Amminoacidi, peptidi, proteine

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1 Amminoacidi, peptidi, proteine

2 a-amminoacidi che costituiscono le proteine A-amminoacido primario, Prolina Al carbonio a sono legati: Carbossile Ammina Catena laterale Piccin Nuova Libraria S.p.A.

3 a-amminoacidi che costituiscono le proteine Alanina Carbonio a Ala (A) Ogni amminoacido viene codificato da una sigla a 3 lettere e da una a 1 lettera

4 Le catene laterali determinano le diverse proprietà dei 20 amminoacidi che sono più comuni nelle proteine e che sono codificati dal DNA

5 Ogni a.a. ha gruppi dotati di rettività acida e basica

6 Gli amminoacidi sono molecole chirali (esclusa Gly) Proiezione a cunei e linee tratteggiate della (S)- Alanina

7 Proiezione di Fischer degli gli amminoacidi naturali: vengono classificati come «L» perchè hanno la stessa configurazione (S) della L-gliceraldeide L-Alanina, L-Serina, L-Cisteina, L-Gliceraldeide La Cys è l unico amminoacido naturale con configurazione (R )

8 Proiezione a cunei e linee tratteggiate

9 Gli amminoacidi hanno gruppi acidi e basici che formano sali interni: zwitterioni Acido aspartico, Alanina, Lisina Gruppo carbossilico più acido dell acido acetico i i i i

10 Alanina Gli amminoacidi hanno proprietà sia acide che basiche

11 PH basso, Punto isoelettrico, ph alto Il punto isoelettrico corrisponde al valore di ph al quale prevale la forma zwitterionica (globalmente neutra)

12 Al ph corrispondente al suo punto isoelettrico l amminoacido non migra in un sistema elettroforetico Figura 26.1 Separazione di una miscela di amminoacidi mediante elettroforesi. A ph le molecole di glicina sono per lo più neutre e non migrano, le molecole di lisina sono protonate e migrano verso l elettrodo negativo e le molecole di acido aspartico sono deprotonate e migrano verso l elettrodo positivo.

13 Come si determina sperimentalmente il pka dei gruppi acidi e il punto isoelettrico: curva di titolazione acido-base Figura 26.2 Curva di titolazione per l alanina, ottenuta usando l equazione di Henderson-Hasselbalch. Ognuno dei due tratti è tracciato separatamente. A ph, 1, l alanina è completamente protonata; a ph , l alanina è una miscela 50;50 di forma protonata e neutra; a ph , l alanina è completamente neutra; a ph , l alanina è una miscela 50;50 di forme neutra e deprotonata; a ph. 11.5, l alanina è completamente deprotonata.

14 Alcuni amminoacidi hanno catene laterali dotate di reattività acida o basica

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16 Alcuni amminoacidi presentano gruppi funzionali Acido aspartico, Alanina, Lisina acidi o basici sulla catena laterale Gli a.a. acidi hanno un pi <5 Gli a.a. basici hanno un pi >7

17 Altri amminoacidi con catene laterali basiche H H N H H COOH H CH 2 CH 2 CH 2 NH N NH 2 H Arginina pka=12.5 (acido coniugato del gruppo guanidinico) H NH 2 N NH 2 H H H H H N N NH 2 H H H 2 N N H N H H

18 Amminoacidi con gruppi funzionali basici sulla catena laterale Istidina L acido coniugato della catena laterale ha pka=6

19 A-amminoacido primario, Prolina La prolina è l unico amminoacido dotato di gruppo alfa-amminico secondario

20 Amino Il legame Acids peptidico Can Join Via Peptide Bonds Due amminoacidi Figure 4.2 The a-cooh and a- NH 3+ groups of two amino acids can react with the resulting loss of a water molecule to form a covalent amide bond. Legame peptidico Eliminazione di acqua Formazione del legame peptidico/ammidico Ammino terminale Carbossi-terminale

21 Risonanza del legame peptidico (ammidico) Planare Dal volume: McMurry Chimica organica Piccin Nuova Libraria S.p.A.

22 Un di-peptide (Ala-Ser) Alanina, Serina, Alanilserina L amminoacido terminale che ha il gruppo amminico libero è chiamato N-terminale, mentre quello con il gruppo carbossilico liberoè detto C-terminale. I peptidi sono nominati partendo dall N-terminale è aggiungendo il suffisso il alla sigla dell amminoacido corrispondente, tranne al C- terminale.

23 Un di-peptide (Ser-Ala) Serina, Alalnina, Serilalanina Dal volume: McMurry Chimica organica Piccin Nuova Libraria S.p.A.

24 Legami ammidici Una catena peptidica Peptide è un polimero di amminoacidi legati da legami di tipo Ammidico. Una proteina ha un peso molecolare compreso tra 6000 e

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26 Peptidi di interesse farmaceutico Polipeptide Numero a.a. P.M (g/mole) Fuzeon approvato Exendine Ш Stato di produzione Buserelin ,42 In commercio Deslorelin In commercio Goserelin ,41 In commercio Leuprolide ,4 In commercio Triptorelin ,96 In commercio Ormone paratiroidale ,62 Ш Pramlinitide 37 approvato Somatostatina ,88 approvato Lanretide approvato Thymosine alpha approvato Thymalfasin approvato Salmon calcitonin ,81 In commercio Terlipressin ,22 approvato Desmopressin ,22 approvato Zincotnotide 25 Ш

27 Due cisteine Oltre ai legami covalenti ammidici ci possono essere legami di tipo S-S tra due amminoacidi cisteina. Questi ponti si chiamano disolfuro. Sono questi ponti che vengono manipolati nel processo della permanente (capelli!). Ponti disolfuro Dal volume: McMurry Chimica organica Piccin Nuova Libraria S.p.A.

