4. Proteine BIOCHIMICA RIASSUNTO CAP SILIPRANDI pdf PDF

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RIASSUNTO CAP SILIPRANDI DA INTEGRARE EVENTUALMENTE CON GLI APPUNTI PRESI A LEZIONE, IMMAGINI PER MIGLIORARE LA COMPRENSIONE, RIVISIONATO CON APPUNTI...

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Proteine Legame peptidico Gli amminoacidi sono in grado di legarsi fra loro per formare strutture più complesse: - Peptidi - Proteine Una molecola formata da due amminoacidi o da pochi amminoacidi non è da considerarsi una proteina, con almeno 50 amminoacidi si può definire proteina. Il legame che concatena gli amminoacidi in queste strutture si forma per eliminazione di una molecola d’acqua tra il gruppo carbossilico di un amminoacido ed il gruppo amminico di un altro amminoacido. Tale legame prende il nome di legame peptidico. Il dipeptide che si forma fra due amminoacidi, possedendo un gruppo amminico ed un gruppo carbossilico liberi, può analogamente legarsi con altri amminoacidi per formare un tripeptide, un tetrapeptide ecc. ed infine una catena polipeptidica. Il legame peptidico è stabile e non consente alcuna libertà di rotazione ai gruppi atomici che collega. Si verrà quindi a stabilire una struttura planare. Il legame peptidico ha una lunghezza intermedia tra un legame semplice e uno doppio, infatti: - Legame peptidico: 1.32Å - Legame semplice: 1.49"Å - Legame doppio: 1.27"Å

per convenzione, una catena peptidica inizia con l’amminoacido N-terminale, avente cioè il gruppo –NH2 libero, e termina con l’amminoacido C-terminale, avente il gruppo carbossilico libero. Il legame peptidico può essere idrolizzato facilmente da enzimi che appartengono alla famiglia delle idrolasi.

PROTEINE, INTRODUZIONE Le proteine sono macromolecole costituite da almeno 50 amminoacidi. In base alla composizione, le proteine possono essere classificate in: - Proteine semplici - Proteine complesse Dal punto di vista strutturale possono essere distinte in: - Proteine fibrose - Proteine globulari

PROPRIETÀ PRINCIPALI

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-

Solubilità Dipende da:

§

Rapporto fra i gruppi polari e gruppi non polari dei residui amminoacidici, più il rapporto è spostato in favore di residui polari, più la solubilità in acqua è elevata.

§

pH

punto isoelettrico in ambiente a pH fisiologico, i soli residui amminoacidici delle proteine atti a cedere o accettare protoni sono quelli dell’istidina ed i gruppi 𝛼-amminici N terminali.

FUNZIONI DELLE PROTEINE - catalisi enzimatica: i catalizzatori biologici, enzimi, sono di natura proteica -

trasporto: sono numerose le sostanze trasportate da un tessuto all’altro, o da una cellula all’altra, da parte di proteine. Esempio: § emoglobina (trasporta O2) § lipoproteine (trasporta trigliceridi e altri classi di lipidi) § albumina (trasporta gli acidi grassi)

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deposito: si organizzano spazialmente in maniera tale da poter contenere al loro interno gli ioni, che verranno rilasciati nel momento in cui la cellula ne ha bisogno. Esempio: § ferritina (deposito per il Fe) § caseina (deposito per gli amminoacidi del latte)

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contrazione muscolare: le proteine contrattili del muscolo sono proteine fibrose che saranno in grado di cambiare disposizione spaziale nello spazio al fine di finalizzare l’accorciamento sarcomerico e il successivo rilassamento muscolare § miosina § actina

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strutturale: § §

collagene elastina

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protezione: gli anticorpi, cioè gli agenti responsabili della difesa dell’organismo contro batteri, virus, ecc., sono proteine. Di natura proteica è anche il fibrinogeno, coagulazione del sangue.

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Recezione e trasduzione dei segnali: gli stimoli e segnali esterni sono recepiti da specifici recettori di natura proteica e trasdotti in risposte interne pure da proteine

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Regolazione ormonale: numerosi ormoni, quali. § Insulina § Glucagone § Paratormone ecc. Sono di natura proteica

-

Regolazione genica: i fattori che controllano i processi di trascrizione e traduzione: § Repressori

§ Induttori § Istoni § Proteine ribosomiali ecc. Sono proteine.

