Aminoacidi e proteine - Omero

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
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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
+
) )
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Proprietà acido-base degli AA
15

Proprietà acido-base degli AA
16

Proprietà acido-base degli AA
17

Proprietà acido-base degli AA
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Il legame peptidico
Il legame peptidico si forma fra il gruppo carbossilico di
un AA ed il gruppo amminico dell’AA successivo
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Il legame peptidico
Il legame peptidico ha caratteristiche elettroniche che ne
regolano la geometria
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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).
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Proprietà elettriche del legame
peptidico
A causa della distribuzione degli elettroni il legame
peptidico ha specifiche proprietà elettriche:
Èdipolare
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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
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Peptidi e proteine
FUNZIONI:
‣ catalitiche
enzimi;
‣ trasporto di metaboliti ioni etc;
‣ormonali
glucagone, insulina ………
‣ Recettoriali;
‣ Difensive
anticorpi;
‣ Contrattile;
‣ Strutturale
citoscheletro etc
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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
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Struttura di una proteina
Proteine native= proteine nella loro conformazione funzionale
termodinamicamente più stabile
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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
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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)
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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)
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Mappa di Ramachandran
Esistono diverse
strutture
secondarie
permesse:
Eliche (destrorsa
e sinistrorsa)
Strutture β
Ripiegamenti
(turns)
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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
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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
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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
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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
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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
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Legami idrogeno
Legame idrogeno fra le catene laterali di due
aminoacidi vicini o con il mezzo (H 2 O)
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Interazioni di van der Waals
Legame elettrostatico fra le catene laterali di due
aminoacidi vicine
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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
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Interazioni idrofobiche
Interazioni fra catene laterali apolari di aminoacidi
vicini
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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
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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
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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)
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Strutture supersecondarie
Organizzazioni stabili costituite da diversi elementi di
struttura secondaria e dalle loro connessioni.
Possono essere unità ripetitive in una struttura proteica
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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
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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+
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Coenzima –
composto organico
FADH 2
Biotina
Acido lipoico
Retinale
Piridossale
etc
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