Capitolo 3 - Amminoacidi PDF

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Amminoacidi...

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AMMINOACIDI PEPTIDI E PROTEINE: le proteine sono formate sempre da diverse combinazione degli stessi venti aa. Le proteine sono polimeri di aa in cui ogni residuo amminoacidico p unito a quello vicino mediante uno specifico tipo di legame covalente. Il termine residuo sottoline la perdita di una molecola di acqua durante la formazione del legame. Il primo aa ad essere scoperto fu l’asparagina dall’asparago. Molti aa prendono il nome della fonte da cui sono stati scoperti la prima volta. Tutti i 20aa sono α-amminoacidi. Essi posseggono un gruppo carbossilico ed un gruppo amminoacidico, ed essi sono legati entrambi allo stesso atomo di carbonio alfa: Gli aa differiscono l’uno dall’altro per la catena laterale o gruppo R che si differenzia per struttura dimensione e carica, quindi influenza anche la solubilità dell’aa in acqua. In tutti i comuni aa il carbonio α è legato a quattro gruppi differenti tranne per la glicina nella glicina il gruppo R è un atomo di idrogeno. il carbonio α è dunque un centro chirale, e i suoi atomi si dispongono nello spazio in due diversi modi quindi per ogni aa sono presenti due stereoisomeri detti enantiomeri. Tutte le molecole con un centro chirale sono otticamente attive e ruotano il piano della luce polarizzata. La configurazione assoluta di aa e zuccheri semplici viene stabilizzata con il sistema D L basato sulla configurazione assoluta delle gliceraldeide, per tutti i composti chirale con stereoisomeri riconducibili alla Lgliceraldeide sono scritti con la lettera L, stessa cosa per la D. esempio i gruppi funzionali della L-alanina sono disposti allo stesso modo della L-gliceraldeide. Un altro sistema usato per descrivere il carbonio chirale è il sistema R S usato nella chimica organica. quasi tutti i composti di un centro chirale sono presenti in natura soltanto in una forma stereoisomerica, i residui degli aa sono tutti in forma L. Gli aa della serie D sonopresenti nei piccoli peptidi come quelli della parete cellulare dei batteri.(gli L stereoisomeri hanno il gruppo amminoacidico sulla sinistra, viceversa i D stereoisomeri). Gli aa possono essere classificati in base al loro gruppo R in particolare utilizzando la loro polarità cioè la tendenza ad interagire con l’acqua.

i gruppi R sono quindi idrofobici, le catene laterali di alanina ,valina, isoleucina e leucina tendono a raggrupparsi all’interno della struttura tramite interazione idrofobiche. La glicina ha la struttura più semplice, e la sua catena laterale non può portare ad interazioni idrofobiche. La metionina, uno dei due aa contenenti lo zolfo, ha un gruppo tioetere non polare, la prolina ha una catena laterale alifatica a struttura ciclica, il gruppo amminico secondario ne riduce la flessibilità in segmenti dove è presente la prolina.

Fenilalanina Tirosina e Triptofano sono relativamente non polari quindi idrofobici. Possono intervenire nelle interazioni idrofobiche. Il gruppo OH della tirosina può formare legami idrogeno, importante per alcuni enzimi. Tirosina e triptofano sono più polari della fenilalanina per la presenza dell’OH e dell’atomo di N nel triptofano dell’anello indolico del triptofano. Tutti e tre assorbono la luce ultravioletta.

i gruppi R di questi aa sono più solubili in acqua e più idrofili di quelli degli aa non polari perché consengono gruppi funzionali che consentono legami idrogeno con l’acqua. La polarità della serina e treonina è dovuta all’OH, quello della cisteina è dovuto al gruppo SH sulfidrilico che si comporta da acido debole e può formare legami con ossigeno e N, mentre la polarità dell’asparagina e glutammina è dovuta ai loro gruppi ammidici. Questi due sono della ammidi che fanno parte delle proteine glutammato e aspartato. La cisteina può essere ossidata a cistina in cui due monomeri sono uniti da un ponte dislfuro, essi legati insieme sono molto idrofobici. I ponti disolfuro legano due parti della stessa proteina oppure due diverse proteine .

i gruppi R più idrofilici sono quelli che hanno cariche nette sia positive che negative. Gli aa che hanno una catena laterale con una carica netta positiva a pH7 sono lisina che contiene un secondo gruppo amminico primario nella posizione Ɛ della catena laterale, arginina che ha un gruppo guanidinico carico positivamente e l’istidina che contiene un gruppo imidazolico aromatico. L’istidina è il solo aa ad avrere una catena laterale ionizzabile ad un pka vicino a 7, essa può essere carica positivamente o pressoché priva di carica. In molti enzimi un residuo di his facilita la reazione perché agisce o da accettore o da donatore di protoni

a pH7 la catena laterale di questi due aa ha una carica netta negativa a causa del doppio gruppo carbossilico.

