AMMINOACIDI E PROTEINE

Gli amminoacidi naturali sono αααα -amminoacidi : : : : il gruppo amminico è legato all’atomo di carbonio immediatamente adiacente al gruppo carbonilico e hanno la seguente

formula generale:

un αααα - amminoacido

acido 2 - ammino propanoico

COOH C R H ₂ N

R

αααα

gruppo funzionale carbossilico

gruppo funzionale amminico

gli amminoacidi che si ottengono dall'idrolisi delle proteine sono tutti

αααα -amminoacidi

gli αααα -amminoacidi naturali appartengono tutti alla serie serie sterica sterica L L

(ad eccezione della glicina, che non ha

atomi di carbonio asimmetrici)

R non polare R non polare

COO ^- C H

R

H ₃ N ⁺

glicina [G]

(Gly) H

COO -

C H H

+ N

alanina [A]

(Ala) CH

COO -

C H H

N +

isoleucina [I]

(Ile)

isoleucina [I]

(Ile)

C CH

CH

CH

H

COO -

C H H

+ N

Leucina [L]

(leu)

Leucina [L]

(leu) CH

COO -

C H H

+ N

CH

CH

H

C

valina [V]

(Val) valina [V]

(Val) COO -

C H H

N +

CH

CH

H

C

prolina [P]

(Pro)

H H

N

CH COO

CH

H

C H

C

+

COO ^- C H

R

H ₃ N ⁺

R polare non carico

R polare non carico

serina [S]

(Ser)

CH

OH COO -

C H H

+ N

C CH

H OH

treonina [T]

(Thr)

treonina [T]

(Thr) COO -

C H H

+ N

cisteina [C]

(Cys) SH CH

COO -

C H

H

N +

metionina [M]

(Met)

metionina [M]

(Met) CH

S CH

CH

COO -

C H H

+ N

CH

glutammina [Q]

(Gln)

COO -

C H H

N +

C CH

O H

N

asparagina [N]

(Asn) COO -

C H H

+ N

C CH

O

H

N

COO ^- C H

R

H ₃ N ⁺

R aromatico

R aromatico

triptofano [W]

(Trp)

triptofano [W]

(Trp)

tirosina [Y]

(Tyr) fenilalanina [F]

(Phe)

fenilalanina [F]

(Phe) COO -

C H H

+ N

N H

CH

COO -

C H H

N +

CH

OH COO -

C H H

N +

CH

gruppi R aromatici

gruppi R aromatici

COO ^- C H

R

H ₃ N ⁺

R con carica negativa

R con carica negativa

gruppi R carichi negativamente gruppi R carichi negativamente

acido aspartico [D]

(Asp) CH

COO -

COO -

C H H

+ N

acido glutammico [E]

(Glu) CH

CH

COO -

COO -

C H

H

+ N

COO ^- C H

R

H ₃ N ⁺

R con carica positiva

R con carica positiva

lisina [K]

(Lys) lisina [K]

(Lys)

istidina [H]

(His) istidina [H]

(His) CH

CH

CH

CH

NH

+

COO -

C H H

N +

arginina [R]

(Arg)

arginina [R]

(Arg) CH

CH

CH

NH C NH

NH +

COO -

C H

H

N + COO -

C H H

+ N

H N

N

CH

H +

Le proteine sono polimeri biologici risultanti dall’unione di 20 diversi amminoacidi; sono grosse molecole contenenti spesso centinaia di amminoacidi e la varietà di combinazioni e strutture possibili è tale da giustificare una molteplicità di funzioni. La loro sintesi è controllata direttamente dal DNA. Possono avere un ruolo strutturale o funzione catalitica (la maggior parte degli enzimi sono proteine).

Chimicamente le proteine sono poliammidi, cioè risultanti dalla

condensazione del gruppo amminico di un amminoacido con il gruppo carbossilico dell’amminoacido successivo.

C C-OH H

R

H

N C COOH

H R H

N

+

il legame peptidico il legame peptidico

C H

C O

N R H

H

N COOH

H C

αααα R αααα

H

O

dipeptide dipeptide

O

C O

N H -

+ R R’

C O

N H

.. ^R’

R

C O

N H R R’

δ + δ + δ + δ + δ δ δ

δ −−−−

mesomeria delle ammidi

planarità del legame peptidico planarità del legame peptidico

C C

O

C N

H

αααα δδδδ -

δδδδ +

αααα

estremità

carbossi-terminale

seril-glicil-aspartil-alanil-leucina

SGDAL

estremità

ammino-terminale

C H

CH

OH

+

H

N C

H H

C O

N H

C H CH

C H CH

C H

COO

COO

CH

CH

H

C

CH

αααα

αααα αααα αααα

αααα ^C _O ^N

H

C O

N H

C O

N H

Quando il numero di amminoacidi legati è superiore a 70 e il PM è superiore a 5000 si parla di polipeptide

Il gruppo ammidico – C - NH

- di una proteina viene comunemente chiamato gruppo peptidico.

