MACROMOLECOLE- proteine Flashcards
Classi di macromolecole, quante sono e quali sono?
Le principali classi di macromolecole sono 4 e sono proteine, acidi nucleici, lipidi e polisaccaridi
Dimensioni della cellula e delle strutture più rilevanti dal punto di vista biologico
Cellule eucariote (animali e vegetali)= tra i 10 e i 100 micron, microscopio ottico
cellule procariote (batteri)= tra 1 e 10 micron
virus= 100 nm, microscopio elettronico
proteine= una decina di micron
atomi= distanza atomica di 1 Angstrom (0,1 nm= 1 Angstrom)
legame covalente singolo= 1,5 Angstrom
legame doppio= 1,2 Angstrom
PROTEINE- definizione
La parola “proteina” deriva dal termine “proteios”, primario, termine con cui nel 1800 viene indicata da Berzelius (primo a descrivere le proteine come macromolecole) una struttura particolarmente abbondante in natura.
Il termine viene utilizzato data la funzione e l’abbondanza di esse in natura: in una cellulla, composta per il 70% di acqua e 30% da macromolecole, di cui la metà sono proteine.
PROTEINE sono polimeri di residui amminoacidici (anche gli amminoacidi descritti per la prima volta nel 1800, prendono il nome dalla sostanza da cui sono estratti. La prima ad essere stata estratta è l’asparagina, estratta dagli asparagi).
Alla fine delle variazioni, una proteina è sostanzialmente formata da uno scheletro covalente (C-N) con struttura ripetitiva, su cui si innestano catene laterali che conferiscono alla proteina stessa le sue varie caratteristiche.
PROTEINE- struttura amminoacidi/ come sono formate?
La struttura tipica di un amminoacido si compone di un gruppo amminico con carica positiva (H3N+), il gruppo carbossilico (COO-), con carica negativa, un idorgeno (H) ed una catena laterale R, che differenzia un amminoacido dall’altro e media la funzione e le caratteristiche e proprietà dell’amminoacido stesso, ed un carbonio centrale, carbonio alfa.
Eccezioni a questa struttura sono circa 2:
GLICINA: in realtà non è considerata un’eccezione, essa possiede una catena laterale R composta da un secondo H, dunque appare solo più piccola.
PROLINA: essa è effettivamente un’eccezione dato che forma un anello con il gruppo amminico. Essa è l’unica struttura fortemente divergente: la sua presenza all’interno della proteina induce un forte cambio conformazionale.
ESEMPIO: nel COLLAGENE, formato dall’unità di 3 amminoacidi, la prolina, che è molto abbondante, a causa del suo anello induce una distorsione della struttura proteica. La molecola di collagene appare dunque più avvolta proprio perchè più ricca di amminoacidi di prolina.
PROTEINE- cosa compone la specificità degli amminoacidi?
La particolarità dei gruppi laterali è il fatto che essi compongono la specificità dell’amminoacido. Possiamo distiguerli in
basici
acidi
idrofobici (non polari)
contenenti zolfo (S)
esempi:
Gli amminoacidi particolarmente idrofobici in soluzione acquosa si ripiegano per ridurre al minimo l’esposizione al solvente.
Cisteina, contiene zolfo.
PROTEINE- legame peptidico
Il legame peptidico è un legame caratteristico della proteina. Esso, anche detto legame carboamidico (COO- e N3H+), è il risultato dell’unione di residui amminoacidici (non di amminoacidi), residui ottenuti dalla condensazione di due amminoacidi, che porta alla formazione di un legame covalente con la perdita di una molecola d’acqua. Si forma quindi uno scheletro regolare con variabili laterali (R).
In base al numero di residui amminoacidici da cui è formato assume diverse denominazioni, quali dipeptide, tripeptide… polipeptide.
La lunghezza di questo legame covalente carbonio-azoto si classifica come intermedio tra un legame singolo (più lungo del doppio, più debole) ed uno doppio (più forte, più corto del singolo), poichè gli elettroni di questi due atomi legati entrano in risonanza.
Ciò comporta una forte rigidità e difficoltà a ruotare: questo legame rigido e planare.
L’unica libertà di movimento concessa la si ha invece alle due estremità del carbonio alfa, non comprese nello scheletro C-N.
PROTEINE- quanti sono gli amminoacidi? Quanti sono gli amminoacidi essenziali?
8 sono gli amminoacidi considerati essenziali, ma non sono tutti gli amminoacidi conosciuti (20).
PROTEINE- struttura (primaria, secondaria, terziaria e quaternaria)
La struttura delle proteine è in parte formata da una catena polipeptidica, costituita da residui amminoacidici che formano uno scheletro molto regolare.
