SI DEDUCE CHE NELLA CELLULA LE MOLECOLE SONO DISSOLTE A FORMARE UNA SOLUZIONE ACQUOSA PROTEINS RNA DNA 16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0%

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2 H 2 O CO 2 - NH 3 CH 4 Aminoacidi, Nucleotidi, Acidi grassi e Glicerolo, Monosaccaridi Proteine, Acidi nucleici, Lipidi, Polisaccaridi

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5 LE MACROMOLECOLE CELLULARI IN PESO, LE MACROMOLECOLE SONO DI GRAN LUNGA LE PIU ABBONDANTI FRA LE MOLECOLE CHE CONTENGONO C IN UNA CELL. VIVENTE; SONO LE PRINCIPALI UNITA DI CUI E COSTITUITA UNA CELL. E ANCHE I COMPONENTI CHE CONFERISCONO LE PROPRIETA PIU DISTINTIVE DEI VIVENTI. 16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% PROTEINS RNA DNA SI DEDUCE CHE NELLA CELLULA LE MOLECOLE SONO DISSOLTE A FORMARE UNA SOLUZIONE ACQUOSA

6 Aggregati Macromolecolari Ribosomi Sistemi multienzimatici Membrane cellulari

7 CARBOIDRATI

8 I CARBOIDRATI I carboidrati sono poli-idrossialdeidiidrossialdeidi o poli-idrossichetoniidrossichetoni o derivati di questi. Unità di base dei carboidrati sono i monosaccaridi. Formula bruta : (CH 2 O) n Dove n è compreso tra 3 e 7 Glucosio = C 6 H 12 O 6 Si tratta in genere della componente principale dei nostri cibi e rientrano nella struttura di molecole fondamentali di interesse biologico (e.g.: cellulosa, amido, ac. Nucleici, etc ). Pur rappresentando (come polisaccaridi) solo circa il 2% del peso secco totale di una cellula, essi rappresentano le sostanze più abbondanti sulla Terra (e.g: cellulosa).

9 PRINCIPALI FUNZIONI BIOLOGICHE DEI GLICIDI: 1) SONO LE MOLECOLE COMBUSTIBILI Più IMPORTANTI PER GLI ORGANISMI; 2) HANNO FUNZIONE STRUTTURALE (e.g.: CELLULOSA; CHITINA); 3) PARTECIPANO ALLA FORMAZIONE DELLE STRUTTURE CHE PERMETTONO LA COMUNICAZIONE INTERCELLULARE (GLICOCALICE) ED ALLA COSTI= TUZIONE DELLA MATRICE EXTRACELLULARE (MEC); 4) PARTECIPANO ALLA FORMAZIONE DELLE MOLECOLE (DNA ED RNA) CHE ASSICURANO L EREDITARIETà DEI CARATTERI; 5) HANNO UN IMPORTANTE FUNZIONE ANTIGENICA.

10 MONOSACCARIDI SI TRATTA DEI CARBOIDRATI PIU SEMPLICI, FACILMENTE SOLUBILI IN ACQUA. VENGONO CLASSIFICATI IN BASE A: i) PRESENZA DI GRUPPO ii) ALDEIDICO (ALDOSI) O CHETONICO (CHETOSI); N DI ATOMI DI C CHE COSTITUISCONO LO SCHELETRO CARBONIOSO

11 Gruppo alcolico secondario Gruppo alcolico primario LA NUMERAZIONE IN GENERE VIENE ASSEGNATA AGLI ATOMI DI C IN MODO TALE CHE I C ALDEIDICI O CHETONICI ABBIANO IL NUMERO PIU BASSO!

12 ENANTIOMERIA IMPORTANZA BIOLOGICA ESEMPIO: AMIDO (POLIMERO DELL α-glc, FACILMENTE DIGERIBILE DAGLI ANIMALI CELLULOSA (POLIMERO DEL β-glc, INDIGERIBILE DAGLI ANIMALI)

13 IL GRUPPO ALDEIDICO O CHETONICO REAGISCE CON UN GRUPPO ALCOLICO SECONDARIO (SEMIACETILIZZAZIONE) PER FARE SI CHE LA MOLECOLA MONOSACCARIDICA CICLIZZI!

