verso l’esterno (solvatati da H2O)

(83)

Come si forma una struttura terziaria?

Ponti S_S

Formazione di sali

Interazioni idrofobiche

Legame idrogeno

(84)

(85)

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 (-NH

₃₊

)

• Legami a idrogeno

• Legami disolfuro

(86)

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.

(87)

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).

(88)

Denaturazione e rinaturazione di una proteina

La sequenza aminoacidica contiene tutta

l’informazione necessaria a specificare la forma tridimensionale di una proteina

RNasi nativa RNasi denaturata RNasi nativa

(89)

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

Formation is oxidation, disulfide breaking is reduction.

Denatured inactive ribonuclease

(90)

(91)

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 di proteine

(92)

Struttura terziaria ( i domini )

• Le catene polipeptidiche formate da più di 200 amminoacidi in genere comprendono 2 o più domini, 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 (-eliche, foglietti , 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.

(93)

dominio proteico: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

Struttura terziaria di una proteina chinasi

(94)

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

(95)

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.

(96)

Struttura quaternaria: associazione di più

catene polipeptidiche

(97)

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.

(98)

proteine: struttura quaternaria

• associazioni non covalenti di più subunità ( 4, aspartato transcarbamilasi 12, virus del mosaico del tabacco

>2000)

• sede dell’allosterismo (interazioni fra le subunità con conseguenze funzionali)

emoglobina

Modello di enzima allosterico

• A induce una

conformazione con maggiore affinità per S• I diminuisce

l’affinità dell’enzima per S

(99)

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.

(100)

• 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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(102)

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.

(104)

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

(105)

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.