Gli aa non comuni possono avere funzioni importanti oltre ai 20 aa le proteine possono contenere residui amminoacidici che sono stati modificati, come la 4-idrossiprolina, 5-idrossilisina. Entrambe si trovano nel collageno, una proteina fibrosa del tessuto connettivo. La 6Nmetilistidina si trova nella miosina che è una proteina contrattile; il gamma-carbossiglutammato presente nella protrombina, o la desmosina presente nell’elastina. La selenocisteina è un aa raro, on viene introdotto da modifiche chimiche ma viene introdotto durante la sintesi, esso contiene selenio al posto dell’atomo di zolfo. Alcuni residui possono essere modificati transitoriamente nelle proteine. Una modifica può aumentare o diminuire la loro attività. La fosforilazione è una modifica molto comune. Ornitina e citrullina sono molto importanti e fondamentali intermedi per la sintesi di arginina e ciclo dell’urea. Gli aa possono comportarsi da acidi o da basi i gruppi amminici e carbossilici insieme ad altri gruppi ionizzabili possono comportarsi da acidi e basi deboli. Quando un aa che NON possiede un gruppo R ionizzabile viene sciolto in acqua a pH neutro esso esiste sotto forma di zwitterione e si comporta come acido e come base; i composti che hanno questa doppia natura sono detti anfoterici e spesso sono chiamati anfoliti. Quando è completamente protonato un α amminoacido monoammino e monocarbossilico come l’alanina, è un amminoacido diprotico in quanto possiede due gruppi funzionali che possono cedere protoni COOH e NH3.

Gli aa hanno caratteristiche curve di titolazione la titolazione acido base comporta la graduale aggiunta o rimozione di protoni da gruppi ionizzabili. I due gruppi ionizzabili della glicina(carbossilico e amminico), vengono titolati con NaOH una base forte. La curva di titolazione mostra due fasi distinte che corrispondono ai due gruppi. a pH bassi prevale la forma protonata. Al punto di mezzo della prima fase, il gruppo COOH perde il protone e le concentrazioni delle due forme, protonata e non, si equivalgono. Il pH è uguale alla pka del gruppo che si sta titolando quindi la pka del COOH è 2,34. man mano che la titolazione procede a 5,97 si può osservare un altro punto di flesso che corrisponde alla completa rimozione del protone dal gruppo carbossilico mentre quella del gruppo NH3 è appena iniziata. Questo è il punto in cui la glicina si trova nel suo stato di zwitterione. La seconda fase della titolazione corrisponde alla rimozione di un protone dal gruppo NH3. Il pH corrispondente al punto di mezzo della seconda fare equivale alla pka del gruppo NH3 che è 9,60. La titolazione è completa a pH12. Il valore più basso della pka della glicina è dovuto alla repulsione tra la carica positiva del protone uscente e il gruppo NH3. Analogamente la pka del gruppo amminico si sposta verso valori più bassi perché gli atomi di ossigeno elettronegativi del gruppo COO- aumentano la tendenza del gruppo amminico a cedere il protone. Quindi la pka è influenzata dal suo intorno chimico. Questa situazione viene talvolta sfruttata dal sito attivo degli enzimi. Guardando il grafico possiamo dedurre ce l’aa ha due gruppi con potere tamponante che corrispondono alle zone piatte della curva. Dalle curve di titolazione è possibile predire la carica dell’aa il caratteristico punto in cui la carica netta è zero corrisponde al punto isoelettrico, per la glicina che non ha una catena laterale ionizzabile ol suo punto isoelettrico equivale alla media aritmetica delle pka. La glicina a punti superiori al PI ha una carica netta negativa e migrerà verso il polo positivo e viceversa. Più il pH è lontano dal punto isoelettrico maggiore sarà la carica netta.

Gli aa si differiscono pe le loro proprietà acido base gli aa con solo due gruppi ionizzabili e la catena laterale R non ionizabbile hanno curve di titolazione simile alla glicina. Invece gli aa che hanno catene laterali ionizzabili hanno delle curve più complesse quindi avremo 3 valori di pka e la terza fase si sovrappone parzialmente alle altre due. Sono per esempio istidina e glutammato curva di titolazione dell’Istidina Il PI dell’istidina è la media dei valori della pka del gruppo amminico e imidazolico. L’istidina è l’unico amminoacido che al ph uguale alla neutralità il gruppo R ha potere tamponante, condizione che di solito si trova nei fluidi extra ed intracellulari.