14 CICLIZZAZIONE C glucosidico

15 LEGAME GLICOSIDICO Gruppo glicosidico Gruppo alcolico

16 DISACCARIDI PIU COMUNI Glucosio + Glucosio Maltosio Glucosio + Galattosio Lattosio Glucosio + Fruttosio Saccarosio

17 LEGAME a1,4 GLICOSIDICO

18 I MONOSACCARIDI NELLA MATERIA VIVENTE SONO SPESSO PRESENTI SOTTO FORMA DI ESTERI* FOSFORICI *Estere = gruppo chimico derivante dalla reazione tra un residuo acido (organico od inorganico) ed un residuo alcolico

19 FORMAZIONE DI LEGAMI N-GLICOSIDICI: I NUCLEOSIDI

20 POLISACCARIDI PIU COMUNI Polisaccaridi di Riserva Polisaccaridi Strutturali Glicogeno (Animali) Amido (Vegetali) Cellulosa (Vegetali) Ac. Ialuronico (Animali) NOTA: Le cellule preferiscono stoccare le loro riserve energetiche in grosse molecole (tipo l amido od il glicogeno) piuttosto che mantenere un numero elevato di singole subunità monosaccaridiche per diminuire al massimo la pressione osmotica.

21 AMILOSIO RISERVA GLICOGENO CELLULOSA STRUTTURA CHITINA

22 I GLICIDI POSSONO COMBINARSI INSIEME CON MOLECOLE ORGANICHE DI NATURA LIPIDICA (GLICOLIPIDI) O PROTEICA (GLICOPROTEINE). UN ESEMPIO IN QUEST ULTIMO CASO E DATO DALLE GONADOTROPINE (FSH, LH ED hcg), ORMONI GLICOPROTEICI AD AZIONE STIMOLANTE VERSO LE GONADI

23 LIPIDI

24 I LIPIDI SONO SOSTANZE CHE HANNO UNA GRANDE VARIETà DI GRUPPI FUNZIONALI, DUNQUE SONO CHIMICAMENTE MOLTO ETEROGENEI E PER TALE MOTIVO NON POSSIAMO DARNE UNA DEFINIZIONE CHIMICA, TUTTAVIA POSSIAMO DARNE UNA DEFINIZIONE OPERATIVA E CIRCOSCRITTA

25 CLASSE DI MOLECOLE IDROFOBE, INSOLUBILI IN ACQUA, CARATTERIZZATE DA UN ELEVATA VARIABILITA STRUTTURALE E COMPOSTE PRINCIPALMENTE DA IDROCARBURI. ALCUNI LIPIDI HANNO DIMENSIONI CONSIDEREVOLI MA IN GENERALE NON POSSONO ESSERE CONSIDERATI MACRO= MOLECOLE. TIPICAMENTE SI DISSOLVONO IN SOLVENTI ORGANICI QUALI L ACETONE OD IL CLOROFORMIO.

26 SVOLGONO VARIE FUNZIONI BIOLOGICHE CHE POSSONO ESSERE RIUNITE IN QUATTRO GROSSE CATEGORIE: 1) ARCHITETTONICHE (IMPALCATURE DELLE MEMBRANE CELL) 2) ENERGETICHE (COMBUSTIBILE IMMAGAZZINATO) 3) PROTETTIVE (STRATI IMPERMEABILIZZANTI) 4) METABOLICHE (ORMONI)

27 Costituiti principalmente o esclusivamente da gruppi non polari 1.Lipidi Semplici (Gliceridi e Cere. In generale sono esteri di ac. grassi a lunga catena); 2.Lipidi Complessi (Fosfolipidi e Sfingolipidi. In gnerale sono esteri o ammidi di ac. grassi a lunga catena, combinati con composti di natura diversa (ac. fosforico, ammine, amminoacidi, mono- ed oligo-saccaridi) 3.Steroidi (composti contenenti la struttura del ciclopentanoperidrofenantrene e loro derivati) 4.Terpeni (costituiti dalla condensazione di diverse unità di isoprene)

