Rappresentano il 14-18% dell organismo umano Ci sono miliardi di differenti tipi di proteine di cui oltre solo nell uomo 10% 15%

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2 Proteine Il loro nome significa che occupa il primo posto per indicare il ruolo che rivestono negli organismi Le macromolecole proteiche vanno da 50 a 500 amminoacidi. Catene più corte sono dette peptidi oligopeptidi, con meno di 10 amminoacidi polipetidi, con amminoacidi 2

3 Rappresentano il 14-18% dell organismo umano Ci sono miliardi di differenti tipi di proteine di cui oltre solo nell uomo 10% 15% 3

4 Perché questa grande varietà? Sono formate da una catena di amminoacidi (da 50 a oltre 500) Di tutti i possibili amminoacidi solo una ventina entra a far parte delle proteine Grazie a ciò il numero delle proteine possibili è elevatissimo 4

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6 Lunghezza catena 3 Amminoacidi combinazioni

7 ma una proteina di 50 amminoacidi può avere 2050 combinazioni possibili ovvero ci sono circa 1000 miliardi di miliardi di miliardi di miliardi di miliardi di miliardi di miliardi proteine diverse (teoriche)!!

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10 intervengono nella coagulazione del sangue proteggono l organismo dalle infezioni si trovano in grandi o piccole quantità in tutti gli alimenti con l eccezione di zucchero, oli e bevande alcoliche 10

11 Però, negli alimenti ci sono anche proteine che hanno ruoli negativi Fattori antinutrizionali, provocano inibizione di enzimi o danni alla parete dello stomaco che vengono inattivati con la cottura (cereali, legumi) 11

12 Allergeni, responsabili di allergie (uova, nocciole, gamberetti, proteine del latte 12

13 Tossine, prodotte da microorganismi contaminanti (botulinica) piante (ricina) animali (ohanina) 13

14 Gli aminoacidi Le proteine alimentari sono indispensabili non in quanto tali ma perché costituite da amminoacidi, composti che l organismo utilizza per sintetizzare le proprie proteine In sostanza dalle proteine il nostro organismo ricava gli amminoacidi per riorganizzarli secondo le proprie necessità 14

15 La struttura generale di un amminoacido è organizzata intorno a un atomo di carbonio ibridizzato sp3 sostituito con: un gruppo amminico NH2; un gruppo carbossilico COOH; un atomo di idrogeno H; un residuo R variabile a seconda dell amminoacido 15

16 Fatta eccezione per la glicina, che ha il residuo R costituito da un atomo di idrogeno, tutti gli amminoacidi hanno il carbonio α asimmetrico con residui assai differenziati. Ciò implica la possibile esistenza di due strutture molecolari, speculari l una all altra, indicate con L e D. Gli amminoacidi presenti nelle proteine naturali sono tutti della serie L, chiamata appunto serie naturale. 16

17 In natura esistono almeno 500 tipi di amminoacidi ma quelli che costituiscono più frequentemente le proteine negli organismi viventi sono solo 20: per questa ragione sono detti amminoacidi ordinari; altri che ricorrono saltuariamente sono detti amminoacidi occasionali, come la pirrolisina, scoperta di recente, presente nei batteri metanogeni. 17

18 Il modo in cui un amminoacido si presenta dipende dal ph: a ph neutro è presente come forma di zwitterione (ione interno) più frequenti sono una ventina di cui nove essenziali cioè non sono sintetizzabili dall organismo ma devono essere introdotti con la dieta 18

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22 Il ph dell ambiente esterno determina la distribuzione delle cariche di un amminoacido che, se esposto a un campo elettrico come avviene nell elettroforesi, può migrare al catodo o all anodo a seconda della carica globale. A ph opportuno, ogni amminoacido esiste allo stato isoionico, in cui il numero di cariche negative è pari a quello di cariche positive: è il punto isoelettrico (pi), in un ambiente a ph con questo valore, l amminoacido non migra né verso il catodo né verso l anodo. 22