Curva di titolazione del glutammato:

I peptidi e le proteine i peptidi sono ccatene di aa unitisi covalentemente a formare un legame ammidico, chiamato legame peptidico. Questo tipo di legame si genera per eliminazione di una molecola di acqua, ed è un esempio di reazione di condensazione. Nelle condizioni standard viene favorito l’aa rispetto al peptide. Per rendere la reazione termodinamicamente più favorevole il gruppo carbossilico deve essere attivato o modificato per favorirne l’eliminazione. Quando il numero di aa è relativamente piccolo, viene chiamato oligopeptide quando gli aa sono tanti viene chiamato polipeptide con massa molare inferiore a 10 000. Il meccanismo della formazione del legame peptidico avviene in questo modo: il gruppo α-amminico di un aa agisce da nucleofilo attaccando il gruppo ossidrilico di un altro aa. Le unità amminoacidiche nelle proteine sono chiamate residui , ogni residuo è un aa che ha perso un protone dal suo gruppo amminico e un OH dal suo gruppo carbossilico. Poi il residuo N-terminale con cui

termina la catena ha un gruppo α-amminico libero, il residuo C-terminale dall’altro lato ha un gruppo αcarbossilico libero. L’idrolisi del legame peptidico avviene molto lentamente perché necessita di una energia di attivazione alta, la vita media del legame è di circa 7 anni nell’ambiente intracellulare. I peptidi possono essere distinti in base alla ionizzazione i peptidi contendo le due estremità libere e questi due gruppi ionizzano come quelli degli amminoacidi. I gruppi N e C terminali della catena laterale degli amminoacidi sono impegnati nel legame peptidico e non possono essere ionizzati mentre i gruppi R di alcuni aa possono ionizzare e quindi determinare le caratteristiche acido base. La pka di un gruppo ionizzabile cambia se quel dato aa è impegnato nel legame peptidico. I peptidi biologicamente attivi e i polipeptidi hanno dimensioni e composizioni molto variabili molti peptidi di piccole dimensioni svolgono la loro attività in concentrazione bassa come per esempio l’ossitocina prodotta a livello della ghiandola pituitaria è un piccolo peptide, o la bradichinina che serve come mediatore per alleviare le infiammazioni. Alcune proteine sono costituite da singole catene oppure da più catene, queste sono multisubunità, i polipeptidi sono associati in modo non covalente. Le multisubunità possono essere identiche o diverse; se almeno due sono identiche la proteina viene detta oligomerica se sono diverse e le unità sono chiamate protomeri. Per esempio l’emoglobina è formata da due catene alfa e due catene beta unite tra loro come alfa-beta, essa può essere considerata sia come un dimero di protomeri, sia come 4 subunità. I 20 amminoacidi ono sono distribuiti in odo uguale in una proteina ma la loro concentrazione varia, infatti un aa può essere anche non presente affatto in una proteina. Molte proteine contengono gruppi che non fanno parte degli aa, queste si chiamano proteine coniugate. La parte non proteica viene chiamato gruppo prostetico, un esempio sono le lipoproteine, le glicoproteine o le metallo proteine.

Elettroforesi: è un metodo di separazione che divide le proteine in basa alla carica che portano all’interno di un campo elettrico. Accade spesso che questo metodo influisce negativamente sulla struttura proteica e quindi sulla funzione. Questa tecnica è utile soprattutto se si vuole separare e visualizzare le proteine per stabilirne il numero o il grado di purezza. Questa tecnica viene effettuata sfruttando un gel di poliacrilammide che agisce come un setaccio molecolare. Esso rallenta la migrazione delle proteine in base al rapporto massa\carica. La forza che muove le molecole è il potenziale elettrico. La mobilità elettroforetica µ è il rapporto V \ E (velocità- potenziale elettrico) o anche il rapporto tra la carica netta e il coefficiente frizionale Z \ f. Un metodo elettroforetico usa un detergente SDS che si lega le proteine in base alla massa e conferisce una carica netta negativa. Inoltre il legame con l’SDS altera la forma delle proteine rendendole tutte simili. Quindi l’eletteoforsi in presenza di SDS divide le proteine in basa alla massa molare. Struttura delle proteine: in genere vengono riconosciuti 4 livelli di struttura. La formazione dei legami covalenti che legano gli aa per formare una catena peptidica costituisce la struttura primaria l’elemento principale è la sequenza degli amminoacidi. La struttura secondaria si riferisce a brevi sequenze che danno aspetti strutturali che si ripetono nella proteina stessa. La struttura terziaria descrive tutti gli aspetti tridimensionali di un peptide. Se la proteina è costituita da più subunità la struttura viene detta quaternaria. le differenze nella struttura primaria possono dare numerose informazioni, ogni proteina ha una propria sequenza e la struttura tridimensionale ci può spiegare la sua funzione. Se si altera la struttura primaria di una proteina si altera anche la sua funzione. Ma la stessa proteina ha sempre la stessa sequenza? No, nella popolazione le proteine sono polimorfiche cioè possono cambiare alcune basi senza però modificarne la funzione. Si possono usare diversi procedimenti per la determinazione della struttura primaria di una proteina: per prima cosa si marca il residuo amminoterminale di una proteina, Sanger lo fece usando l’FDNB. Dopo il peptide viene idrolizzato per liberare gli aa e l’amminoacido marcato viene identificato. Questo tipo di tecnica serve solo per conoscere l’aa amminoterminale.

per determinare l’intera sequenza si usa il metodo di Edam. Ogni volta questo metodo rompe l’amminoacido ammino terminali tenendo intatti gli amminoacidi della catena, ripetuto in modo sequenziale ci da l’intera catena di aa....