Proteine coniugate Proteine coniugate lipoproteine glicoproteine

Componente non proteica Lipidi Carboidrati

fosforoproteine cromoproteine metalloproteine

Gruppo fosfato Cromogeno Fe, Zn, Ca, Mb, Cu

Esempio Plasma Immunoglobuline G/proteoglicani Caseina del latte Hb plastocianina

LIVELLI STRUTTURALI A livello di una proteina si riscontrano più livelli strutturali, dalla primaria alla quaternaria. FINESTRA SU COME SI REGOLANO LE VIE METABOLICHE Un controllo su tutti gli enzimi sarebbe impossibile, quindi per ogni via metabolica esiste un enzima che in genere si trova a monte di un percorso metabolico che può essere modulato nella sua attività e quindi può aumentare o rallentare la velocità di reazione che catalizza e di conseguenza tutto il percorso a valle. Questi enzimi prendono il nome di enzimi di regolazione. -

Struttura primaria: La sequenza con cui si ripetono i residui amminoacidici definisce la struttura primaria. Proteine con lo stesso numero di residui aminoacidici che differiscono nella struttura primaria svolgono funzioni diverse. Le proteine si distinguono per la composizione e per la sequenza dei residui amminoacidici.

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Struttura secondaria: la struttura secondaria può assumere tre conformazioni: § 𝛼-elica consiste nell’avvolgimento della catena polipeptidica intorno ad un asse con un passo di spira di 5,4Å, per ogni spira sono presenti 3,6 amminoacidi. Le catene 𝛼-eliche vengono spesso interrotte dalla presenza di catene laterali di amminoacidi che non consentono il ripiegamento in modo ordinato. Sebbene sia possibile un’elica sinistrorsa, la gran parte delle proteine naturali che hanno una struttura 𝛼-elica hanno un andamento destrorso, in quanto dotati di molta stabilità.per effetto dell’avvolgimento spirale ad 𝛼-elica i due amminoacidi connessi dal legame idrogeno vengono a trovarsi spazialmente vicini. Infatti la struttura 𝛼-elica è stabilizzata da legami H.

§

§

La conformazione 𝛼-elica è la più diffusa. 𝛽-foglietto consiste in un’elica allungata. Le catenenpolipeptidiche con conformazione 𝛽 sono tenute insieme da legami idrogeno intercatena, andando a determinare la classica forma a foglietto pieghettato. Le strutture beta foglietto possono essere parallele o antiparallele a seconda se l’ossatura della catena peptidica è nella stessa direzione o in direzione opposta tripla elica esempio: tropocollagene

queste conformazioni dipendono dall’angolatura che possono assumere i legami che connettono le strutture planari. La cheratina è una molecola formata da subunità caratterizzate da una struttura ordinata ad alfa-elica, ed ogni filamento di cheratina è ripiegato avvolgendosi su un altro filamento di cheratina e 4 subunità di 2 molecole di cheratine costituendo le protofibrille. La cheratina presenta dei gruppi sulfidrilici, che stabilizzano la struttura della proteina -

Struttura terziaria la struttura terziaria coinvolge nella sua stabilizzazione le catene laterali degli amminoacidi. Una struttura terziaria viene stabilizzata da: § legami elettrostatici, cioè i legami che si stabiliscono tra un gruppo carbossilico delle catene laterali di amminoacidi acidi o il gruppo –COOH terminale della catena peptidica e i gruppi –NH2. § Legami a ponte di idrogeno § Interazioni di tipo idrofobico fra i residui di amminoacidi apolari § Ponte di solfuro che si stabiliscono tra le catene laterali dei residui di cisteina

COLLAGENE Il collagene è la più abbondante proteina presente all’interno dell’organismo, circa il 30%. È presente in vari tessuti, in diverse percentuali: § Tendini § Legamenti § Fasce § Cartilagine § Ossa § Denti È una famiglia proteica multigenica sintetizzata da: § Fibroblasti (connettivo) § Osteoblasti (osseo) § Condroblasti (cartilagine) § Odontoblasti (denti) Esistono 27 tipi di collagene ma hanno caratteristiche comuni, infatti sono costituiti da 3 catene peptidiche avvolte in maniera tale da assicurare a livello tissutale, una forza tensile