L’atomo di idrogeno legato all’azoto può fermare legami idrogeno con l’ossigeno di un altro gruppo carbonilico.

Una proteina può presentare quattro livelli di struttura:

- Primaria - Secondaria - Terziaria

- Quaternaria

O

Si chiama struttura primaria di una proteina

la

sequenza degli amminoacidi nella catena polipeptidica

Si chiama struttura primaria di una proteina

la

sequenza degli amminoacidi sequenza degli amminoacidi

nella catena

nella catena polipeptidica polipeptidica

Struttura secondaria delle proteine Struttura secondaria delle proteine

C O

R N

R

H

H N

C O

R R

il legame a idrogeno il legame a idrogeno

E’ determinata dalla disposizione nello spazio degli amminoacidi vicini lungo la catena. Molte proteine hanno struttura secondaria ad αααα-elica

α α -elica α - - elica elica

mioglobina

Il legame a H si stabilisce tra l’ N-H di un amminoacido

e il C=O di quello che lo segue di 4 unità

Il legame a H si stabilisce tra l’ N-H di un amminoacido

e il C=O di quello che lo segue

di 4 unità

β -sheet parallelo

β -sheet parallelo

Struttura secondaria delle proteine

Struttura secondaria delle proteine

β -sheet antiparallelo

β -sheet antiparallelo

Struttura secondaria delle proteine

Struttura secondaria delle proteine

Struttura terziaria delle proteine Struttura terziaria delle proteine : :

struttura tridimensionale caratteristica struttura tridimensionale caratteristica

delle proteine globulari, originata dal delle proteine globulari, originata dal

ripiegamento su se stessa della ripiegamento su se stessa della

struttura secondaria grazie alle

struttura secondaria grazie alle

interazioni fra le catene laterali (R)

interazioni fra le catene laterali (R)

Ponti salini

Ponti disolfuro Legami H

Van der Waals Idratazione

Tipi di interazione

riduzione (+2H) ossidazione (-2H)

cistina

SH CH

COO -

C H H

+ N

SH CH

COO -

C H H

+ N

S

COO -

C H H

+ N

S H

C

COO -

C H H

N +

CH

cisteina

Struttura quaternaria dell’emoglobina

Presenza di due o più subunità peptidiche

Caratteristiche

Caratteristiche chimiche chimiche degli

degli amminoacidi amminoacidi

COO ^- COO ^-

C H

R

H ₃ N H ₃ N ^{+ +}

Allo stato cristallino gli amminoacidi sono presenti in forma zwitterionica

Allo stato cristallino gli amminoacidi sono presenti

in forma zwitterionica

gli amminoacidi sono anfoliti gli amminoacidi sono anfoliti

COO ^-

R CH

NH

+ + H

O

forma anfionica (zwitterionica)

forma cationica

forma anionica

COO ^-

R CH

NH

+ + OH- R CH COO ^-

NH

COOH

R CH

NH

+ + H

O

+ H

O

nella forma cationica gli amminoacidi sono acidi diprotici

nella forma cationica gli amminoacidi sono acidi diprotici

Ka

COOH

R CH

NH

+ + H

O R CH COO ^-

NH

+

+ H

O

Ka

COO ^-

R CH

NH

+ + H

O R CH COO ^-

NH

+ H

O

il pKa ₁ di un amminoacido è influenzato dal gruppo

amminico

il pKa ₁ di un amminoacido è influenzato dal gruppo

amminico

pKa = 2.34 pKa = 2.34

pKa = 4.75 pKa = 4.75 Ka

COOH

H CH

NH

+ + H

O H CH COO ^-

NH

+

+ H

O

Ka

COOH

CH

+ H

O CH

COO ^- + H

O

COOH H

N C H

H +

AH ₂ ⁺ AH

Ka

COO ^- H

N C H

H

+ Ka

A ^-

COO ^- H

N C H

H

punto isoelettrico punto isoelettrico

pK ₁ + pK ₂

pI = 2