STRUTTURA TERZIARIA. H 3 N + COO - β-foglietto

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Beatrice Bonetti
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1 STRUTTURA TERZIARIA α-eliche H 3 N + COO - β-foglietto La catena polipeptidica delle proteine GLOBULARI oltre ad organizzarsi in strutture di tipo secondario va incontro ad un ulteriore ripiegamento sino ad assumere una struttura fortemente impaccata. Il ripiegamento (FOLDING) è tale che residui lontani nella struttura primaria sono avvicinati dal ripiegamento in modo da stabilire interazioni tra le loro catene R (interazioni a lungo raggio)

2 Il ripiegamento di una proteina non è mai un processo casuale Ma sempre dettato dalla sequenza amminoacidica della proteina. La catena polipeptidica assume strutture secondarie che sono avvicinate e impaccate mediante anse e curve della catena. La proteina collassa assumendo una struttura sempre più ordinata e impaccata. Assume il ripiegamento tridimensionale che garantisce la maggiore stabilità Nelson Cox, I principi di Biochimica di Lehninger, Zanichelli editore spa

Il ripiegamento inizia sotto la spinata dell EFFETTO IDROFOBICO: la catena polipeptidica si ripiega in modo da costringere le catene non polari ad associarsi tra loro in un CORE idrofobico da cui

3 Il ripiegamento inizia sotto la spinata dell EFFETTO IDROFOBICO: la catena polipeptidica si ripiega in modo da costringere le catene non polari ad associarsi tra loro in un CORE idrofobico da cui sono escluse le molecole d H 2 O (diminuisce l entropia del polipeptide e aumenta quella del solvente). H 2 O Durante l avvolgimento le catene laterali polari tendono ad essere spinte sulla superficie esterna della proteina, a contatto con le molecole d H 2 O della sfera di solvatazione. II processo risulta energeticamente favorito dalla formazione di numerosissime interazioni tra le catene laterali degli amminoacidi che vengono avvicinati.

4 Il modo in cui una catena proteica si avvolge dipende dal tipo di interazioni che si stabiliscono fra le catene laterali dei suoi residui amminoacidici. Una proteina, fra tutti i possibili ripiegamenti, addotta quello in cui le interazioni fra le catene R dei suoi residui sono OTTIMALI e consentono di raggiungere la maggiore stabilità (e quindi uno stato di minima energia) La proteina addotta la sua CONFORMAZIONE NATIVA. Non covalenti Interazioni idrofobiche Interazioni di van der Waals Legami idrogeno Interazioni ioniche Covalenti Ponti disolfuro Lys Tyr Asp Ser Leu 2 Cys Phe

5 Folding proteine

Esempi: Durante il processo di avvolgimento della catena polipeptidica

o STRUTTURE SUPERSECONDARIE ansa β-α-β Elica-ansa-elica es: proteine

edu Barilotto β (proteine di membrana) Motivo complesso caratteristico

6 Esempi: Durante il processo di avvolgimento della catena polipeptidica più strutture secondarie riconoscibili si combinano formando i MOTIVI o STRUTTURE SUPERSECONDARIE ansa β-α-β Elica-ansa-elica es: proteine leganti calcio Barilotto β (proteine di membrana) Motivo complesso caratteristico dell α-emolisina di Staphylococcus aureus (tossina che uccide le cellule formando pori nella membrana)

STRUTTURA QUATERNARIA Presente in proteine costituite da

Le subunità (o monomeri) possono essere identiche o

contatto per mezzo di Interazioni idrofobiche, Forze

7 STRUTTURA QUATERNARIA Presente in proteine costituite da 2 o più subunità, quindi da 2 o + catene polipetidiche. Le subunità (o monomeri) possono essere identiche o diverse I monomeri si associano nelle superfici di contatto per mezzo di Interazioni idrofobiche, Forze elettrostatiche, legami idrogeno, ponti disolfuro Chaperonina Emoglobina

8 Modificazioni delle proteine POST-TRADUZIONALI = avvengono dopo la sintesi proteica CO-TRADUZIONALI = avvengono durante la sintesi proteica Sono modificazioni chimiche della catena polipeptidica ad opera, generalmente (ma non sempre!) di enzimi specifici. Servono a modificare la funzione di una proteina (attivarla, inibirla, regolarla) Sono modificazioni che riguardano le ESTREMITA AMMINO- e CARBOSSI-TERMINALI o/e la CATENA LATERALE di DERMINATI RESIDUI AMMINOACIDICI che si trovano all interno di specifiche sequenze consenso o in particolari motivi strutturali. Tali modificazioni possono essere di natura covalente (ponti disolfuro, Acetilazione, Ossidazioni, Fosforilazioni, Tagli proteolitici, Glicosilazioni..) o non covalente (coniugazioni con metalli o gruppi prostetici attraverso interazioni polari o idrofobiche)

