Struttura 3D delle proteine PDF

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appunti su struttura 3D delle proteine...

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La struttura tridimensionale delle proteine Finora abbiamo analizzato le strutture secondarie delle proteine mentre adesso ci concentreremo sulla struttura terziaria la quale generalmente è studiata mediante diffrazione a raggi X, mediante la quale è possibile analizzare le coordinate atomiche di ogni proteina. Dopo che la proteina ha raggiunto il livello di organizzazione tridimensionale è pronta a svolgere le proprie funzioni. La proteina in soluzione ripiega e acquisisce il proprio stato nativo, ovviamente la forma favorita è quella allo stato energetico più basso e il processo è chiamato folding. Esistono varie teorie che cercano di spiegare il meccanismo che guida il ripiegamento nello spazio, è curioso ricordare il paradosso di Levinthal. Nel 1968 Cyrus Levinthal si rese conto che, a causa dell'elevato numero di gradi di libertà di un polipeptide non ripiegato, tale molecola presenterebbe un numero astronomico di possibili conformazioni finali: nell'articolo originale, egli ne stimava circa 10300. Se la proteina raggiungesse la sua conformazione finale passando via via attraverso tutte queste configurazioni, sarebbe necessario un tempo ben superiore all'età attualmente stimata dell'universo per raggiungere la configurazione corretta. Ciò avverrebbe anche se le conformazioni fossero scansite anche in tempi brevissimi come picosecondi o nanosecondi. In realtà, molte piccole proteine si ripiegano spontaneamente in un tempo dell'ordine dei millisecondi o addirittura dei microsecondi. Il tempo di generazione di E. coli può essere di circa venti minuti: ciò significa che tutte le proteine essenziali per tale organismo (e presumibilmente di tutti gli altri) possono essere prodotte da zero in un tempo decisamente ristretto, al massimo nell'ordine dei minuti. In realtà, non è necessaria una critica vera e propria al paradosso: pochi scienziati hanno mai creduto davvero in un folding che percorresse tutte le possibili conformazioni. Il paradosso di Levinthal può servire, a tal proposito, per dimostrare che una scansione delle 29

conformazioni vera e propria non può avvenire. Lo stesso Levinthal era cosciente che il tempo di ripiegamento delle proteine fosse molto ridotto, e che una ricerca casuale della conformazione esatta non fosse possibile. Di conseguenza concludiamo che il minimo energetico assoluto è unico così come lo stato nativo, e questo ci è dimostrato dal grafico a lato, la discesa all’interno di un gradiente proteico avviene passando attraverso diversi strati transitori, le conformazioni assunte non sono funzionali e sono detti molten globule. Le forze trainanti sono diverse come ad esempio: ionic forces, hydrogen bonds, the hydrophobic effect (Van der Waals). Questo processo è stato descritto mediante una serie di evidenze sperimentali da cui si evince che le interazioni che guidano il folding proteico sono diverse e agiscono per fasi si parte da una situazione completamente unfolding in cui gli aminoacidi sono esposti al solvente, il primo step è quello per il quale gli aminoacidi idrofobici3 tendono a interagire tra loro fuggendo il solvente, questo porta alla formazione di un core che contiene tutte le interazioni idrofobiche. Invece gli amminoacidi polari prendono contatto, stabilendo interazioni o con il solvente o tra loro o tra aminoacidi carichi della stessa catena polipeptidica. Tutto ciò è reso possibile dal fatto che le catene laterali amminoacidiche siano libere di ruotare attorno al legame peptidico e questa facilità la capacità di intraprendere i legami. Le interazioni abbassano notevolmente l’energia del sistema, sono anche dette “Weak non-covalent interactions” e sono alla base della stabilizzazione della struttura nativa della proteina. Uno dei problemi principali nello studio del meccanismo di ripiegamento sta proprio nella caratterizzazione dei numerosi stadi intermedi che si alternano prima di giungere lo stato nativo, le strutture che si formano vengono dette molten globule. Molten globule sono tutte le strutture secondarie che si alternano prima che venga raggiunto lo stato di folding finale. Tuttavia gli uomini di scienza non hanno ancora compreso quale sia e come si determini l’intero percorso, il problema più grande è la presenza di stadi intermedi con strutture completamente differenti ma con livelli di energia paragonabili e non si riesce a comprendere come esse si alternino....