Lezione 4-5-6:le Proteine E Le Strutture E I Domini Proteici Flashcards
Dimmi 7 funzioni svolte dalle proteine
-trasporto molecole (es.emoglobina)
-reazioni di catalisi (es. la digestione che avviene ad opera di enzimi)
-lavoro meccanico (es. contrazione muscolare)
-trasmissione di impulsi nervosi (es. canali ionici)
-regolazioni funzioni DNA (es. replicare o trascrivere un gene)
-Movimento cellula
-il traffico di molecole è regolato da alcune proteine
Dimmi 3 cose sul complesso molecolare
-È un’associazione di diverse unità molecole
-l’associazione avviene per mezzo di interazioni deboli (non covalenti
-può essere costituito da due diverse catene polipeptidiche, due catene polipeptidiche uguali o catena polipeptidica+acido nucleico
-possono essere STABILI (es.emoglobina: cioè una volta creati resistono uniti come complessi molecolari fino alla loro distruzione) oppure DINAMICI (ossia si formano e si disfano a seconda delle necessità della cellula)
Dimmi 4 cose sulla struttura nativa di una proteina
-è la conformazione tridimensionale (quindi dopo il folding finale) unica e stabile che una proteina assume quando è nelle sue condizioni fisiologiche naturali
-è la conformazione funzionale della proteina (infatti solo quando la proteina è nella sua struttura nativa può svolgere le sue funzioni biologiche
-è determinata dalla sequenza lineare iniziale di amminoacidi di quella proteina
-Dal punto di vista termodinamico, si può dire che la conformazione nativa nelle condizioni fisiologiche corrisponde ad un minimo di energia
(Energia Libera di Gibbs = G).
Quanto pesa un residuo amminoacidico?
≈110 Dalton (Da)
Quanti amminoacidi contiene una proteina e quanto pesa?
sono polipeptidi con un peso molecolare maggiore di 5000 Da = 5 kDa (≈ 45 residui aa),
Con quale tecnica possiamo conoscere la struttura nativa di una proteina?
Cristallografia a raggi X
Cos’è “AlphaFold”
È un programma di predizione di strutture proteiche, che usa la banca dati di tutte le strutture di tutte le proteine della biosfera note per estrarre informazioni di predizione della struttura.
(Quindi si limita a COMPARARE le sequenze amminoacidiche che esistono in natura per fare predizioni sulla struttura della proteina che stiamo analizzando)
Quali sono le 4 strutture possibili delle proteine globulari?
-STRUTTURA PRIMARIA: non è altro che la sequenza ordinata amminoacidica della catena
polipeptidica
-STRUTTURA SECONDARIA: rappresenta il modo in cui parti di una proteina si
ripiegano per formare elementi strutturali particolari
-STRUTTURA TERZIARIA: è quella che si ottiene dopo il folding (dopo che i vari pezzi della catena hanno formati i vari “elementi di struttura secondaria” questi vanno
ad avvicinarsi tra loro attraverso interazioni deboli (ponti ad idrogeno, interazioni idrofobiche…) per
dare una struttura terziaria). Peer alcune proteine questa rappresenta il folding finale
-STRUTTURA QUATERNARIA : è solo presente nelle proteine che sono formate da almeno 2 catene polipeptidiche, uguali o diverse (es.emoglobina)
Cos’è il programma BLAST?
Prende due sequenze lineari di aa per dire quanto sono simili tra loro (Dà informazioni sulla composizione della proteina.