28 ACIDI GRASSI GLI AC. GRASSI SATURI HANNO UN PUNTO DI FUSIONE Più ELEVATO DI QUELLI INSATURI

29 Acidi grassi saturi ed insaturi

30 Trigliceridi 1 molecola di Glicerolo + 3 molecole di Acidi Grassi

31 Di solito i grassi animali sono solidi poiché nei trigliceridi che li costituiscono predominano acidi grassi a lunga catena e saturi che a temperatura ambiente tendono ad impaccarsi strettamente tra loro. I Trigliceridi vegetali tendono a presentare acidi grassi a catena breve o insaturi; questi trigliceridi a temperatura ambiente sono liquidi oleosi

32 Fosfolipidi Testa polare Capostipite fosfogliceridi Code apolari Il fosfatidilinositolo è un importante trasduttore di segnali provenienti dall ambiente extracellulare

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34 Sfingolipidi A differenza dei fosfogliceridi le molecole di acidi grassi esterificano la sfingosina (un amino alcole) e non il glicerolo. La molecola capostipite degli sfingo= lipidi è appunto la sfingosina e da essa derivano gli altri sfingolipidi.

35 Steroidi 3 anelli esatomici legati ad un anello pentatomico formano lo steroide. Molecole steroidi molto importanti sono: 1) Colesterolo (molecola di base da cui originano gli altri steroidi. Si trova nelle membrane cell delle cellule animali ed, in parte, vegetali); 2) Cortisone, Cortisolo e Corticosterone (ormoni prodotti dalla ghiandola surre= nale. Regolano il trasporto di ioni e glicidi attraverso le membr cell. In medi= cina vengono usati per il loro potere antiinfiammatorio); 3) Ac. Biliari (agenti emulsionanti che permettono la digestione dei grassi in diversi animali); 4) Estrogeni, Progestinici e Testosterone (ormoni sessuali)

36 Grazie alla sua peculiare posizione all interno delle membrane cellulari, il colesterolo permette una maggiore fluidità delle membrane a basse temperature (quando le code apolari degli ac. grassi tenderebbero ad addossarsi strettamente tra loro) e garantirebbero una non eccessiva fluidità delle membrane alle alte temperature, grazie alla stabilità che determinano con il loro legami H con il gruppo estereo del fosfolipide. Nota: nelle membrane delle cellule animali il rapporto Colesterolo/fosfolipidi è di quasi 1:1

37 Le molecole di colesterolo sono trasportate dal flusso ematico come lipoproteine a bassa densità (LDL), si tratta di particelle plasmatiche consistenti in migliaia di molecole di colesterolo coniugate ad una proteina. In contrasto con le LDL, esistono altre molecole trasportatrici di colesterolo: le HDL che realmente tendono a ridurre la deposizione del colesterolo nell ambito delle placche ateroschelotriche, trasportando il colesterolo in eccedenza nelle placche al fegato, dove viene catabolizzato.

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39 STRUTTURA E FUNZIONE DELLE PROTEINE

40 COSA E UNA PROTEINA? IN REALTA NON SI PUO DEFINIRE UNA SINGOLA PROTEINA. LE PROTEINE, INFATTI, RAPPRESENTANO UN CLASSE DI MOLECOLE MOLTO ETEROGENEA, SIA DA UN PUNTO DI VISTA CHIMICO, SIA DA UN PUNTO DI VISTA FUNZIONALE. COSTITISCONO LA MAGGIOR PARTE DELLA MASSA SECCA DI UNA CELLULA. PER COMPRENDERE COME FUNZIONANO I GENI, COME I MUSCOLI SI CONTRAGGONO, COME I NERVI CONDUCONO ELETTRICITA, COME SI SVILUPPA UN EMBRIONE O COME FUNZIONANO I NOSTRI CORPI, DOBBIAMO RAGGIUNGERE UNA COMPRENSIONE PROFONDA DELLE PROTEINE. L INSIEME DELLE PROTEINE ESPRESSE IN UN BEN DEFINITO MOMENTO TEMPORALE, IN UNO SPECIFICO TIPO CELLULARE O TESSUTO VIENE DEFINITO PROTEOMA.

