Amminoacidi proteine - Slide di Propedeutica a Biohimica PDF

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AMMINOACIDI&PROTEINESTRUTTURA DEGLI α-AMMINOACIDIGruppo carbossilicoGruppo amminicoibridazione sp3 del carbonio Struttura tetraedricaI 20amminoacidipossonoessereraggruppatiin base alleproprietàchimico-fisiche dellecatenelateraliProprietà idrofobicheCaratteristiche polariCaratteristiche “...

Description

AMMINOACIDI & PROTEINE

1

STRUTTURA DEGLI α-AMMINOACIDI

ibridazione sp3 del carbonio

Gruppo amminico

Struttura tetraedrica

Gruppo carbossilico

2

STEREOCHIMICA degli amminoacidi

Sono possibili 2 enantiomeri Gli amminoacidi naturali hanno tutti configurazione L

3

I 20 amminoacidi possono essere raggruppati in base alle proprietà chimicofisiche delle catene laterali

Proprietà idrofobiche

Caratteristiche polari

aromatici

Carica negativa a pH 7.0

Caratteristiche “strutturali”

Carica positiva a pH 7.0

Caratteristiche polari 5

Costituente del CoenzimaA

neurotrasmettitore

Negli amminoacidi β e γ i gruppi amminico e carbossilico sono più distanziati Da: 6

Amminoacidi non-standard Derivati degli amminoacidi nelle proteine (modificazioni chimiche post-traduzionali)

Nel collagene

Amminoacidi non presenti nelle proteine con funzioni specializzate da His

da Tyr

Decarbossilazione di Glu

7

La ionizzazione degli amminoacidi

H

+

pH acido Forma ionica prevalente carica positivamente

pH basico Forma ionica prevalente carica negativamente pH vicino alla neutralità Forma ionica prevalente carica netta zero

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ELETTROFORESI

Separazione in base alla carica elettrica e al peso molecolare La migrazione degli amminoacidi sotto l’effetto di un campo elettrico dipende dal pH. A pH alcalino tenderanno a migrare verso il polo positivo, a pH acido verso il polo negativo.

9

Elettroforesi delle sieroproteine si impiega un tampone a pH alcalino che conferisce alle sieroproteine una carica negativa

densitogramma

corsa elettroforetica 10

pka di ionizzazione degli amminoacidi H+ H

H+

+

pK1

pK2

 Gli amminoacidi con gruppo R non ionizzabile hanno 2 valori di pKa pKa1 = 2-3

(rilascio di H+ da parte del gruppo carbossilico)

pKa2 = 9-10

(rilascio di H+ da parte dello ione ammonio)

Il punto isoelettrico si situa circa a metà tra i 2 valori di pKa (Gly ~ 6) pI = (pK1 + pK2)/2

11

pka di ionizzazione degli amminoacidi H

+

pK1 = 2.0 – 2.4

pK2 = 9.0 – 9.8

 La costante di dissociazione del gruppo carbossilico in un amminoacido è inusuale (nell’acido acetico pK = 4.74) perché influenzata dalla presenza del gruppo ammonio adiacente (NH3+) che ha effetto induttivo elettron-attrattore. 12

TITOLAZIONE DEGLI AMMINOACIDI

pK2 = 9.8

Gruppo NH3+ forte pI = 6.0

elettronattrattore La carica positiva stabilizza lo ione

pK1 = 2.4

carbossilato

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TITOLAZIONE DI AMINOACIDI CON CATENE LATERALI IONIZZABILI

His

Asp

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FORMAZIONE DEL LEGAME PEPTIDICO

La reazione di condensazione ha un ΔG > 0, quindi la idrolisi del legame peptidico è termodinamicamente (ma non cineticamente!) favorita C-terminale N-terminale

Le proteine sono sintetizzate nelle cellule a partire dalla estremità N-terminale

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STRUTTURA DEL LEGAME PEPTIDICO

Formula limite 1

La densità elettronica reale del legame peptidico è intermedia tra un legame singolo e un legame doppio Formula limite 2

Un doppio legame puro tra C e N determinerebbe un eccesso di carica su O e N

La densità elettronica reale del legame peptidico è intermedia tra un legame singolo e un legame doppio (C e N sono ibridati sp2)

Stereoisomeria cis-trans del legame peptidico

trans

cis

Il legame peptidico nelle proteine si trova in configurazione trans

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PROTEINE Possibilità di 20n sequenze diverse (n = n. di amminoacidi). L’ordine degli amminoacidi è cruciale per definire una data proteina (considerate le parole “mela” e “male”). Proteine diverse hanno sequenze amminoacidiche diverse.