Nel caso di una proteina poco conosciuta, può aiutare a comprendere la funzione
di questa proteina, nel caso in cui essa abbia omologia con proteine già note)
Di8mmi 4 cose sulla struttura primaria delle proteine
-è la sequenza lineare degli amminoacidi che compongono la proteina
- quanti e quali amminoacidi compongono una determinata proteina
- è detta anche sequenza proteica o sequenza polipeptidica
- è rappresentata dalla successione dei simboli dei residui degli amminoacidi
che compongono la proteina
Dimmi 3 cose sulla struttura secondaria di una proteina
-La struttura secondaria rappresenta il modo in cui parti di una proteina si ripiegano per formare elementi strutturali particolari
-Essa è definita dalla coppia di angoli diedri della catena principale
-Le strutture secondarie sono stabilizzate da legami idrogeno fra il gruppo amminico e il gruppo carbonilico della catena principale.
Quali sono le strutture secondarie delle proteine associate alle aree A e B del grafico di ramachandran?
AREA A—-> alfa elica
AREA B—-> filamenti beta
Cos’è il proteoma?
Insieme di tutte le proteine di un organismo
Quali sono i tipi di struttura secondaria?
Quali sono i 3 parametri che caratterizzano un’a–elica?
Quanto valgono
- p
-n
-d
-coppie di angoli diedri
Per un’alfa elica?
-p: 5.4 Å
-d: 1.5 Å
-n: 3.6 amminoacidi per formare una spira intera dell’elica
-
Tra chi si instaurano i legami ad idrogeno che vanno a stabilizzare un’alfa elica?
Che tipo di alfa eliche possono formare polipeptidi costituiti da L-amminoacidi?
possono formare solo
α-eliche destrogire o destrorse.
Come sono posizionati i gruppi R dei residui amminoacidici di un’alfa elica?
- I gruppi R dei residui di un’ a–elica sono rivolti verso l’ESTERNO e verso l’N-TERMINALE dell’elica: in questo modo si minimizzano i
contatti sterici.
Sono più diffuse le eliche destrorse o sinistrorse?
-sono più diffuse le eliche destrorse, però esistono anche α eliche di tipo sinistrorso, ma sono molto rare (1% dei casi) e limitate
a pochi aminoacidi, perché le catene laterali interferiscono
stericamente con la catena principale.
Quali sono le due condizioni affinchè esistano le alfa eliche levogire?
-sono molto corte
-includono amminoacidi con residui molto piccoli (es. glicina)
Dimmi 4 cose su un’alfa elica anfililica?
-È anche detta anfipatica
-sono eliche destrorse/destrogire
-è un’a–elica con una faccia idrofilica ed il resto idrofobico (infatti i gruppi laterali dei residui amminoacidici sono disposti tutti da un solo lato e di conseguenza rendono
quel lato della struttura positivo, negativo o misto)
-Le proteine con questa struttura si trovano spesso nelle membrane in quanto sono immerse nell’ambiente idrofobico della membrana e la porzione idrofila entra in contatto con l’ambiente esterno, permettendo il passaggio di molecole come gli ioni.
Qual è il ruolo delle catene laterali (R) nell’alfa elicaw?
Qual è l’unico dei 20 alfa amminoacidi a non essere presente nella struttura ad alfa elica?
-La prolina (il gruppo imminico della proloina fa parte di un anello rigido che non permette alcun ripiegamento attorno al legame tra il Calfa e N:ossia l’angolo φ assume un valore diverso dal valore standard presente nell’alfa elica (che è di -60gradi)
-per questo la prolina induce un ripiegamento destabilizzante in una α-elica provocandone la rottura
Quali sono i valori della coppia di angoli diedri nella struttura secondaria beta?
Qual è l’unità costituente di un foglietto beta?
Il filamento beta (β-strand)—-> è costituito da 5-10 aa e ha la catena polipeptidica quasi completamente distesa
Tra chi si instaurano i legami a H nella struttura secondaria foglietto B?
tra i gruppi C=O ed N–H di filamenti β adiacenti
Quanti filamenti beta troviamo nei foglietti beta delle proteine globulari?
Da 2 a 15 filamenti β
affiancati
Quali sono i 3 tipi di strutture beta?
Sono più stabili le strutture b antiparallele o parallele?
