STRUTTURA. Composti organici costituiti da sequenze di aminoacidi. < 30 aa aa. Aminoacidi aa OLIGOPEPTIDI PROTEINE POLIPEPTIDI

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1 PROTEINE dal greco proteios primario Strutture molecolari più rilevanti sia dal punto di vista funzionale che quantitativo degli esseri viventi costituendo circa il 15 % della massa totale.

2 FUNZIONI Catalisi enzimatica Trasporto (emoglobina, albumina, lipoproteine, proteine di membrana) Protezione (immunoglobuline) Coagulazione (fribinogeno) Contrazione (actina, miosina) Ormonale (insulina, glucagone, vasopressina, testosterone) Trasmissione impulsi nervosi (acetilcolina, noradrenalina) Strutturale (collagene, elastina, cheratina..) Regolazione dell espressione genica (induttori, repressori) Organizzazione del DNA nei cromosomi (nucleoproteine)

3 STRUTTURA Composti organici costituiti da sequenze di aminoacidi < 30 aa Aminoacidi aa OLIGOPEPTIDI + 30 aa PROTEINE POLIPEPTIDI

4 AMINOACIDI unità strutturali delle proteine gruppo aminico R I + NH 3 - C - COO - I H caratteristico di ogni a.a. gruppo carbossilico

5 AMINOACIDI PROTEICI sono circa una ventina, ma legandosi in un elevato numero di combinazioni riescono a formare l enorme varietà di proteine esistenti AMINOACIDI NON PROTEICI Non si trovano mai nella composizione delle proteine. Sono composti intermedi di reazioni metaboliche (es. ornitina dal ciclo dell urea; omocisteina da cui deriva la metionina, etc )

6 AMINOACIDI PROTEICI Gli aminoacidi possono essere classificati in base alla loro carica elettrica e all affinità per l acqua della loro catena laterale. Avremo cosi aminoacidi: - con carica positiva - con carica negativa - neutri polari (senza carica e idrofilici) - neutri apolari (senza carica e idrofobici)

7 AMINOACIDI PROTEICI Neutri apolari Neutri polari Basici(carica-) Acidi(carica+) Alanina Glicina Lisina Aspartato Valina Serina Arginina Glutammato Leucina Treonina Istidina Isoleucina Cisteina Metionina Asparagina Fenilalanina Glutamina Triptofano Tirosina * aminoacidi essenziali * aminoacidi semiessenziali (fanno risparmiare Metionina e Fenilalanina) * aminoacidi condizionatamente essenziali (in condizioni fisiologiche particolari quando non sono sintetizzati a velocità sufficiente; substrato energetico di macrofagi e linfociti responsabili delle difese immunitarie) Valina, Leucina, Isoleucina: a.a. ramificati; substrato energetico a livello muscolare con risparmio delle scorte di glicogeno

8 ingombro sterico dei gruppi R affinità tra i gruppi polari ed apolari attrazione tra gruppi acidi e basici modellano la conformazione delle proteine nello spazio dalle quali dipende in modo essenziale l attività biologica delle proteine stesse

9 Il legame chimico che unisce 2 aminoacidi (monomeri) a formare un polimero (oligopeptide, polipeptide o proteina) è detto legame peptidico e si instaura tra il gruppo aminico ( -NH 3 + ) di un aa ed il gruppo carbossilico (- COO - ) di un altro aa, con liberazione di una molecola d acqua. Le reazioni che producono legami covalenti tra monomeri e che liberano una molecola d acqua per ogni legame covalente formato vengono chiamate reazioni di condensazione. Una singola catena di aa è chiamata polipeptide (oligopeptide se composta da meno di 30 aa). Ogni polipeptide ha un gruppo aminico libero (estremità N- terminale) e un gruppo carbossilico libero all altra (estremità C-terminale).

