Lezione 4-5-6:le Proteine E Le Strutture E I Domini Proteici

Question 1

Dimmi 7 funzioni svolte dalle proteine

Answer 1

-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

Question 2

Dimmi 3 cose sul complesso molecolare

Answer 2

-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)

Question 3

Dimmi 4 cose sulla struttura nativa di una proteina

Answer 3

-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).

Question 4

Quanto pesa un residuo amminoacidico?

Answer 4

≈110 Dalton (Da)

Question 5

Quanti amminoacidi contiene una proteina e quanto pesa?

Answer 5

sono polipeptidi con un peso molecolare maggiore di 5000 Da = 5 kDa (≈ 45 residui aa),

Question 6

Con quale tecnica possiamo conoscere la struttura nativa di una proteina?

Answer 6

Cristallografia a raggi X

Question 7

Cos’è “AlphaFold”

Answer 7

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)

Question 8

Quali sono le 4 strutture possibili delle proteine globulari?

Answer 8

-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)

Question 9

Cos’è il programma BLAST?

Answer 9

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)

Question 10

Di8mmi 4 cose sulla struttura primaria delle proteine

Answer 10

-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

Question 11

Dimmi 3 cose sulla struttura secondaria di una proteina

Answer 11

-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.

Question 12

Quali sono le strutture secondarie delle proteine associate alle aree A e B del grafico di ramachandran?

Answer 12

AREA A—-> alfa elica
AREA B—-> filamenti beta

Question 13

Cos’è il proteoma?

Answer 13

Insieme di tutte le proteine di un organismo

Question 14

Quali sono i tipi di struttura secondaria?

Answer 14

Question 15

Quali sono i 3 parametri che caratterizzano un’a–elica?

Answer 15

Question 16

Quanto valgono
- p
-n
-d
-coppie di angoli diedri
Per un’alfa elica?

Answer 16

-p: 5.4 Å
-d: 1.5 Å
-n: 3.6 amminoacidi per formare una spira intera dell’elica
-

Question 17

Tra chi si instaurano i legami ad idrogeno che vanno a stabilizzare un’alfa elica?

Answer 17

Question 18

Che tipo di alfa eliche possono formare polipeptidi costituiti da L-amminoacidi?

Answer 18

possono formare solo
α-eliche destrogire o destrorse.

Question 19

Come sono posizionati i gruppi R dei residui amminoacidici di un’alfa elica?

Answer 19

• 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.

Question 20

Sono più diffuse le eliche destrorse o sinistrorse?

Answer 20

-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.

Question 21

Quali sono le due condizioni affinchè esistano le alfa eliche levogire?

Answer 21

-sono molto corte
-includono amminoacidi con residui molto piccoli (es. glicina)

Question 22

Dimmi 4 cose su un’alfa elica anfililica?

Answer 22

-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.

Question 23

Qual è il ruolo delle catene laterali (R) nell’alfa elicaw?

Answer 23

Question 24

Qual è l’unico dei 20 alfa amminoacidi a non essere presente nella struttura ad alfa elica?

Answer 24

-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

Question 25

Quali sono i valori della coppia di angoli diedri nella struttura secondaria beta?

Answer 25

Question 26

Qual è l’unità costituente di un foglietto beta?

Answer 26

Il filamento beta (β-strand)—-> è costituito da 5-10 aa e ha la catena polipeptidica quasi completamente distesa

Question 27

Tra chi si instaurano i legami a H nella struttura secondaria foglietto B?

Answer 27

tra i gruppi C=O ed N–H di filamenti β adiacenti

Question 28

Quanti filamenti beta troviamo nei foglietti beta delle proteine globulari?

Answer 28

Da 2 a 15 filamenti β affiancati

Question 29

Quali sono i 3 tipi di strutture beta?

Answer 29

Question 30

Sono più stabili le strutture b antiparallele o parallele?

Answer 30

Le strutture b antiparallele sono più stabili delle strutture b parallele, perché i legami idrogeno sono allineati tra loro

Question 31

Qual è la struttura di un foglietto pieghettato?