23 Se mettiamo una miscela di amminoacidi in un tampone si verifica che: quelli con pi superiore al ph del tampone migrano verso il catodo perché sono positivi quelli con pi inferiore al ph del tampone migrano verso l anodo perché sono negativi + ano do Glutammina pi=5,65 ph =9 Lisina catod o pi=9,74 Glutamm inalisina + 23

24 Gli amminoacidi sono i mattoni costituenti le proteine che essi producono attraverso una reazione di condensazione. Gli amminoacidi possono unirsi tra loro con un forte legame (legame peptidico) che si origina dall eliminazione di una molecola d acqua tra il gruppo carbossilico di un amminoacido e il gruppo amminico in un altro. 24

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26 Struttura delle proteine La semplice conoscenza della composizione in amminoacidi delle catene proteiche non è sufficiente per descriverne la complessa struttura. La struttura di una proteina dipende infatti: dalla sequenza amminoacidica della catena; da come le catene sono disposte tridimensionalmente nello spazio; da ulteriori torsioni; dalla presenza di un solo blocco o dall associazione di più subunità 26

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28 L ordine con cui si susseguono gli amminoacidi nella struttura primaria determina, oltre agli angolo tra gli atomi direttamente legati, anche le interazioni secondarie tra le differenti parti di una stessa catena peptidica. Frequenti sono, per esempio, i legami a idrogeno che gli amminoacidi possono instaurare tra di loro. Una catena viene così ad assumere la configurazione conseguente detta struttura secondaria. 28

29 Le strutture secondarie più diffuse della catena polipeptidica sono l avvolgimento ad α-elica; tipico di proteine come miosina e cheratina 29

30 a β-foglietto; è caratteristica di proteine fibrose con residui molto semplici. Queste proteine sono molto più estese e formano ponti idrogeno con le fibre limitrofe. 30

31 Un esempio è la fibroina della seta. 31

32 E molto studiata dall'ingegneria tissutale per applicazioni in medicina a causa della sua biocompatibilità, della lenta degradabilità e delle notevoli proprietà meccaniche. Infatti può essere modellata in vari formati e ha dimostrato notevoli capacità di supporto e di adesione per cellule di diverso tipo, promuovendo la riparazione dei tessuti in vivo. 32

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34 La struttura a tripla elica, caratteristica del collagene, una proteina di cui sono ricchi per esempio i tendini, è una disposizione molto resistente, tanto da ricordare una fune. 34

35 La struttura terziaria riguarda le ulteriori torsioni delle catene proteiche dovute alla formazione di legami tra residui di amminoacidi lontani tra loro, associati alla presenza di tratti non ritorti che fanno da perno per la ripiegatura. 35

36 In questo modo si ottiene una struttura tridimensionale a gomitolo, caratteristica delle proteine globulari. Questi legami intracatena sono di varia natura: interazioni elettrostatiche, ponti disolfuro ( S S ), legami idrogeno, interazioni dipòlo-dipòlo forze di London 36

37 La struttura terziaria di una proteina: le frecce rappresentano i β- foglietti e le spirali α-eliche. 37

38 La struttura quaternaria risulta dall associazione di subunità po li peptidiche per formare complessi biologicamente attivi, associabili anche a parti non proteiche. 38

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40 Per poter separare tra di loro le diverse proteine presenti si sfrutta l elettroforesi bidimensionale. Essa permette la separazione di una miscela complessa di proteine su gel di poliacrilammide sfruttando in sequenza due caratteristiche essenziali di ciascuna di esse, il punto isoelettrico e il peso molecolare. 40

41 Con questa tecnica è possibile separare diverse migliaia di proteine con un unico supporto di gel. Le proteine, una volta estratte, sono introdotte nel gel di nel quale è presente anche una soluzione che, sotto l azione del campo elettrico, varia progressivamente di ph (gradiente di ph) procedendo da un elettrodo verso l altro. Ogni proteina, procede fino ad arrivare nella zona di ph in cui la sua carica viene annullata (punto isoelettrico). 41