molto importante, non possono essere allungati, ma gli conferiscono la resistenza a forze esterne non indifferenti. Ogni molecola di tropocollagene è costituita da 3 catene peptidiche che risultano essere caratterizzate dalla ricchezza di: § Residui di glicina § Residui di prolina § Idrossiprolina, l’idrossiprolina viene prodotta a partire dalla prolina grazie alla prolinidrossilasi § Idrossilisina, l’idrossilisina deriva dalla lisina, che viene modificata dalla lisinidrossilasi La prolinidrossilasi e la lisinidrossilasi richiedono come cofattore: - Acido ascorbico - Ferro (in forma ferrosa) Cosubstrati sarà l’alfa-cheto-acido glutarico (5C, bicarbossilico) Precorso: 1. alfa-chetoacido glutaricoàdecarbossilazioneàacido succinico 2. il gruppo chetonico viene modificato diventando gruppo carbossilico, serve dunque l’ossigeno 3. dalla molecola di O2, un’O viene staccato e portato a livello della prolina, viene inserito come gruppo ossidrilico 4. la lisinidrossilasi agisce sul residuo di lisinaà idrossilazioneàlisinidrossilasi previa presenza di: - Acido-alfa-chetoglutarico - Ossigeno molecolare - Acido ascorbico - Ione ferroso Il collagene è formato da 3 catene peptidiche, ognuna delle quali è costituita da 1000AA Nella struttura primaria alla glicina può seguire qualunque amminoacido, solitamente l’AA che segue è la prolina, il terzo l’idrossiprolina. Percentuali: - 30% glicina - 20-30% prolina- idrossiprolina Molecole non presenti a livello del collagene sono: - cisteina - triptofano le catene polipeptidiche sono, quindi, espresse in triplette solitamente con indicate con glicina-x-y dove x-y solitamente sono rappresentate da prolina e idrossiprolina. Le 3 catene peptidiche sono disposte spazialmente in maniera sfalsata, nel senso che in corrispondenza del primo residuo di glicina non può essere presente, sull’altra catena, glicina. Se sulla catena 1 ho glicinax-y, sulla catena 2 avrò x-glicina-y, sulla terza catena y-x-glicina, questo perché prolina e idrossipolina hanno una catena laterale molto ingobrante, in questa maniera, sfalsata, si assicura il legame a ponte idrogeno tra glicina e l’AA che si trova sullo stesso piano della catena peptidica adiacente. sintesi del collagene Viene inizialmente sintetizzato un peptide leader, in grado di guidare la proteina in crescita. Le procatene sono caratterizzate da un peso molecolare maggiore di quello che si riscontra nella molecola del collagene maturo. Nella porzione disordinata che si riscontra alle estremità delle catene peptidiche, sono presenti residui di cisteina con i loro gruppi sulfidrilici all’estremità carbossiterminale, ciò assicura la formazione di legami disolfuro di questo dominio della molecola di collagene in maturazione, bloccando le estremità àavvolgimento sinistrorso

maturazione collagene 1. È caratterizzata inizialmente dal distacco del peptide leader (tipico delle proteine sintetizzate a livello intracellulare e successivamente esportate) 2. modificazione a livello dei residui di prolina e lisinaà idrossilazione 3. blocco alle estremità carbossiterminaleàavvolgimento a tripla elica 4. impacchettamento delle molecole proteiche nelle vescicole trasporto delle proteine nello spazio extracellulare. 5. distacco dei peptidi carbossi e ammino terminali (telopeptidi) grazie a: § procollageno carbossipeptidasi § procollageno amminopeptidasi modificazioni posttraduzionali Le ultime modificazioni sono a carico dei residui di lisina, desaminazione, viene espulso il gruppo amminico sull’epsilon; la desaminazione è catalizzata da lisinossidasi, così si formerà l’allisina, con la formazione del gruppo aldeidico, che permette la formazione di un legame: mediante la condensazione aldolica tra due residui di allisina (di tropocollageni diversi) oppure la formazione di un legame che vede coinvolti –NH2 di una lisina e un gruppo aldeidico di un’altra allisina, formando una base di shift. Questi legami si formano tra le subunità del tropocollagene, stabilizzandole. In più 3 molecole di allisina+1 di lisina partecipano alla formazione di una struttura forte che tiene unite diverse subunità del tropocollageneà legami crociati.