41 LE PROTEINE SVOLGONO NUMEROSE E SVARIATE FUNZIONI (CLASSE ETEROGENEA DI MACROMOLECOLE ORGANICHE): 1. SOSTEGNO: PROTEINE STRUTTURALI, QUALI COLLAGENO, CHERATINA, ELASTINA, FIBROINA. 2. FATTORI DI TRASCRIZIONE 3. MOVIMENTO: PROTEINE CONTRATTILI, QUALI ACTINA E MIOSINA. 4. TRASPORTO: EMOGLOBINA, MIOGLOBINA, LIPOPROTEINE, ALBUMINA, PROTEINE DI MEMBRANA. 5. RECETTORI: LEGANO MOLECOLE SULLA SUP. CELL. O DENTRO LA CELL. 6. CATALISI: TUTTI GLI ENZIMI 7. ORMONI: INSULINA E GLUCAGONE SONO SOLO ALCUNI ESEMPI DI ORMONI DI NATURA PROTEICA. 8. "DIFESA": IMMUNOGLOBULINE (ANTICORPI). 9. "ATTACCO": TOSSINE BATTERICHE, VELENI DEI SERPENTI. 10.RISERVA: NORMALMENTE LE PROTEINE NON HANNO UN RUOLO DI RISERVA DI AMMINOACIDI, MA L'OVOALBUMINA E LA CASEINA SONO ESEMPI DI PROTEINE CON QUESTA FUNZIONE

42 Fenotipo SPECIFICITA DI ALCUNE PROTEINE, PROPRIE DI DETERMINATI FENOTIPI (ES:HB) Proteine costitutive Indispensabili per la sopravvivenza La loro concentrazione deve rimanere costante Proteine adattative Cambiamenti delle condizioni ambientali Produrre risposte metaboliche a specifici segnali Proteine del differenziamento Assunsione ed espressione permanente di nuove funzioni specifiche

43 UNITA DI BASE DELLE PROTEINE L UNITA DI BASE DELLE PROTEINE E L AMINOACIDO (aa.): CARATTERISTICHE PRINCIPALI DI UN aa.: E UNA MOLECOLA CHE PRENDE NOME DAI DUE GRUPPI CHIMICI FUNZIONALI CHE LA CARATTERIZZANO: IL GRUPPO NH2 (AMINICO) ED IL GRUPPO COOH (CARBOSSILICO); IL C (C ALPHA ) E LEGATO A QUATTRO GRUPPI CHIMICI DIVERSI CIA= SCUNO DALL ALTRO, PER TALE MOTIVO QUESTO C E DETTO CHIRALE O STE= REOCENTRO (L-aa.; D-aa.); IL GRUPPO R E LA PARTE VARIABILE DELLA MOLECOLA ED E PERTANTO LA PORZIONE PIU CARATTERIZZANTELA (CHIMICAMENTE, STRUTTURALMENTE E FUNZIONALMENTE)

44 QUANTI aa. IN NATURA? IN NATURA CI SONO 20 aa. (+ Pirrolisina e Selenocisteina): Acidi Basici Neutri non polari Neutri polari Il tipo di aminoacidi presenti in una proteina determinerà le caratteristiche chimiche della proteina

45 Aminoacidi essenziali Il nostro organismo non riesce a sintetizzarli e devono essere assunti con la dieta

46 LE PROTEINE POSSONO ESSERE CLASSIFICATE COME: 1. SEMPLICI (SOLO aa.) 2. CONIUGATE (aa. + gruppo prostetico di natura non aminoacidica) CLASSIFICAZIONE DELLE PROTEINE CONIUGATE Classe Glicoproteine Natura chimica del gruppo prostetico Carboidrati LE PROTEINE CONIUGATE PRIVE DI Lipoproteine Nucleoproteine Emoproteine Metalloproteine Lipidi Ac. Nucleici Gruppo eme Ioni metallici GRUPPO PROSTETICO SONO DETTE APOPROTEINE Fosfoproteine Ac. Fosforico Flavoproteine Nucleotidi flavinici