42 Si ha così una prima separazione cui segue una rotazione del gel di 90 (A). Con l aggiunta di un detergente in grado di legarsi agli amminoacidi le proteine sono rese omogeneamente negative. In questo modo il campo elettrico esercita la stessa attrazione su tutte le proteine e diventa invece discriminante la loro dimensione: le molecole più piccole corrono di più velocemente mentre le più grandi si attardano fermate dalle maglie del gel. 42

43 Classificazione Si possono suddividere a seconda di come si dispongono le loro catene in Fibrose, se formate da catene parallele; sono insolubili in acqua, resistenti e flessibili (cheratina, collagene, fibroina, miosina) Globulari, se formate da catene raggruppate in forma sferica o globulare; sono solubili in acqua e più facilmente digeribili (albumina, globulina) 43

44 La funzionalità biologica di una proteina può essere facilmente compromessa quando agenti fisici e chimici, come la variazione di temperatura o di ph, ne modificano la struttura secondaria e terziaria e quindi la sua configurazione tridimensionale (denaturazione delle proteine) 44

45 Un caso di denaturazione con il calore: l albumina cambia consistenza e colore nell uovo cotto. 45

46 Le proteine costituiscono circa il 15% del materiale vivente e, tenendo conto che il 75 % di questo è costituito da acqua, esse rappresentano la parte più consistente di tutti i componenti biochimici. 46

47 Molte reazioni biologiche sono rese possibili da enzimi che fungendo da catalizzatori, ne abbassano l energia di attivazione. 47

48 Importanza nutrizionale Le proteine hanno importanza nutrizionale perché apportano gli amminoacidi necessari per la costruzione delle proteine del nostro organismo 48

49 Grazie alla loro varietà di struttura, le proteine sono di enorme importanza per gli organismi animali, ove svolgono funzioni plastiche e di sostegno 49

50 ma anche ruoli più sofisticati, come difesa, regolazione e catalisi. 50

51 In mancanza di alternative le proteine assolvono alla funzione ENERGETICA perché possono essere «bruciate» per ottenere energia. 51

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53 La digestione Il fegato è l organo chiave che regola utilizzazione e metabolismo degli amminoacidi e cioè: il loro contenuto nel sangue la distribuzione a tutti i tessuti dell organismo la sintesi di nuove proteine del sangue la degradazione degli amminoacidi introdotti in eccesso con la dieta la sintesi di amminoacidi non essenziali 53

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55 Fabbisogno proteico Ciò si traduce per un adulto in un apporto pari a 1g/kg di peso corporeo ed equivale a dire che il 10% dell apporto calorico deve essere dato da proteine. 80 kg 80 g 55

56 IL VALORE BIOLOGICO DELLE PROTEINE ALIMENTARI Uova, latte, formaggi, carne e pesce forniscono proteine ad elevato valore biologico, perché hanno composizione simile a quella delle proteine umane e contengono nella giusta dose gli A.E. Devono rappresentare il 30-40% di quelle totali 56

57 Pane e pasta o legumi secchi forniscono proteine a non elevato valore biologico perché carenti di qualche amminoacido essenziale. Combinati assieme però 57

58 La loro disponibilità proteica è però influenzata dal fatto che contengono anche sostanze (fibra) in grado di renderne difficile l assimilazione Frutta e ortaggi hanno un basso contenuto proteico, 3%, con un contenuto di A.E. assolutamente deficitario 58

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60 Le riserve Nell organismo umano non vi è una riserva proteica ma un pool di aminoacidi che partecipa al turnover In caso di digiuno prolungato l organismo demolisce le proteine meno importanti per sintetizzarne altre Con l età il fabbisogno di amminoacidi essenziali diminuisce perché il corpo impara a riciclarli meglio 60