-

struttura quaternaria: la struttura quaternaria risulta dall’associazione di subunità. Si parla di struttura quaternaria omogenea se le subunità sono identiche, di struttura quaternaria eterogenea se le subunità sono diverse tra di loro. La forza che tiene unite le subunità è determinata dalla presenza di legami non covalenti.

EMOPROTEINE Le emoproteine sono proteine appartenenti ad una famiglia più vasta che prende il nome di cromoproteine, cioè sono delle proteine che hanno come gruppo prostetico un cromogeno, cioè una molecola che fa assumere al mezzo in cui si trova un particolare colore. Sono chiaramente proteine coniugate.

MIOGLOBINA ED EMOGLOBINA

MIOGLOBINA La mioglobina è una proteina monomerica costituita da una sola catena polipeptidica, è una struttura terziaria.

EMOGLOBINA L’emoglobina è una proteina formata da 4 subunità, quindi è una proteina tetramerica, i cui si riconosce una struttura quaternaria.

La mioglobina è una proteina costituita da 153 amminoacidi

L’emoglobina è una proteina costituita da cate 𝛼 e 𝛽: - le catene 𝛼 sono costituite da 141 amminoacidi - le catene 𝛽 sono costituite da 146 amminoacidi

La mioglobina lega l’ossigeno reversibilmente per cederlo alla citocromo-ossidasi (sistemi redox della catena respiratoria).

L’emoioglobina lega l’ossigeno reversibilmente a livello polmonare e attraverso il plasma, il sangue lo trasferisce a livello di tutti i distrett

Sono due proteine che hanno la capacità di legare reversibilmente l’ossigeno, il quale verrà legat mediante al componente prostetica. Emoglobina e mioglobina contengono ferro e prendono il nome di proteine a ferro eminico così come i citocromi Sono entrambe proteine che sono in grado di legare l’ossigeno, una lo trasporta, l’altra lo conserva permettendo l’utilizzazione di ossigeno a libello cellulare e sono legate alla respirazione esterna e interna La differenza tra mioglobina ed emoglobina non risiede solo nel numero di amminoacidi ma anch a livello di struttura primaria, cioè a livello della sequenza amminoacidica, ma anche nel ripiegamento.

EME L’eme costituisce il sito di legame con l’ossigeno, a livello della mioglobina, emoglobina e citocromi. È una struttura caratterizzata dalla presenza di 4 anelli pirrolici che vengono indicati con: - Ao1 - Bo2 - Co3 - Do4 A livello degli anelli pirrolici si riscontra il pirrolo che è una struttura ciclica che presenta un eteroatomo rappresentato dall’azoto a livello dell’eme si riscontra la presenza di 4 anelli pirrolici che saranno legati tra di loro grazie alla presenza di ponti metinici, ogni anello pirrolico presenta dei sostituenti. La protoporfirina 9 è il precursore dell’eme, questa differisce dall’eme per l’assenza dello ione ferroso che invece nell’eme si trova al centro dell’anello tetrapirrolico

Sostituenti degli anelli pirrolici: - 1,3,5,8 sostiuenti metilici - 2,4 sostituenti vinilici - 6, 7 sostituenti propionici è una struttura che ha caratteristiche idrofobiche andando a determinare un’assoluta idrofobicità all’interno della tssca dell’eme, in quanto all’interno si troverà il ferro che deve essere mantenuto in forma ridotta. L’emoglobina lega l’ossigeno che è un agente ossidante molto forte, la tendenza dell’ossigeno è quindi quella di sottrarre un elettrone al ferro, da ferroso a ferrico. L’emoglobina che lega lo ione ferrico diventa metaemoglobina, così come la mioglobina, legando lo ione ferrico diventa metamioglobina, ma sono strutture che hanno fallito nella loro funzione in quanto non sono più capaci di legare l’ossigeno. Un sistema di riduzione che riduce è la metaemoglobina-reduttasi, in grado di ridurre lo ione ferrico in ione ferroso, ripristinando le caratteristiche tipiche dell’emoglobina e della mioglobina, permettendo nuovamente la possibilità di rilegare l’ossigeno.