47 STRUTTURA 1, 2, 3 E 4 DELLE PROTEINE

48 LEGAME PEPTIDICO: LA STRUTTURA PRIMARIA DELLE PROTEINE DUE aa. SI LEGANO TRA LORO ATTRAVERSO UNA REAZIONE DI CONDENSA= ZIONE CHE AVVIENE TRA IL GRUPPO COOH DI UN aa. ED IL GRUPPO -NH2 DEL SUCCESSIVO, IN MODO TALE CHE LA MOLECOLA CHE SI GENERA AVRA LE DUE ESTREMITA DIVERSE: UN ESTREMO CARATTERIZZATO DAL GRUPPO CHIMICO -NH2 (N-TERMINALE) E L ESTREMO OPPOSTO CARATTERIZZATO DAL GRUPPO COOH (C-TERMINALE) PIU aa. POSSONO UNIRSI TRA LORO ATTRAVERSO TALI LEGAMI COVALENTI A FORMARE I PEPTIDI (OLIGO-PEPTIDI, SE FORMATI DA 2 A 50 CA. RESIDUI aa. ; POLI-PEPTIDI, SE FORMATI DA PIU DI 50 aa.). UNA PROTEINA PUO ESSERE COSTITUITA DA UN SOLO POLIPEPTIDE (IN TAL CASO,PER CONVENZIONE, SI FANNO COINCIDERE I TERMINI PROT. E PEPTIDE SE QUEST ULTIMO E COSTITUITO DA UN NUM. DI aa. RILEVANTE IN GENERE DA 60 IN SU-, ALTRIMENTI SI USA SEMPLICEMENTE IL TERMINE PEPTIDE) PRO= TEINA MONOMERICA -, OPPURE DA PIU POLIPEPTIDI LEGATI TRA LORO ATTRA= VERSO LEGAMI NON COVALENTI PROTEINA MULTIMERICA -.

49 LEGAME PEPTIDICO: LA STRUTTURA PRIMARIA DELLE PROTEINE (continua) LA SEQUENZA DI PIU aa., IN TAL MODO LEGATI A FORMARE UN SINGOLO PEPTIDE, PER CONVENZIONE, VIENE DETTA STRUTTURA PRIMARIA DELLE PROTEINE: QUESTA STRUTTURA E CARATTERIZZATA, DUNQUE, DALLA PRE= SENZA DI SOLI LEGAMI COVALENTI. SI POSSONO DISTINGUERE UNA: PORZIONE (OSSATURA) COSTANTE, RAPPRESENTATA DALLA MERA SUC= CESSIONE DEI LEGAMI PEPTIDICI; UNA PORZIONE VARIABILE, RAPPRESENTATA DAI GRUPPI R CHE SI ALTER= NANO SOPRA E SOTTO IL PIANO COSTITUITO DALL OSSATURA. I LEGAMI PEPTIDICI IN SENSO STRETTO (LEGAMI N-C) SONO PIUTTOSTO RIGIDI; VICEVERSA I LEGAMI αc N E αc C SONO FLESSIBILI.

50 LEGAME PEPTIDICO: LA STRUTTURA PRIMARIA DELLE PROTEINE (continua) NOTA: PER CONVENZIONE UN PEPTIDE VIENE LETTO DALL ESTREMITA N-TERMINALE ALL ESTREMITA C-TERMINALE (QUESTA CONVENZIONE DERIVA DALLA NATURALE SINTESI DEI PEPTIDI CHE SEGUE L ANDAMENTO N-TERMINALE / C-TERMINALE). La polarità NH 2 -COOH delle proteine corrisponde alla polarità 5 3 dell mrna.

51 LA STRUTTURA SECONDARIA DELLE PROTEINE: L α- ELICA ED IL FOGLIETTO β SPESSO IN UN PEPTIDE SI TROVANO DUE SCHEMI REGOLARI DI RIPIEGA= MENTO: L α-elica E IL FOGLIETTO β. ENTRAMBI DERIVANO DALLA FORMAZIONE DI LEGAMI H FRA I GRUPPI N-H E C=O DELL OSSATURA POLIPEPTIDICA, SENZA COINVOLGERE LE CATENE LA= TERALI DEGLI aa.