Le strutture b antiparallele sono più stabili delle strutture b parallele, perché i legami idrogeno sono allineati tra loro
Qual è la struttura di un foglietto pieghettato?
Cosa sono i b-barrel?
Sono strati di protezione costituiti dall’associazione di foglietti b
Dimmi una proteina ion cui troviamo i B barrel
GFP (Green Fluorescent Protein) dalla medusa Aequorea victoria
Quali sono le 3 differenze tra i loop e i reverse turns?
- i loop—->
*sono sequenze non ripetitive che es. separano tra loro i foglietti B antiparalleli
*non ha caratteristiche precise
*non ha legami a H
-i reverse turns—>
*sono un tipo di struttura secondaria (più raro)
*ha caratteristiche precise
*è stabilizzato da legami a H
Dimmi 3 cose sui i reverse turns
-Sono strutture secondarie più rare
-sono delle inversioni dell’andamento della catena
polipeptidica
-spesso (non sempre) presentano una prolina
Cos’è la conformazione loop o random coil?
-è una conformazione non ripetitiva, né regolare, spesso priva di legami idrogeno
tra i residui amminoacidici che la compongono
-spesso vanno a costituire delle “anse” che separano tra loro i foglietti B antiparalleli
Cosa sono le strutture super secondarie?
-sono costituite da elementi di struttura secondaria combinati tra loro
Dimmi 4 esempi di strutture super secondarie e le loro caratteristiche
4)coiled-coil
A cosa può essere dovuta la distorsione del foglietto B?
Alla cisteina, infatti essa fa un ponte disolfuro e agisce come una “specie” di gancio
tirando la proteina e, dunque, piegandola.
Fammi 2 esempi di reverse turn
β turn e ɣ- turn
Dimmi 3 cose sul β turn
- è un tipo di reverse turn
-presenta 4 amminoacidi di cui il secondo è una prolina e il terzo una glicina
-gli amminoacidi dei reverse turn sono collegati tra
di loro tramite ponti ad idrogeno
Dimmi 3 cose sul ɣ- turn
- è un tipo di reverse turn
-presenta 3 amminoacidi di cui il secondo è una prolina
-gli amminoacidi dei reverse turn sono collegati tra
di loro tramite ponti ad idrogeno
Dimmi 3 esempi di proteine che presentano i coiled-coil
- α-cheratina—-> è molto abbondante nelle cellule
morte dell’epidermide e protegge la nostra pelle da infezioni, urti, essiccamento
-miosina (coda)
-collagene
Dimmi 3 cose sulla miosina
-è una proteina motore, presente nelle cellule
muscolari,
-presenta la struttura supersecondaria dei coiled-coil
-è costituita da: 2 teste (sono degli
enzimi, con attività ATP asica, che durante la contrazione
del muscolo rilasciando ATP e permettono il movimento di
tutta la proteina sui filamenti di actina) e 1 coda (è costituita da coiled coil)
Dimmi 3 cose sul collagene
-presenta struttura super secondaria coiled-coil (costituita da 3 alfa eliche ricche di glicina e prolina avvolte tra loro)
-il collagene di tipo I, che rappresenta circa ¼ di
tutte le proteine del nostro organismo,
-lo troviamo nel derma
Cos’è il folding?
Procedura attraversa la quale la proteina assume la sua conformazione nativa (funzionale) (può essere quella terziaria, nella maggior parte dei casi, o quaternaria come nel caso dell’emoglobina)
Quali sono i 3 diversi modi di rappresentare la struttura terziaria di una proteina?
Da cosa è costituita la GFP (green fluorescent protein)?
-poche alfa eliche (in azzurro)
-molte strutture B (soprattutto B barrels) (in verde)
-al centro c’è una molecola di fluoro cromo (dà la fluorescenza emettendo fotoni)
Da cosa è costituita la struttura terziaria dell’actina?
-a-eliche e strutture b
Cosa ci permette di fare la conoscenza della posizione degli atomi all’interno della struttura di una proteina?