10 LEGAME PEPTIDICO + NH 3 CHR 1 COO - + NH 3 CHR 2 COO - Legame peptidico H 2 O O II + NH 3 CHR 1 C N CHR 2 COO - I H

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12 STRUTTURA DELLE PROTEINE La maggior parte delle proteine è costituita da più di una catena polipeptidica. Anche se una proteina potrebbe assumere un grande numero di forme diverse, dette conformazioni, la maggior parte delle catene peptidiche si ripiega in una determinata, (la sua unica) conformazione detta nativa. Uno degli elementi che più incidono sulle modalità di ripiegamento di una proteina è la distribuzione delle catene laterali polari e non polari. Le catene laterali idrofobe tendono a rimanere all interno della proteina, in modo da evitare il contatto con l ambiente acquoso, mentre le catene polari (idrofiliche) stanno all esterno, dove reagiscono con altri gruppi polari o con l acqua.

13 STRUTTURA DELLE PROTEINE Nella struttura delle proteine sono individuabili 4 livelli di organizzazione.

14 1. Struttura primaria : sequenza lineare di aminoacidi

15 2. Struttura secondaria Ripiegamento delle catene 1 ie in strutture regolari (α-elica o foglietto β) a dare una configurazione tridimensionale necessaria per lo svolgimento dell attività biologica della proteina stessa conformazione a spirale α - elica conformazione β foglietto pieghettato legami idrogeno

16 3. Struttura terziaria Ulteriore ripiegamento ed avvolgimento della catena polipeptidica 2 ia (mantenuto da interazioni elettrostatiche, idrofobiche e legami ad idrogeno) in una conformazione più stabile e compatta detta dominio. Proteine globulari (regolatorie) albumine (trasporto acidi grassi) α-globuline (protrombina, VLDL,LDL) β-globuline (transferrina, HDL) γ-globuline (immunoglobuline) istoni (organizzazione del DNA) Proteine fibrose (strutturali) collagene: tendini resistenza alla tensione elastina: vene, arterie e polmoni estensione e deformazione senza danni per i tessuti

17 4. Struttura quaternaria diverse catene polipeptidiche in str. 3 ia tenute insieme da forze elettrostatiche si associano a formare una singola proteina Emoglobina 4 subunità proteiche ognuna associata ad un gruppo EME (anello al cui interno c è lo ione ferroso che lega l ossigeno)

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19 PROTEINE CONIUGATE Quando la proteina è associata ad altre molecole organiche o gruppi chimici Glicoproteine (responsabili del riconoscimento antigenico e dei rapporti intercellulari, ormoni ipofisari, globuline) Lipoproteine (VLDL, LDL, HDL) Fosfoproteine (dentina e caseina) Cromoproteine (mioglobina, emoglobina)

20 FUNZIONE ENZIMATICA DELLE PROTEINE Gli enzimi catalitici sono proteine in grado di accelerare la velocità di una reazione senza alterarne l equilibrio, senza entrare a far parte dei prodotti della reazione stessa e senza risultare alterate al termine del processo. Viene chiamato substrato la sostanza che subisce una trasformazione durante la reazione catalizzata dall enzima L enzima possiede un sito di legame che riconosce e lega il substrato e un sito catalitico che lo catalizza. Il legame enzima-substrato può avvenire secondo 2 modalità:

21 chiave-serratura : enzima e substrato risultano essere complementari per forma e carica elettrica adesione indotta : il substrato induce l enzima ad un cambio conformazionale che renda possibile il legame e la conseguente reazione catalitica substrato sito attivo L enzima cambia conformazione man mano che il substrato si lega prodotti Ingresso del substrato nel sito attivo dell enzima Complesso enzima-substrato Complesso enzima-prodotti Uscita dei prodotti dal sito attivo dell enzima