52 α-elica SI FORMA QUANDO UNA SIGOLA CATENA POLIPEPTIDICA SI AVVOLGE SU SE STESSA PER FORMARE UN CILINDRO RIGIDO: IN PARTICOLARE SI INSTAURA UN LEGAME H FRA UN LEGAME PEPTIDICO E IL QUARTO SUCCESSIVO; SI GENERA COSI UN ELICA REGOLARE DI PASSO UGUALE A 3,6 aa (CIOE 5,4Å). TIPICAMENTE, BREVI REGIONI AD α-elica SONO ABBONDANTI IN PROTEINE POSTE NELLE MEMBRANE CELLULARI (ES.: PROTEINE DI TRASPORTO E RE= CETTORI); IN ALTRE PROTEINE α-eliche SI AVVOLGONO L UNA INTORNO ALL ALTRA PER FORMARE STRUTTURE STABILI NOTE COME COILED-COIL. (ES.: α-cheratina O MIOSINA). α-elica COILED-COIL

53 FOGLIETTO β (O β-sheet) SI FORMANO PER LEGAMI H TRA GRUPPI PEPTIDICI ADIACENTI APPARTE= NENTI AD UNA STESSA CATENA O A CATENE POLIPETIDICHE DIFFERENTI CHE POSSONO DECORRERE PARALLELE OD ANTI-PARALLELE (PARALLELE SE HANNO LO STESSO ORIENTAMENTO N-TERMINALE / C-TERMINALE; ANTIPARALLELE SE UNA DECORRE N-TERMINALE / C-TERMINALE IN DIREZIONE NORD-SUD O EST-OVEST E L ALTRA N-TERMINALE / C-TERMINAL IN DIREZIONE SUD-NORD O OVEST-EST). I FOGLIETTI BETA COSTITUISCONO IL CORE DI MOLTE STRUTTURE PROTEICHE FOGLIETTO β (O β-sheet) LA PROTEINA CHE COSTITUISCE IL FILO DI SETA E ESCLUSIVAMENTE COSTITUITA DA FOGLIETTI β!

54 Cys STRUTTURE SUPER SECONDARIE, MOTIVI STRUTTURALI Zinc Finger (ZF) Motif Leucine Zipper (LZ) Motif α-elica Leu β-sheet Zn ++ His Helix-turn-Helix (HTH) Motif Elica di riconoscimento Elica di stabilizzazione

55 LA STRUTTURA TERZIARIA DELLE PROTEINE: I DOMINI PROTEICI LA STRUTTURA 3D CHE UN PEPTIDE ASSUME NELLO SPAZIO A SEGUITO DEL SUO AVVOLGIMENTO (FOLDING) DOVUTO A LEGAMI DI TIPO NON COVALENTE (LEGAMI H; INTERAZIONI DI Van Der Waals; INTERAZIONI IDROFOBICHE E PONTI SALINI) CHE SI INSTAURANO TRA GLI ATOMI O GRUPPI ATOMICI DELLA STESSA MOLECOLA E NOTA COME STRUTTURA TERZIARIA. ALL INTERNO DI UNA SIFFATTA MOLECOLA, SI RITROVANO DELLE SOTTO= STRUTTURE (STRUTTURALMENTE E TALORA FUNZIONALMENTE INDIPEND.) NOTE COME DOMINI PROTEICI. I DOMINI PROTEICI SONO DUNQUE SOTTOSTRUTTURE PRODOTTE DA QUALUNQUE PARTE DELLA CATENA POLIPEPTIDICA IN GRADO DI RIPIEGARSI INDIPENDENTEMENTE IN UNA STRUTTURA COMPATTA STABILE. UN DOMINIO IN GENERE CONSTA DAI 40 AI 350 aa. CARATTESTICI SPESSO DELLE PROTEINE SONO I MODULI, CIOE DEI DOMINI PICCOLI ( aa.) CHE COSTITUISCONO DELLE SIGNATURE NELLE PROTEINE E CHE SPESSO SI RICOMBINANO TRA LORO A FORMARE STRUTTURE NUOVE.

