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Aminoacidi e proteine - Omero

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Aminoacidi

Gli α-aminoacidi sono molecole con almeno

due gruppi funzionali legati al carbonio α

1


Isomeria ottica

Tutti gli AA, esclusa la glicina, presentano almeno

un atomo di carbonio asimmetrico, il Cα

2


Isomeria ottica

Possono esistere due isomeri configurazionali (D

ed L, in base alla configurazione della

gliceraldeide)

In natura esistono solo AA di configurazione L

3


Caratteristiche strutturali

degli aminoacidi

Gli aminoacidi

differiscono tra loro

per il gruppo R, i

mammiferi utilizzano

20 aminoacidi diversi

il cui gruppo R può

avere proprietà

acide, basiche,

polari, aromatiche o

apolari

Interazioni idrofobiche

4


Aminoacidi modificati

10


Proprietà acido-base degli AA

La presenza dei due gruppi funzionali COO - ed NH 3+ rende

gli AA simili, nel loro comportamento acido-base, ad acidi

biprotici AH 2

+

11


Proprietà acido-base degli AA

12


Proprietà acido-base degli AA

13


Proprietà acido-base degli AA

Si definisce pI (punto isoelettrico) il valore di pH al

quale l’AA ha carica netta 0, nel caso di un AA con catena

laterale neutra il punto isoelettrico è pari a:

pI= ½ (pKa’ (α-CCOH) + pKa” (α-NH3

+

) )

14


Proprietà acido-base degli AA

15


Proprietà acido-base degli AA

16


Proprietà acido-base degli AA

17


Proprietà acido-base degli AA

18


Il legame peptidico

Il legame peptidico si forma fra il gruppo carbossilico di

un AA ed il gruppo amminico dell’AA successivo

19


Il legame peptidico

Il legame peptidico ha caratteristiche elettroniche che ne

regolano la geometria

20


Proprietà geometriche del legame

peptidico

• legame planare;

• non è permessa libera rotazione attorno al legame C-N;

• lunghezza di legame:

Cα 1 -C 1.52 Å

C=O 1.23 Å

C-N 1.33 Å

N-Cα 2 1.45 Å

• il legame ω generalmente è trans (180°);

•Vi è libera rotazione intorno ai legami Cα1-C (φ) e N-Cα2

(ψ).

21


Proprietà elettriche del legame

peptidico

A causa della distribuzione degli elettroni il legame

peptidico ha specifiche proprietà elettriche:

Èdipolare

23


Peptidi e proteine

Polimeri le cui unità strutturali sono gli aminoacidi legati da

legami peptidici

Peptidi= polimeri con max 20 residui aminoacidici

Proteine= polimeri con numero di residui aminoacidici > 20

24


Peptidi e proteine

FUNZIONI:

‣ catalitiche

enzimi;

‣ trasporto di metaboliti ioni etc;

‣ormonali

glucagone, insulina ………

‣ Recettoriali;

‣ Difensive

anticorpi;

‣ Contrattile;

‣ Strutturale

citoscheletro etc

25


Peptidi e proteine

AA standard = 20

Dipeptide= formato da 2 AA

Numero di possibili combinazioni= 20 2

Numero medio di AA per proteina = 400

Numero di combinazioni possibili = 20 400

≈ infinite combinazioni

26


Struttura di una proteina

Proteine native= proteine nella loro conformazione funzionale

termodinamicamente più stabile

27


Struttura primaria

Si definisce struttura primaria di una proteina la sequenza

aminoacidica dei residui che la compongono, per

convenzione la sequenza aminoacidica va dall’N-terminale

al C-terminale

NH 3+ -A-V-G-D-E-Y-L-R-P-E-COO -

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

28


Struttura primaria

29


Degradazione di Edman

H

30


Struttura secondaria

31


Struttura secondaria

Studi condotti da Linus Pauling intorno al 1930 mediante

diffrazione ai raggi X sulle possibili conformazioni di una

catena polipeptidica:

• La lunghezza e gli angoli di legame dovrebbero essere

distorti il meno possibile rispetto i valori trovati dalla

diffrazione a raggi X;

•Due atomi non dovrebbero avvicinarsi più della distanza

di van der Waals;

• Il gruppo ammidico dovrebbe rimanere planare ed in

configurazione trans;

• Dovrebbero essere presenti alcuni tipi di legame non

covalente per stabilizzare i ripiegamenti (es. legami

idrogeno)

32


Formazione di legami idrogeno

La stabilizzazione di una

struttura secondaria

delle proteine in gran

parte dipende dalla

formazione di legami

idrogeno fra l’atomo di

idrogeno legato all’

azoto di un legame

peptidico e l’atomo di

ossigeno di un altro

legame peptidico.