STRUTTURA DELL’EME Ha una struttura planare in cui il ferro occupa la posizione centrare dell’anello tetrapirrolico. Il ferro può stabilire 6 legami di coordinazione: - 4 con gli azoti degli anelli tetrapirrolici - 2 orientati perpendicolarmente al piano dell’eme il quinto legame di coordinazione il ferro lo stabilisce con un residuo di istidina il secondo legame di coordinazione è disponibile per l’ossigeno. Le forme deossigenate dell’emoglobina e della mioglobina prendono il nome di: - mioglobina – O2 àdeossimioglobina - emoglobina- O2 à deossiemoglobina il ferro dell’eme quando lega ossigeno si trova perfettamente al centro della struttura planare. Si troverà da una parte l’O2 dall’altra l’istidina prossimale (che impiega il 5 legame di coordinazione). In prossimità dell’ossigeno vi è un’altra istidina che non è però legata all’ossigeno, ma con la sua catena laterale crea ingombro sterico: istidina distale. Questa istidina costringe il monossido di carbonio a ripiegarsi a formare un angolo di legame inferiore, non compatibile con il legame con l’eme, ricorda che il monossido di carbonio ha un’affinità per l’eme 200 volte maggiore rispetto all’ossigeno. - Legame CO-Feà90° - Legame O2-Feà120°

EMOGLOBINA L’emoglobina è una proteina tetetramerica , costituita da 4 subunità, ciascuna composta da: - Una componente proteica: globina - E da eme l’emoglobina si trova in una quantità che va da 12 a 15mg per 100ml di sangue. È collocata all’interno dei globuli rossi, solo una piccola quantità si riscontra all’esterno di essi in caso di emolisi intravasale. - L’emoglobina che si trova nel plasma prende il nome di emoglobina A1 è costituita da:

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§ 2 subunità 𝛼 § 2 subunità 𝛽 l’emoglobina A2 (2-3% nell’adulto) è costituita da: § 2 subunità 𝛼 § 2 subunità 𝛿 l’emoglobina fetale è costituita da: § 2 subunità 𝛼 § 2 subunità 𝛾 l’emoglobina embrionale è costituita da: § 2 subunità 𝛼 § 2 subunità 𝜀 nelle primissime settimane le sue subunità sono z2"𝜀2

l’emoglobina A1 modificata prende il nome di emoglobina glicata, cioè l’emoglobina a cui si legano i residui di glucosio e 𝜀amminogruppi di molecole di lisina.

FINESTRA GLICAZIONE-GLICOSILAZIONE Glicazioneà non ha necessità di essere catalizzata da enzimi Glicosilazioneà è catalizzata da enzimi Il prodotto è uguale Perché una quota di emoglobina viene glicata? Perché il globulo rosso utilizza a scopo energetico solo e soltanto il glucosio. In realtà non tutto il glucosio che passa all’interno della cellula può essere attivata e metabolizzata: il glucosio, soprattutto in condizioni post-prandiali passa all’interno del globulo rosso in quantità maggiore del suo fabbisogno e, poiché non può rimanere libero, perché altera gli equilibri osmotici, si lega all’emoglobina formando l’emoglobina glicata. In relazione al suo peso molecolare, l’emoglobina non è in grado di oltrepassare il filtro renale ma viene recuperata legandoli alle proteine che garantiscono il recupero del ferro che si trova nella componente prostetica dell’emoglobina. funzioni dell’emoglobina - trasporto dell’ossigeno - azione tampone sul pH del sangue - trasporto della CO2 dai tessuti ai polmoni 1. trasporto dell’ossigeno l’emoglobina trasporta ossigeno a livello di tutti i tessuti. È in grado di ossigenare la mioglobina che trasferisce l’ossigeno a livello mitocondriale, dove l’ossigeno si lega alla citocromo ossidasi. La quantità d’ossgeno che si combina con la emoglobina contiene 4 gruppi eme, ognuno capace di legare reversibilmente una molecola di O2, la reazione dell’emoglobina con lO2, avviene secondo l’equilibrio: Hb + 4O2 ↔ Hb (O2)4 deossiemoglobina↔ ossiemoglobina La quantità d’ossigeno che viene rilasciata dall’emoglobina ai tessuti dipende dalle esigenze cellulari di ossigeno che è strettamente correlata all’attività metabolica della cellula stessa: più la cellula è metabolicamente attiva, in senso ossidativo, più avrà bisogno di ossigeno da parte dell’emoglobina 2. azione tampone sul pH del sangue l’emoglobina funge...