Answer 31

Question 32

Cosa sono i b-barrel?

Answer 32

Sono strati di protezione costituiti dall’associazione di foglietti b

Question 33

Dimmi una proteina ion cui troviamo i B barrel

Answer 33

GFP (Green Fluorescent Protein) dalla medusa Aequorea victoria

Question 34

Quali sono le 3 differenze tra i loop e i reverse turns?

Answer 34

- 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

Question 35

Dimmi 3 cose sui i reverse turns

Answer 35

-Sono strutture secondarie più rare -sono delle inversioni dell’andamento della catena polipeptidica -spesso (non sempre) presentano una prolina

Question 36

Cos’è la conformazione loop o random coil?

Answer 36

-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

Question 37

Cosa sono le strutture super secondarie?

Answer 37

-sono costituite da elementi di struttura secondaria combinati tra loro

Question 38

Dimmi 4 esempi di strutture super secondarie e le loro caratteristiche

Answer 38

4)coiled-coil

Question 39

A cosa può essere dovuta la distorsione del foglietto B?

Answer 39

Alla cisteina, infatti essa fa un ponte disolfuro e agisce come una “specie” di gancio tirando la proteina e, dunque, piegandola.

Question 40

Fammi 2 esempi di reverse turn

Answer 40

β turn e ɣ- turn

Question 41

Dimmi 3 cose sul β turn

Answer 41

- 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

Question 42

Dimmi 3 cose sul ɣ- turn

Answer 42

- 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

Question 43

Dimmi 3 esempi di proteine che presentano i coiled-coil

Answer 43

- α-cheratina—-> è molto abbondante nelle cellule morte dell’epidermide e protegge la nostra pelle da infezioni, urti, essiccamento -miosina (coda) -collagene

Question 44

Dimmi 3 cose sulla miosina

Answer 44

-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)

Question 45

Dimmi 3 cose sul collagene

Answer 45

-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

Question 46

Cos’è il folding?

Answer 46

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)

Question 47

Quali sono i 3 diversi modi di rappresentare la struttura terziaria di una proteina?

Answer 47

Question 48

Da cosa è costituita la GFP (green fluorescent protein)?

Answer 48

-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)

Question 49

Da cosa è costituita la struttura terziaria dell’actina?

Answer 49

-a-eliche e strutture b

Question 50

Cosa ci permette di fare la conoscenza della posizione degli atomi all’interno della struttura di una proteina?

Answer 50

Ci permette di definire il ruolo (strutturale, funzionale, etc) di specifici residui amminoacidici.

Question 51

Dimmi 3 cose sulla tripsina

Answer 51

- 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

Question 52

Dimmi 5 cose sulla rappresentazione ad imbuto del ripiegamento di una proteina

Answer 52

-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.

Question 53

I ricercatori sono in grado di prevedere la struttura tridimensionale della proteina sulla base della sequenza amminoacidica?

Answer 53

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

Question 54

Cosa si deduce da questa rappresentazione dell’inibitore BPTI della tripsina?

Answer 54

-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.

Question 55

Cosa dimostra l’esperimento di Anfisen?

Answer 55

Che la struttura terziaria di una proteina dipende dalla sua struttura primaria (quindi data una struttura primaria si otterrà sempre una proteina specifica)

Question 56

Con quale proteina Anfisen dimostrò il suo dogma?

Answer 56

Ribonucleasi A -proteina piccola e resistente -funge da enzima (è un’idrolasi: degrada l’RNA servendosi dell’acqua)

Question 57

Quanti ponti di solfuro presenta la ribonucleasi A?

Answer 57

4

Question 58

Spiega il primo esperimento di Anfisen

Answer 58

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.

Question 59

Da cosa è guidata la tendenza della proteina ad andare verso la sua struttura nativa?

Answer 59

Dal raggiungimento minimo di energia a cui la proteina vuole arrivare

Question 60

In cosa consiste il secondo esperimento di Anfisen?