Le proteine sono suddivisibileii in 4 livelli di struttura:
PRIMARIA, la semplice sequenza amminoacidica
SECONDARIA ad alfa elica e a foglietto beta
TERZIARIA ripiegamento, anche tra zone diverse della proteina, lontane tra di loro, che si ripiegano fino ad avvicinarsi
QUATERNARIA varie subunità si possono assemblare tra loro e si ha una catena con più polipeptidi.
Le proteine sono numerose nonostante in natura si trovino solo 20 amminoacidi noti, ciò è dovuto al numero di residui amminoacidici che le formano. Si può passare da un centinaio di residui, come il citocromo C, alla glutammina sintetasi, composta da 12 catene polipeptidiche.
La titina è la proteina più grande nell’uomo, composta da più di 26 mila residui amminoacidici (lunga 3 milioni di dalton).
PROTEINE- denaturazione
La denaturazione ci da un’idea di come le forze deboli possano regolare la struttura della proteina e come anche un’apparente piccola modifica, come una rimozione di queste interazioni possa far degenerare l’intero complesso.
Per denaturazione si intende la perdita della struttura di una proteina, quando vengono meno i legami intermolecolari, le forze elettrostatiche o i ponti disolfuro.
PROTEINE- STRUTTURA PRIMARIA- gradi di rotazione
Per struttura primaria si intende la sola sequenza di residui amminoacidici, di cui l’ordine determina uno specifico peptide. La struttura della proteina dipende principalmente dalla sua sequenza primaria (sembra una nozione scontata ma è di recente scoperta).
1953 Sanger sequenzia l’insulina, prima proteina sequenziata
Perché è importante che la funzione e la struttura della proteina siano legate a sequenze specifiche?
Poiché ciò implica che anche la più piccola modifica possa avere un impatto forte sulla proteina stessa.
GRADI DI ROTAZIONE: Come già illustrato il legame peptidico presenta i carbonio alfa, attorno ai quali alcuni legami, non coinvolti nella formazione dello scheletro della proteina, possono ruotare. Due sono gli angoli di rotazione, uno amminoterminale e l’altro carbossiterminale, chiamati rispettivamente phi e psi (ipotizzando per convenzione che i due angoli siano posti sullo 0 considerando i legami planari sullo stesso piano).
A causa dell’ingombro sterico questa configurazione appare impossibile. Considerando tutte le possibili combinazioni reali dei vari amminoacidi si ottiene il grafico di Ramachandran
PROTEINE- STRUTTURA PRIMARIA- grafico di Ramachandran
Nel grafico di Ramachandran sono illustrate tutte le varie combinazioni che possono assumere i legami peptidici. Dalla lettura del grafico si può evincere che ci sono combinazioni preponderanti rispetto alle altre, strutture che portano alla formazione di foglietti-beta (in alto a sinistra) ed alfa-eliche (in basso a sinistra).
il concetto da portare a casa è che tra le miliardi di coppie di angoli formabili, quelle che si formano maggiormente sono quelle sopracitate.
INGOMBRO STERICO
Sterico= effetto che la distribuzione spaziale degli atomi nella struttura di una molecola può avere nel ritardare o impedire una reazione chimica.
PROTEINE- STRUTTURA SECONDARIA- definizione
La struttura secondaria descrive la conformazione di una porzione della catena polipeptidica.
Le principali strutture secondarie che si analizzeranno sono quella ad alfa-elica e quella a foglietto-beta.
PROTEINE- STRUTTURA SECONDARIA- alfa elica
La struttura ad alfa elica è una struttura secondaria regolare (ogni giro equivale a 3,6 residui amminoacidici), ogni giro ha un’altezza di 5,4 Angstrom, può essere levogira o destrogira a seconda del senso di rotazione. Avendo un giro fisso anche le dimensioni dell’elica sono fisse.
La struttura resistente e la stabilità dell’alfa-elica deriva dalla presenza di legami ad H che si stabiliscono tra esso e l’ossigeno. In questo caso ogni 4 residui amminoacidici si forma un legame ad H.
Osservando la struttura si nota che gli ossigeni sono tutti disposti verso il basso e i legami ad H sono allineati parallelamente.
PROTEINE- STRUTTURA SECONDARIA- alfa elica- esempio
La CHERATINA è stata la prima proteina dove l’alfa-elica è stata descritta. Essa è una proteina fibrosa poiché grazie alla sua struttura tende a creare dei fasci di fibre, ed è la principale componente di tutta una serie di materiali come le unghie, i capelli, le penne e le corna. Essa è molto presente in natrura ed è facile da ottenere.
Come può la stessa proteina essere in un corno ed in una piuma? Poiché è presente nella corna del rinoceronte una cheratina molto ricca di cisteina, la quale può formare numerosi ponti disolfuro, conferendole una fortissima rigidità strutturale.