22 L attività catalitica degli enzimi non è costante né riguardo il numero né riguardo il tipo di reazioni che avvengono, ma viene regolata in base alle necessità metaboliche della cellula. Spesso un enzima che catalizza una reazione viene inibito o attivato dal prodotto ultimo della reazione mediante un meccanismo di feed-back (retroazione) negativo o positivo. inibitore enzima Inibizione competitiva L enzima lega l inibitore L inibitore compete con il substrato Gli enzimi spesso contengono piccole molecole strettamente legate dette coenzimi, cofattori enzimatici di natura organica, che aiutano gli enzimi ad esplicitare la loro attività catalitica. La maggior parte degli enzimi ha suffisso in asi (ligasi, liasi, etc) e derivano dal nome della sostanza su cui agisce l enzima (substrato) e dal nome della reazione che catalizza (es. malico deidrogenasi).

23 ACIDI NUCLEICI Macromolecole di grande complessità chiamate così perché sono collocate nel nucleo delle cellule. L unità di base è il NUCLEOTIDE radicale fosforico A adenina G guanina C citosina T timina U uracile zucchero pentoso ribosio o desossiribosio

24 DNA Zucchero: desossiribosio Gruppo fosfato Basi: adenina guanina citosina timina RNA Zucchero: ribosio Gruppo fosfato Basi: adenina guanina citosina uracile

25 Basi azotate Sono suddivise in due gruppi a seconda della loro struttura: PURINE Costituite da due anelli appaiati A = adenina G = guanina PIRIMIDINE Costituite da un solo anello C = citosina T = timina (solo nel DNA) U = uracile (solo nel RNA) Nucleoside = base azotata + zucchero pentoso Nucleotide = base azotata + zucchero pentoso + gr. fosfato

26 DNA acido desossiribonucleico Trasmissione dell informazione genetica Non esce mai dal nucleo MODEDLLO A DOPPIA ELICA 2 filamenti nucleotidici paralleli Il collegamento avviene tra le basi complementari dei due filamenti che si abbinano a coppie esclusive A T C G

27 RNA acido ribonucleico Trasporta fuori dal nucleo le informazioni genetiche dopo averle ricopiate dal DNA È responsabile della sintesi delle proteine MODEDLLO A SINGOLA ELICA 1 solo filamento di nucleotidi

28 RNA acido ribonucleico RNA messaggero mrna singolo filamento complementare di DNA trasferisce fuori dal nucleo le informazioni genetiche RNA di trasporto trna trasporta gli aminoacidi nella sintesi proteica RNA ribosomiale rrna insieme a proteine costituisce i ribosomi dove avviene la sintesi proteica

29 I nucleotidi, sono altresì molecole in grado di fornire energia a tutte quelle reazioni di sintesi che lo richiedono (sintesi delle proteine, degli ac.nucleici, dei polisaccaridi, etc ) perciò entrano nella composizione anche di ATP adenosin trifosfato accumulatore di energia NADP nicotinamide-adenindinucleotide fosfato trasporto di ioni H + FAD flavin-adenin-dinucleotide trasporto di ioni H +

30 VITAMINE Composti organici eterogenei necessari in dose minime, ma indispensabili per la sopravvivenza delle cellule no valore energetico ottenibili attraverso una dieta equilibrata bioregolatori (cofattori enzimatici) fattori di crescita (A, D) strutture nervose (B, PP) resistenza ad infezioni e radicali liberi (A, C, E) protezione della pelle prevenzione da tumori suddivise in 2 gruppi a seconda della solubilità in acqua o nei grassi LIPOSOLUBILI IDROSOLUBILI