56 LA STRUTTURA TERZIARIA DELLE PROTEINE: I DOMINI PROTEICI (continua) STRUTT. III DOMAINS DOMAIN - SHUFFLING NOTA: MOLTE GRANDI PROTEINE SI SONO EVOLUTE PER UNIONE DI DOMINI PREESISTENTI CHE SI SONO COMBINATI IN MODI DIFFERENTI (RIMESCOLAMENTO DEI DOMINI).

57 I principali tipi di legame che si trovano all interno di una struttura terziaria di una proteina: 1) Legami H 2) Legami ionici 3) Legami covalenti (ponti disolfuro)

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59 Ponti disolfuro

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62 La posizione di ciascun aminoacido all interno della sequenza ne determina la forma tridimensionale. Quindi la forma che la proteina assume dipende dalla sequenza di aminoacidi che costituiscono la proteina

63 Ciascuna proteina si ripiega normalmente in un unica conformazione stabile che in genere è quella in cui è minima l energia libera. Tuttavia la conformazione può cambiare leggermente quando la proteina interagisce con altre molecole della cellula. Questo cambiamento di forma è spesso cruciale per l attività della proteina

64 LA STRUTTURA QUATERNARIA DELLE PROTEINE: LE PROTEINE MULTIMERICHE SPESSO LE PROTEINE CONSTANO DI PIU SUBUNITA PEPTIDICHE (CIASCUNA GIA RIPIEGATA NELLA SUA STRUTTURA 3D) CHE INTERAGISCONO TRA LORO TRAMITE LEGAMI NON COVALENTI (LEGAMI H ED INTERAZIONI IDROFOBICHE PRINCIPALMENTE) A FORMARE UN UNICA STRUTTURA FUNZIONALE: LA PROTEINA AVENTE STRUTTURA QUATERNARIA. Es.:PROTEINA EMOGLOBINA

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66 RIASSUMENDO: I LIVELLI DI STRUTTURA DELLE PROTEINE

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68 FOLDING PER POTER SVOLGERE LA PROPRIA FUNZIONE BIOLOGICA, UNA PROTEINA DEVE ESSERE STRUTTURATA NELLA COSIDDETTA CONFORMAZIONE NATIVA. LA CONFORMAZIONE NATIVA È QUELLA STRUTTURA 3D STABILE E FUNZIONALE, CARATTERIZZATA DA UN MINIMO DI ENERGIA POTENZIALE E DA QUELLA PARTICOLARE CONFORMAZIONE, UNICA, CHE CONSENTE ALLA PROTEINA DI SVOLGERE ADEGUATAMENTE LA FUNZIONE A CUI È DEPUTA. IL PROCESSO CHE DALLA BIOSINTESI DEL PEPTIDE, PORTA ALLA PROTEINA STRUTTURATA NELLA FORMA NATIVA, BIOLOGICAMENTE ATTIVA, PRENDE IL NOME DI "FOLDING".

69 IMPORTANZA DEL FOLDING IN BIO-MEDICINA È MOLTO PROBABILE CHE PATOLOGIE QUALI L'ALZHEIMER, LA FIBROSI CISTICA E IL MORBO DELLA MUCCA PAZZA (SINDROME DI CREUTZFELDT-JAKOB NELL'UOMO) ABBIANO UNA ETIOLOGIA COMUNE IN UN DIFETTOSO FOLDING DI ALCUNE PROTEINE, CON CONSEGUENTE AGGREGAZIONE E PRECIPITAZIONE E SUCCESSIVA MORTE CELLULARE.

70 La variazione di un singolo aminoacido può provocare gravi effetti sul fenotipo dell organismo

71 Regolazione dell attività di una proteina Livello trascrizionale Modificazioni chimiche di una proteina

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73 DIAGRAMMA DI FLUSSO DELL ESPRESSIONE GENICA mirna Nuclear phase Choise and Transcription of specific genes RNA Maturation Nucleus-Cytoplasm transfer Cytoplasmatic phase Protein Synthesis Post-translationaltranslational modifications Protein travelling