33


Considerati i due piani formati da due legami peptidici

adiacenti, la libera rotazione è permessa solo intorno ai

legami Cα-N e Cα-CO. Si vengono a definire i due angoli

diedri φ (Cα-N) e ψ (Cα-O)

34


Mappa di Ramachandran

Esistono diverse

strutture

secondarie

permesse:

Eliche (destrorsa

e sinistrorsa)

Strutture β

Ripiegamenti

(turns)

35


α-elica

• φ=−45 a −50°

• ψ= −60°

• Numero di residui per giro

= 3.6

• Distanza fra un residuo ed

il successivo = 1.5 Å

• Passo dell’elica (prodotto

fra numero di residui e

distanza fra un residui ed il

successivo) = 5.4 Å

• Legame H fra NH di un

legame peptidico e l’O del

quarto residuo aminoacidico

successivo

36


Stabilità di un’α-elica

Repulsione elettrostatica fra residui aminoacidici con gruppi

R carichi

Dimensione dei gruppi R adiacenti

Interazioni fra catene laterali spaziate da tre o quattro

residui

Presenza di residui di prolina e glicina

Interazioni fra aminoacidi alle estremità dell’elica ed il dipolo

elettrico formato da questa struttura

37


Foglietti β

L’angolo φ è negativo e l’angolo ψ è positivo

Legami idrogeno fra gruppo NH ed atomo di O di catene

polipeptidiche adiacenti e non necessariamente orientate nella

stessa direzione.

Foglietti β paralleli

Foglietti β antiparalleli

38


β-Turns

I turns sono strutture composte da pochi aminoacidi che in

genere servono per collegare eliche o foglietti:

41


Struttura terziaria

Ripiegamento in strutture più compatte delle catene

polipeptidiche. Disposizione di tutti gli atomi nello spazio

tridimensionale

42


Fattori che determinano

struttura secondaria e terziaria

ΔG = ΔH –TΔS ΔG< 0

ΔS = negativo

variazione di entropia conformazionale di ripiegamento

Il ripiegamento porta ad una diminuzione di entropia.

Interazioni carica-carica

Interazioni idrofobiche

Interazioni di van der Waals

Legami idrogeno

Formazione di ponti disolfuro

43


Legami idrogeno

Legame idrogeno fra le catene laterali di due

aminoacidi vicini o con il mezzo (H 2 O)

45


Interazioni di van der Waals

Legame elettrostatico fra le catene laterali di due

aminoacidi vicine

46


Interazioni carica- carica

Interazione fra una coppia ionica di catene laterali di

aminoacidi vicini

47


Ponti disolfuro

Formazione di un legame covalente fra due residui

di cisteina anche non adiacenti con ossidazione del

gruppo SH a formare la cistina

48


Interazioni idrofobiche

Interazioni fra catene laterali apolari di aminoacidi

vicini

49


α-cheratina

• α-elica destrorsa;

•Due eliche

interagiscono a

formare un

superavvolgimento

sinistrorso

•Due catene parallele di

superavvolgimenti

formano il

protofilamento;

•Più protofilamenti

formano la protofibrilla

51


Collagene

• Proteina resistente alle tensioni

presente nel tessuto connettivo

• Struttura secondaria= catena α

sinistrorsa 3.3 residui per giro di

elica (tropocollagene)

• Struttura terziaria e

quaternaria= tre catene

superavvolte le une sulle altre

• Motivo di sequenza tipico:

Gly-X-Y

X= qualsiasi aminacido

Y= prolina o idrossiprolina

• Legami crociati fra residui di

lisina ed idrossilisina di catene

adiacenti

52


Struttura quaternaria

•Proteine formate da più

catene polipeptidiche.

• Legami ionici ed idrofobici

• Stechiometria definita

• Gli oligomeri di solito sono

più stabili delle singole

subunità dissociate.

• Formazione di siti attivi

fra le catene

• Il legame con il ligando può

cambiare la struttura della

proteina (es. legame

cooperativo)

53


Strutture supersecondarie

Organizzazioni stabili costituite da diversi elementi di

struttura secondaria e dalle loro connessioni.

Possono essere unità ripetitive in una struttura proteica

54


Domini

Unità fondamentale del folding proteico con combinazione di

diversi elementi di struttura secondaria e/o motivi non

necessariamente contigui, a formare una struttura globulare

55


Oloproteina - Apoproteina + gruppo prostetico

Apoproteina = proteina nella sua

conformazione

Cofattore – Metallo

Gruppo prostetico

Coenzima –

composto

organico

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Gruppi prostetici

Ione metallico o piccola molecola che fanno parte

dello stato nativo di una proteina e che risultano

essenziali per il suo funzionamento. Può essere legato

alla proteina mediante interazioni di tipo covalente e

non covalente.

•Cofattore

– Metallo:

-Legati direttamente: Cu 2+ Fe 2+ Fe 3+ Zn 2+ Ca 2+

Co 2+ Mg 2+ Mn 2+

-Legati attraverso il gruppo eme: Fe 2+ Fe 3+ Mg 2+

-Come complessi con lo zolfo Fe 2+ e Fe 3+

57


Coenzima –

composto organico

FADH 2

Biotina

Acido lipoico

Retinale

Piridossale

etc

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