31 K E tocoferolo D ergocalciferolo A retinolo VITAMINE LIPOSOLUBILI VIT. PRINCIPALI FUNZIONI SINTOMI DA CARENZA PRINCIPALI FONTI ALIMENTARI Interviene nel meccanismo della visione, favorisce il mantenimento degli epiteli, immunostimolante, protegge dal cancro Anemia, diarrea, cecità notturna, depressione del sistema immunitario, lesioni oculari Fegato, uova, burro, spinaci ed altri vegetali a foglie verde scuro, broccoli, meloni, albicocche, carote ed altri frutti color arancio Mineralizzazione delle ossa e corretta utilizzazione del calcio e del fosforo Rachitismo nel bambino e fragilità ossea nell adulto Fegato, uova, pesce azzurro (sardine). Proviene anche dalla sintesi endogena del colesterolo Antiossidante, blocca la formazione dei radicali liberi, protegge le membrane cellulari Anemia, debolezza, crampi Olii vegetali non raffinati, germe di grano, semi, noci, vegetali a foglia verde Interviene nel meccanismo della coagulazione del sangue, antiemorragica Emorragie o ritardato tempo di coagulazione Broccoli, cavoli, vegetali a foglia verde, fegato. Viene anche sintetizzata dai batteri del tratto intestinale.

32 B6 piridossina B5 acido pantotenico B3/PP niacina B2 riboflavina B1 tiamina VITAMINE IDROSULUBILI VIT. PRINCIPALI FUNZIONI SINTOMI DA CARENZA PRINCIPALI FONTI ALIMENTARI Cofattore nel metabolismo energetico dei carboidrati, stimola l appetito e le funzioni del sistema nervoso Problemi cardiaci, inappetenza, debolezza, insonnia, irritabilità degenerazione del sistema nervoso Presente in moltissimi alimenti, soprattutto cereali integrali, legumi, maiale, noci È in molteplici reazioni metaboliche, aiuta la visione e la pelle Lingua magenta, ferite agli angoli della bocca, arrossamento degli occhi Latte e derivati, carne, cereali integrali, vegetali verdi Coenzima nella respirazione cellulare(componente del NADP), aiuta la pelle e i sistemi digerente e nervoso Diarrea, debolezza, alterazioni mentali fino al delirio, glossite, pellagra Olatte, carne, uova,pesce, cereali integrali,frutta secca ed altri alimenti proteici Costituisce il coenzima A utilizzato nel metabolismo energetico Insonnia, vomito, disturbi intestinali Largamente diffuso negli alimenti Ha un ruolo essenziale nella regolazione del metabolismo delle proteine e dei grassi ed è la più importante per il sistema immunitario, regolazione dell umore. Anemia, glossite, irritabilità, convulsioni, deterioramento dell immunità umorale e cellulo-mediata Cereali integrali, vegetali verdi, legumi, carne, pesce

33 C acido ascorbico H biotina B12 cobalamina B9 acido folico VITAMINE IDROSULUBILI VIT. PRINCIPALI FUNZIONI SINTOMI DA CARENZA PRINCIPALI FONTI ALIMENTARI Ha un ruolo importante nella formazione dell emoglobina ed azione stimolante sul sistema immunitario Disturbi intestinali, depressione del sistema immunitario, anemia megaloblastica, confusione mentale, spina bifida nel feto Vegetali a foglia verde, legumi, semi, fegato Fa parte di un coenzima utilizzato nella sintesi di nuove cellule. Interviene nella formazione dei globuli rossi. Anemia, glossite, affaticamento, degenerazione del sistema nervoso, depressione Alimenti di origine animale: carne, pesce, latte, formaggi, uova Fa parte di un coenzima utilizzato nel metabolismo dei grassi e dei carboidrati e coinvolto nella sintesi degli aminoacidi Inappetenza, nausea, depressione, debolezza, perdita di capelli, dermatiti, anomala attività cardiaca Largamente diffusa negli alimenti, in modo particolare in: legumi, uova, fegato, funghi, cacao, mandorle. Antiossidante, interviene nelle sintesi del collagene e della tiroxina, aumenta la resistenza alle infezioni, aiuta l assorbimento del ferro, contrasta lo stress. Frequenti infezioni, anemia, gengive sanguinanti, depressione, fragilità capillare e ossea, scorbuto Agrumi, broccoli, cavoli, melone, fragole, kiwi, pomodori, papaia, mango, peperoni, patate, lattuga.