Ci permette di definire il ruolo (strutturale, funzionale, etc) di specifici residui
amminoacidici.
Dimmi 3 cose sulla tripsina
- è una proteasi (ovvero un enzima che taglia le proteine durante la digestione nell’intestino tenue)
-prodotta nel pancreas esocrino
-per fare in modo che eserciti la sua attività catalitica solo su determinati tipi di proteine esiste un inibitore che forma un
complesso con la tripsina e mantiene inattivo il sito catalitico della proteasi
Dimmi 5 cose sulla rappresentazione ad imbuto del ripiegamento di una proteina
-In ordinata si trovano i livelli di energia mentre in
ascissa è presente lo spazio configurazionale (ovvero
le possibili configurazioni di un’ipotetica proteina)
-INIZIO IMBUTO—->il numero di configurazioni possibili è elevato (quindi c’è molto disordine ed elevata energia) quando la proteina è denaturata
- il numero di configurazioni diminuisce man mano che la proteina si ripiega
-lo stato stabile e funzionale della proteina corrisponde al minimo di energia (parte bassa dell’imbuto)
-le pareti dell’imbuto sono irregolari perchè durante il folding si formano intermedi metastabili con “minimi locali” di energia.
I ricercatori sono in grado di prevedere la struttura tridimensionale della proteina sulla base della sequenza amminoacidica?
Non ancora, ma hanno fatto un tentativo di previsione riguardo l’inibitore della tripsina BPTI. Infatti sono riusciti a determinare in maniera quasi corretta la struttura tridimensionale
Cosa si deduce da questa rappresentazione dell’inibitore BPTI della tripsina?
-α-eliche e i β-foglietto antiparalleli che
sono appaiati da ponte a idrogeno
-La struttura è distorta sia dalla presenza di ponti di solfuro, rappresentati in giallo, e da altre interazioni (interazioni ioniche con
amminoacidi, forze di Van Der Walls…).
-Il fatto che questa proteina abbia i ponti di solfuro fa pensare che sia una proteina costruita in ambiente extracellulare; questo perché l’ambiente extracellulare è un ambiente ossidante e permette la formazione dei ponti di solfuro.
Cosa dimostra l’esperimento di Anfisen?
Che la struttura terziaria di una proteina dipende dalla sua struttura primaria (quindi data una struttura primaria si otterrà sempre una proteina specifica)
Con quale proteina Anfisen dimostrò il suo dogma?
Ribonucleasi A
-proteina piccola e resistente
-funge da enzima (è un’idrolasi: degrada l’RNA servendosi dell’acqua)
Quanti ponti di solfuro presenta la ribonucleasi A?
4
Spiega il primo esperimento di Anfisen
Anfinsen ha denaturato una proteina chiamata ribonucleasi A utilizzando un
-agente denaturante per rompere i legami deboli (es.legami a H) all’interno delle strutture secondarie (urea)
-un agente riducente per rompere i ponti disolfuro ( β-mercaptoetanolo).
In particolare il β-mercaptoetanolo e l’urea hanno denaturato la proteina facendola diventare una catena polipeptidica disordinata . Successivamente Anfisen ha rimosso contemporaneamente gli agenti denaturanti, e la proteina si è rinaturata da sola, ripristinando la sua struttura nativa e recuperando la sua attività enzimatica.
Conclusione: La sequenza di amminoacidi della ribonucleasi A conteneva tutte le informazioni necessarie per ripiegarsi correttamente nella sua struttura funzionale.
Da cosa è guidata la tendenza della proteina ad andare verso la sua struttura nativa?
Dal raggiungimento minimo di energia a cui la proteina vuole arrivare
In cosa consiste il secondo esperimento di Anfisen?