74 REGOLAZIONE ALLOSTERICA LEGAME CHIMICO DEBOLE (SOPRATTUTTO LEGAMI H) TRA EFFETTORE ALLOSTERICO E PROTEINA ALLOSTERICA E PROPRIA SOPRATTUTTO (MA NON ESCLUSIVAMENTE) DEGLI ENZIMI. IN GENERALE COMUNQUE LE PROTEINE ALLOSTERICHE SONO PROTEINE OLIGOMERICHE (A STRUTTURA QUATERNARIA)

75 REGOLAZIONE PER MODIFICAZIONI POST-TRADUZIONALITRADUZIONALI Type of modification (group added) Target amino acids Comments Phosphorylation (PO 4- ) Tyrosine, serine, threonine Achieved by specific kinases. May be reversed by phosphatases Methylation (CH 3 ) Lysine Achieved by methylases and undone by demethylases Hydroxylation (OH) Proline, lysine, aspartic acid Hydroxyproline and hydroxylysine are particularly common in collagens Acetylation (CH 3 CO) Lysine Achieved by an acetylase and undone by deacetylase Carboxylation (COOH) Glutamate Achieved by γ-carboxylase N-glycosylation (complex carbohydrate) O-glycosylation (complex carbohydrate) Asparagine, usually in the sequence: Asn-X-Ser/Thr Serine, threonine, hydroxylysine Takes place initially in the endoplasmic reticulum; X is any amino acid other than proline Takes place in the Golgi apparatus; less common than N-glycosylation GPI (glycolipid) Aspartate at C terminus Serves to anchor protein to outer layer of plasma membrane Myristoylation (C 14 fatty acyl group) Glycine at N terminus (see text) Serves as membrane anchor Palmitoylation (C 16 fatty acyl group) Cysteine to form S-palmitoyl link. Serves as membrane anchor Farnesylation (C 15 prenyl group) Cysteine at C terminus (see text) Serves as membrane anchor Geranylgeranylation (C 20 prenyl group) Cysteine at C terminus (see text) Serves as membrane anchor

76 ESEMPI DI REGOLAZIONI POST-TRADUZIONALI TRADUZIONALI Solitamente Gli aa. inte= ressati dalla modifica sono Thr; Tyr e Ser

77 NOTA: Chinasi e Fosfatasi sono spesso degli enzimi allosterici, sicchè la loro attività risulta essere regolata da specifici effettori. Ciò evita che la loro attività avvenga contemporaneamente all interno della cellula!

78 ACIDI NUCLEICI

79 Esperimenti preliminari

80 1953: costruzione del modello definitivo del DNA a doppia elica

81 Dogma centrale DNA RNA PROTEINE

82 I nucleotidi

83 I nucleotidi non sono solo componenti essenziali degli ac. Nucleici, ma svolgono numerose funzioni all interno della cellula. Es.: ATP: principale molecola energetica, usata in numerose reazioni cellulari che necessitano di energia; AMP ciclico: coin= volto nei meccanismi i trasduzione del segnale; GTP: lega le proteine G, innescando una cascata di eventi all interno della cellula in risposta a stimoli esterni.

84 Basi azotate DNA Timina Citosina Guanina Adenina RNA Uracile Citosina Guanina Adenina

85 I Polinucleotidi Legame fosfodiestere tra il gruppo ossidrile del C3 del 1 nucleotide ed il gruppo fosfato del C5 del nucleotide successivo NOTA: La sintesi del DNA E dell RNA avviene sempre secondo una polarità 5-3. l energia per la formazione di tali biopolimeri è data dai precursori nucleosidi trifosfato

86 Struttura del DNA Diametro: 2nm Passo elica: 3,4 nm Carica netta: negativa

87 Canonicamete una base pirimidinica si lega ad una base purinica e viceversa. In particolare i legami canonici sono: A::T e G:::C

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89 Classi di RNAs eucariotici ribosomal RNA (rrna) 18S (small subunit) 28S (large subunit) 5.8S (large subunit) 5S (large subunit) transfer RNA (trna) messenger RNA (mrna) heterogeneous nuclear RNA (hnrna) (precursors of mrna) small nuclear RNA (snrna) U1, U2, U3, U4, U5, U6, U7, U8, U9, U10... small cytoplasmic RNA (scrna) 7SL RNA microrna