Answer 60

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.

Question 61

Spiega il passaggio dalla struttura nativa a quella denaturata della proteina

Answer 61

-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)

Question 62

Dimmi 2 cose sulla denaturazione delle proteine

Answer 62

-Processo attraverso il quale la proteina passa dalla struttura nativa a quella “srotolata” -questo passaggio avviene con una transizione rapida

Question 63

Dimmi 5 legami che stabilizzano la struttura terziaria delle proteine

Answer 63

-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

Question 64

Come sono composte le proteine globulari solubili?

Answer 64

-parte centrale idrofobica (completamente apolare) -superficie idrofilica (contiene residui polari e apolari)

Question 65

Come sono composte le superfici di proteine che interagiscono con le membrane cellulari?

Answer 65

Hanno superfici composte da residui idrofobici per poter interagire con la membrana cellulare (che è idrofobica)

Question 66

Cosa sono le mutazioni puntiformi?

Answer 66

Mutazioni che riguardano l’alterazione di anche un solo amminoacido nella sequenza lineare della proteina (possono essere silenti o manifestarsi con gravi conseguenze)

Question 67

Da cosa è causata la fibrosi cistica?

Answer 67

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.

Question 68

Da cosa è causata l’ipercolesterolemia familiare?

Answer 68

è causata dall’impossibilità del recettore per le LDL (low-density lipoprotein) di raggiungere la membrana plasmatica.

Question 69

Da cosa sono causate L’encefalopatia bovina spongiforme (”mucca pazza") e la sua versione umana (Creutzfeldt-Jakob disease)?

Answer 69

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)

Question 70

Dimmi 3 conseguenze delle mutazioni sulle proteine mutate

Answer 70

-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

Question 71

Cos’è la struttura quaternaria di una proteina?

Answer 71

-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

Question 72

In che modo può avvenire l’associazione delle subunità per formare una proteina con struttura quaternaria in ambiente -intracellulare -extracellulare

Answer 72

-intracellulare—-> legami non covalenti (es. legami a H, forze di WAN der Waals) -extracellulare—>si possono formare anche ponti disolfuro

Question 73

Dimmi 3 proteine con struttura quaternaria

Answer 73

-emoglobina -immunoglobulina G -ferritina

Question 74

Dimmi come è costituita la struttura quaternario dell’immunoglobulinaG

Answer 74

-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

Question 75

Dimmi 2 cose sulla struttura quaternaria della ferritina

Answer 75

-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)

Question 76

Qual è la proteina -più grande -più piccola Che conosciamo?

Answer 76

-più grande—->TITINA (associata alla muscolatura, comprende 27.000 aa) -citocromo—->conta 100 aa

Question 77

Cos’è il gruppo prostetico?

Answer 77

È la parte non proteica (ossia non costituita da aa) di una proteina essenziale per il suo funzionamento

Question 78

Dimmi 5 cose sul dominio proteico

Answer 78

-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)

Question 79

Cos’è la modularità di una proteina?

Answer 79

La capacità di una proteina di combinare i suoi domini in differenti sequenze per svolgere varie funzioni

Question 80

Qual è la differenza tra dominio e subunità?

Answer 80

dominio—->è una parte della catena polipeptidica; subunità—-> è la catena polipeptidica intera, che comprende domini ≠

Question 81

Quali sono i quattro domini della piruvato chinasi?

Answer 81

Question 82

L’emoglobina ha domini?

Answer 82

No

Question 83

Dimmi 3 cose sulla peptidasi T

Answer 83

-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)

Question 84

Indica per ciascuna delle seguenti proteine con struttura quaternaria -da quante subunità sono composte -quanti domini hanno

Answer 84

Question 85

In cosa consiste il processo di migrazione del dominio proteico?

Answer 85

-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)

Question 86

Qual è la funzione della proteina SRc e quali sono i suoi 3 domini proteici?

Answer 86

Question 87

Cosa produce l’idrolisi acida delle proteine?

Answer 87