Anfinsen ha anche esplorato gli effetti di mutazioni genetiche nella sequenza di amminoacidi. Alterando la sequenza e studiando il comportamento della proteina denaturata, ha confermato che la struttura finale dipende dalla sequenza, ma anche che le mutazioni potevano impedire il corretto ripiegamento della proteina.
(In particolare in questa caso ha eliminato per primo l’agente riducente, il β-mercaptoetanolo. Così la proteina denaturata ha iniziato a formare ponti disolfuro in modo casuale.
Se due cisteine si avvicinano, si lega un ponte
disolfuro, indipendentemente dalla corretta struttura complessiva. Questo porta a un folding errato della proteina).
Conclusione: Anche piccole modifiche nella sequenza di amminoacidi possono impedire il corretto ripiegamento, sottolineando l’importanza della sequenza primaria nella determinazione della forma e della funzione della proteina.
Spiega il passaggio dalla struttura nativa a quella denaturata della proteina
-il passaggio dalla forma nativa
alla forma denaturata (srotolata) avviene con una transizione rapida:
Nel grafico, sull’ordinata è riportata la percentuale di proteina denaturata, mentre sull’ascissa troviamo la temperatura o la concentrazione di urea. Inizialmente, con basse concentrazioni di urea o a basse temperature, la proteina mantiene la
sua struttura, ma, superata una soglia critica, si osserva un rapido salto: la proteina si denatura improvvisamente.
(il che suggerisce che la proteina cerca di mantenere la sua struttura nativa fino a quando non raggiunge un punto critico, dopo il quale crolla completamente)
Dimmi 2 cose sulla denaturazione delle proteine
-Processo attraverso il quale la proteina passa dalla struttura nativa a quella “srotolata”
-questo passaggio avviene con una transizione rapida
Dimmi 5 legami che stabilizzano la struttura terziaria delle proteine
-ponti di solfuro
-legami a H
-legami ionici (tra catene laterali di residui amminoacidici ionizzabili)
-legami idrofobici (tra gruppi alchilici o aromatici che escludono l’acqua)
-interazioni di van der Waals
Come sono composte le proteine globulari solubili?
-parte centrale idrofobica (completamente apolare)
-superficie idrofilica (contiene residui polari e apolari)
Come sono composte le superfici di proteine che interagiscono con le membrane cellulari?
Hanno superfici composte da residui idrofobici per poter interagire con la membrana cellulare (che è idrofobica)
Cosa sono le mutazioni puntiformi?
Mutazioni che riguardano l’alterazione di anche un solo amminoacido nella sequenza lineare della proteina (possono essere silenti o manifestarsi con gravi conseguenze)
Da cosa è causata la fibrosi cistica?
dalla mutazione di un
gene che codifica per la proteina CFTR (cystic fibrosis transmembrane
conductance regulator), che non riesce a raggiungere la destinazione finale
nella cellula: la membrana plasmatica.
Da cosa è causata l’ipercolesterolemia familiare?
è causata dall’impossibilità del recettore per le
LDL (low-density lipoprotein) di raggiungere la membrana plasmatica.
Da cosa sono causate L’encefalopatia bovina spongiforme (”mucca pazza”) e la sua versione
umana (Creutzfeldt-Jakob disease)?
Da depositi
amiloidi di una proteina prionica mutata nel cervello
(Infatti La proteina normale abbonda di alfa eliche ed è solubile in acqua, invece nella proteina
mutata le alfa eliche sono convetite in strutture beta, che rendono la proteina insolubile. Ciò causa il suo accumulo nel cervello)
Dimmi 3 conseguenze delle mutazioni sulle proteine mutate
-Le proteine mutate possono formare aggregati insolubili, dove le proteine si trovano in uno stato non funzionale (es. induzione della formazione di strutture beta nella proteina mutata che la rendono insolubile, al contrario della forma nativa wildtype solubile)
-La proteina mutata può perdere la sua funzione perchè non può raggiungere la destinazione appropriata (intracellulare o
extracellulare)
-la proteina mutata può essere degradata
Cos’è la struttura quaternaria di una proteina?