9 Modificazioni post/co-traduzionali possono coesistere nella stessa proteina generando diverse proteoforme con attività differenti. Prenilazione Glicosilazione Ponti disolfuro 2x PDI S Fosforilazione CHINASI O - P=O O - Modificata da James Hougland, Syracuse University, Department of Chemistry

10 PROTEINE FIBROSE: RUOLO STRUTTURALE Non assumono una struttura terziaria ma presentano una struttura fondamentalmente secondaria e filamentosa che si associano in strutture polimeriche. Esempi: cheratine (α-eliche appaiate con un doppio avvolgimento) >>> capelli, unghie fibroina (foglietti β) >>> fibre della seta collagene (tripla elica) >>> tendini, tessuto connettivo, matrice ossea

α-cheratine: ne esistono vari tipi a seconda del tipo di tessuto che costituiscono (epidermide, unghie, capelli, mucosa, tessuti di sostegno ) Alterazione permanente delle α-

11 α-cheratine: ne esistono vari tipi a seconda del tipo di tessuto che costituiscono (epidermide, unghie, capelli, mucosa, tessuti di sostegno ) Alterazione permanente delle α- cheratine di tipo I dei capelli α-elica Doppia elica di 2 α-eliche α-cheratine Protofilamento: 2 doppie elica accoppiate Filamento: superavvolgimento destrogiro di 4 protofibrille

0 residui per giro e un passo di 0,94 nm (sono più estese di un alfaelica).

12 COLLAGENE 25%-35% delle proteine totali dei mammiferi Catene polipeptidiche elicoidali sinistrorse (NON sono α-eliche) con ~3.0 residui per giro e un passo di 0,94 nm (sono più estese di un alfaelica). Ogni elica possiede ~ 1000 residui. 3 eliche sinistrorse si avvolgono l una all altra in senso destrorso a formare una tripla elica = TROPOCOLLAGENE

La sequenza amminoacidica di ogni elica è costituita da ripetizioni di 3 residui: - Gly-X-Y- X = spesso Prolina Y = spesso 4-idrossi-prolina Frequentemente presenti Lisina e 5-idrossi-lisina e

13 La sequenza amminoacidica di ogni elica è costituita da ripetizioni di 3 residui: - Gly-X-Y- X = spesso Prolina Y = spesso 4-idrossi-prolina Frequentemente presenti Lisina e 5-idrossi-lisina e 3-idrossi-prolina Limitata flessibilità conformazionale, Rigidità Impossibilità a formare α-eliche Nel superavvolgimento i residui di glicina delle 3 eliche sono localizzati lungo l asse centrale della tripla elica (in rosso), dove lo stretto impaccamento non consente la presenza di altri amminoacidi

14 IDROSSILAZIONE ad opera di prolil-idrossilasi e lisil-idrossilasi che utilizzano come cofattore l ac.ascorbico, vengono introdotti gruppi OH sulle catene laterali, che servono a formare legami idrogeno nei punti di contatto delle 3 eliche del tropocollegeno. Carenza di vitamina C = Cattivo assemblaggio della tripla elica (lesioni della pelle, indebolimento vasi sanguigni) >> Scorbuto

15 Il collagene è una proteina altamente modificata: -Idrossilazioni sui residui di prolina e lisina -Ossidazione su residui di lisina -Glicosilazione sui residui di idrossi-lys -Rimozione domini N- teminali e C-terminali (Taglio di legami peptidici) -Legami crociati Focus on collagen: In vitro systems to study fibrogenesis and antifibrosis _ state of the art. Clarice ZC Chen1,2 and Michael Raghunath. 2009, Fibrogenesis & Tissue Repair 2(1):7

16 La struttura di una proteina e ruolo biologico da essa svolto sono strettamente connessi. Alcune funzioni biologiche delle proteine: Catalizzatori = Enzimi Accumulo e trasporto di ossigeno = mioglobina e emoglobina. Sostegno e mantenimento della forma cellulare = collagene, actina Lavoro meccanico = contrazione muscolare, separazione cromosomi nella mitosi, movimento flagelli. Decodificazione dell informazione genetica della cellula, traduzione, regolazione dell espressione genica. Regolazione attività biologiche in cellule e tessuti bersaglio = ormoni, recettori Funzioni di difesa dell organismo = anticorpi, tossine

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