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Alcune funzioni delle proteine

Polipeptidi contenenti da qualche decina a diverse centinaia o migliaia di amminoacidi Enzimi Catalizzatori biologici Classe molto vasta (> 3000 enzimi diversi noti) Proteine di regolazione Influenzano la attività/concentrazione cellulare degli enzimi direttamente o indirettamente (legandosi al DNA) Proteine strutturali Forniscono stabilità strutturale alle cellule (es. cheratine, collagene) Proteine di trasporto e deposito Trasportano o immagazzinano molecole o atomi (es. emoglobina, ferritina) Proteine contrattili Permettono il movimento cellulare (es. actina, miosina, flagellina) Proteine per il riconoscimento del segnale Mediano il riconoscimento molecolare (es. anticorpi, ormoni, recettori)

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Quanto è importante l’esatta sequenza amminoacidica per la funzione di una proteina? Insulina umana

Catena B

Catena A

Identità di sequenza del 92% ma scarsi effetti sulla funzione dell’insulina Le frecce indicano gli amminoacidi non conservati nella insulina di maiale, di pecora e in quella bovina

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Distribuzione delle mutazioni nella Hb e anemia falciforme (HbS)

HbS: Glu6  Val

Fibre di HbS fuoriescono da un eritrocita falciforme

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LA STRUTTURA TRIDIMENSIONALE DELLE PROTEINE  Il legame peptidico non

permette la rotazione tra il C carbossilico e l’ N amminico

 I legami sui Cα (Cα – N e Cα – C) possono ruotare

E’ possibile immaginare molte strutture della catena polipeptidica ma solo poche sono stericamente possibili

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LA STRUTTURA TRIDIMENSIONALE DELLE PROTEINE 4 LIVELLI DI ORGANIZZAZIONE STRUTTURALE:  PRIMARIA (sequenza aminoacidica)

Lys Ala His Gly Lys Lys . . .

 SECONDARIA (ripiegamento locale) α-eliche e foglietti β  TERZIARIA (ripiegamento complessivo)

Strutture globulari e fibrose

 QUATERNARIA (associazione di più catene polipeptidiche)

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STRUTTURE SECONDARIE α-ELICA:  orientamento destrorso 3.6 residui per giro  la struttura è stabilizzata da legami H ogni 4 residui (O carbonilico – H ammidico)

STRUTTURE SECONDARIE  Legami H tra O carbonilico e H ammidico di 2 o più catene polipeptidiche distese adiacenti (filamenti β)

FOGLIETTO β PIEGHETTATO

 Le catene laterali sporgono alternativamente sopra e sotto il piano

Catena laterale O carbonilico N ammidico C H 25

Cosa stabilizza la struttura terziaria delle proteine? INTERAZIONI DEBOLI  Interazioni idrofobiche  Interazioni elettrostatiche  Legami H In alcuni casi anche:  Legami di coordinazione con ioni metallici  Ponti disolfuro S-S Generalmente si trovano: aminoacidi idrofobici all’interno (interazioni idrofobiche) aminoacidi idrofilici all’esterno (interazioni con il solvente) 26

Ripiegamento (folding) delle proteine in vitro Il processo di denaturazione in vitro è reversibile.

L’informazione che determina la struttura tridimensionale di una proteina è contenuta interamente nella sequenza aminoacidica di quella proteina. denaturazione

rinaturazione Stato Nativo

Stato Denaturato

Conformazione globulare

Conformazione casuale/estesa

La struttura primaria determina le strutture secondaria e terziaria 27

Destini possibili di una catena polipeptidica

28

(mis)folding delle proteine in vivo e patologie Patologia

Proteina

Sito di folding

Hypercholesterolaemia

Low-density lipoprotein receptor

ER

Cystic fibrosis

Cystic fibrosis trans-membrane regulator

ER

Phenylketonuria

Phenylalanine hydroxylase

Cytosol

Huntington’s disease

Huntingtin

Marfan syndrome

Fibrillin

Osteogenesis imperfecta

Procollagen

ER

l-Antitrypsin deficiency

l-Antitrypsin

ER

Tay–Sachs disease

Hexosaminidase

ER

Scurvy

Collagen

ER

Alzheimer’s disease

Amyloid -peptide/tau

ER

Parkinson’s disease

Synuclein

Cytosol

Cytosol ER

Scrapie/Creutzfeldt–Jakob disease Prion protein

ER

Familial amyloidoses

Transthyretin/lysozyme

ER

Retinitis pigmentosa

Rhodopsin

ER

Cataracts

Crystallins

Cytosol

Cancer

p53

Cytosol 29...