-è la struttura di una proteina costituita da almeno 2 subunità (le subunità possono essere:
-2 polipeptidi uguali->omodimero
-2 polipeptidi diversi—-> eterodimero
-3 polipeptidi diversi—->eterotrimero
In che modo può avvenire l’associazione delle subunità per formare una proteina con struttura quaternaria in ambiente
-intracellulare
-extracellulare
-intracellulare—-> legami non covalenti (es. legami a H, forze di WAN der Waals)
-extracellulare—>si possono formare anche ponti disolfuro
Dimmi 3 proteine con struttura quaternaria
-emoglobina
-immunoglobulina G
-ferritina
Dimmi come è costituita la struttura quaternario dell’immunoglobulinaG
-è un eterotetramero (4 catene uguali a 2 a 2)
-2 catene pesanti (più lunghe) (legate per mezzo di 2 ponti disolfuro intercatena)
-2 catene leggere (ognuna delle quali è legata ad una catena pesante per mezzo di un ponte disolfuro intercatena)
-le singole catene sono stabilizzate da ponti disolfuro intracatena
Dimmi 2 cose sulla struttura quaternaria della ferritina
-presenta 24 catene tutte uguali
-contiene ioni ferro fondamentali per la nostra vita (Il ferro viene ingabbiato come ione per evitare che il ferro libero in eccesso causi problemi)
Qual è la proteina
-più grande
-più piccola
Che conosciamo?
-più grande—->TITINA (associata alla muscolatura, comprende 27.000 aa)
-citocromo—->conta 100 aa
Cos’è il gruppo prostetico?
È la parte non proteica (ossia non costituita da aa) di una proteina essenziale per il suo funzionamento
Dimmi 5 cose sul dominio proteico
-è la parte di una catena polipeptidica che si ripiega
indipendentemente dal resto della catena polipeptidica di cui fa parte, per formare una struttura globulare stabile e compatta
-il Dominio proteico è diverso dalle subunità!!!!
-il dominio di una catena polipeptidica ha un folding indipendente da quello degli altri domini che fanno parte della stessa catena polipeptidica (per questo i domini all’interno di una stessa catena polipeptidica possono svolgere funzioni diverse tra loro, da qui deriva la modularità delle proteine)
-i domini di una stessa catena polipeptidica sono collegati tra loro tramite dei loop
-uno stesso tipo di dominio si può trovare in proteine diverse (processo di migrazione del dominio proteico)
Cos’è la modularità di una proteina?
La capacità di una proteina di combinare i suoi domini in differenti sequenze per svolgere varie funzioni
Qual è la differenza tra dominio e subunità?
dominio—->è una parte della catena polipeptidica;
subunità—-> è la catena
polipeptidica intera, che comprende domini ≠
Quali sono i quattro domini della piruvato chinasi?
L’emoglobina ha domini?
No
Dimmi 3 cose sulla peptidasi T
-catalizza una reazione di rottura dei legami peptidici delle proteine
-è un omodimero (formata da 2 subunità uguali)
-ogni subunità ha 2 domini distinti (quindi nel dimero ho doppia attività catalitica)
Indica per ciascuna delle seguenti proteine con struttura quaternaria
-da quante subunità sono composte
-quanti domini hanno
In cosa consiste il processo di migrazione del dominio proteico?
-frammenti di DNA da un gene possono essere trasferiti in un altro gene, portando con sé un dominio utile, selezionato dall’evoluzione per il suo vantaggio funzionale.
Questo processo di
“migrazione” permette ai domini, come SH2 e SH3 della proteina Src, di essere incorporati in nuovi contesti genomici, così da conferire
alle proteine in cui sono presenti funzioni SIMILI (ma non completamente uguali)
Qual è la funzione della proteina SRc e quali sono i suoi 3 domini proteici?
Cosa produce l’idrolisi acida delle proteine?