28 Ponti disolfuro Struttura dell ossitocina.

29 Vasopressina, Ninidrina, a-amminoacido Ponti disolfuro

30 Catena A, Catena B Ponti disolfuro

31 Idrolisi del legame peptidico: Come tutti i legami ammidici anche il legame peptidico è scarsamente reattivo e viene idrolizzato solo in condizioni drastiche idrolisi acida condotta in soluzione acquosa HCl 6M riscaldando

32 Idrolisi acida, Idrolisi basica Idrolisi di ammidi/peptidi

33 Idrolisi del legame pepdico catalizzato dall enzima carbossipeptidasi Peptide Dal volume: McMurry Chimica organica Piccin Nuova Libraria S.p.A.

34 Simulazione al computer della struttura tridimensionale di un cristallo di una proteina: alcune molecole di acqua sono necessarie per il mantenimento della conformazione nativa La conformazione delle proteine dipende dall ambiente esterno: la catena polipeptidica tende ad assumere la conformazione più stabile in funzione delle condizioni ambientali Proteina in acqua

35 La conformazione delle proteine viene determinata dall instaurarsi di diversi tipi di interazioni elettrostatiche o legami ionici e covalenti

36 Struttura secondaria: a-elica Figura 26.6 La struttura secondaria ad elica presente nell a-cheratina.

37 Struttura secondaria: foglietto-b Figura 26.7 La struttura a foglietto b pieghettato nella fibroina della seta.

38 Struttura terziaria a elica Foglietto b Simulazione al computer della struttura tridimensionale di un cristallo di una proteina globulare (lipasi, un enzima)

39 La superficie delle proteine globulari è idrofilica perché esposta all ambiente acquoso mentre l interno ed il sito attivo sono maggiormente idrofobici Apertura del sito attivo Aree idrofiliche Penicillina G amidasi

40 Uso di enzimi come catalizzatori in chimica farmaceutica: RCH 2 CONH S Trimetilclorosilano Piridina RCH 2 CONH S Penicillina G amidasi N O CO 2 H R=C 6 H 5 :Penicillina G R=C 6 H 5 O :Penicillina V [Processo chimico] O N CO 2 Si(CH 3 ) 3 1) PCl 5, Piridina Idrolisi chimica 2)R 1 OH [Processo Enzimatico] 3)H 2 O H 2 N S O N 6-APA CO 2 H Idrolisi enzimatica selettiva: non viene toccato il legame beta-lattamico O NH S H2N CH 3 PGA S CH OH + H2O 3 N CH + 3 N O CH 3 O COOH O COOH penicillin G 6-APA phenylacetic acid

41 Viene idrolizzato solo questo legame ammidico Sito attivo: riconosce la penicillina G selettivamente Trp B154 Phe B24 Ser B1 O C NH Pen G O H C N S CH 3 COOH CH 3 Il sito attivo degli enzimi è un ambiete di razione Phe A 146pre-organizzato che riconosce in maniera selettiva il substrato ed il gruppo funzionale che viene trasformato mediante catalisi

42 Come si può accelerare una reazione? Figura 11.5 Effetto del cambiamento di energia di reagenti e stato di transizione sulla velocità di reazione. (a) Un energia dei reagenti più elevata (curva rossa) corrisponde ad una reazione più veloce (DG più piccolo). (b) Un energia dello stato di transizione più alta (curva rossa) corrisponde a una reazione più lenta (DG più grande). Aumento l energia del sistema usando substrati molto reattivi Stabilizzo lo stato di transizione abbassando l energia di attivazione

43 Perché una amidasi o peptidasi è in grado di idrolizzare il legame ammidico/peptidico a ph neutro? In laboratorio devo usare: HCl 6M, 100 C, varie ore Quindi devo alzare l energia del sistema usando condizioni molto drastiche. I reattivi sono dispersi in una soluzione acquosa O O O R C NH R' R C NHR' R C + H 2 NR' H 2 O OH H OH peptide tetrahedral adduct acid amine fragment

44 L enzima invece accoglie nel sito attivo i substrati e li fa interagire secondo una geometria già preorganizzata I gruppi funzionali del sito attivo dell enzima stabilizzano lo stato di transizione e quindi l accelerano

45 I gruppi funzionali acidi e basici delle catene laterali degli amminoacidi scambiano protoni (catalisi acida e basica). Viene attivata la nucleofilicità del gruppo alcolico di un serina he altrimenti sarebbe un nucleofilo molto debole NH 2

46 Struttere di 42 diverseidrolasi sovrapposte: l organizzazione strutturale è simile Stabilizza l intermedio tetraedrico