Formazione del legame peptidico:

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1 Formazione del legame peptidico: Planare, ha una forza intermedia tra il legame semplice ed il legame doppio. 2^ lezione N R C C O O O + R N R C O C O O N R C C N C C O Ogni piano delle unità peptidiche ha due rotazioni possibili: una intorno al legame C -Cα (angolo di rotazione Ψ, psi), ed una intorno al legame Cα-N (angolo di rotazione φ, phi). Legame peptidico C carbonilico N-Carbonio α (Φ) (psi); Carbonio α Carbonio Carbonilico (ψ) (fi) Un'ulteriore conseguenza della risonanza che interessa il legame peptidico è che gli atomi che compongono il cosiddetto gruppo peptidico (i due atomi, C ed N, del legame stesso e i 4 atomi ad essi legati: O, e i due carboni α) giacciono tutti su uno stesso piano (legame rigido e planare). Lo scheletro di una catena polipeptidica può essere rappresentato come una serie di piani rigidi La configurazione preferenziale del gruppo peptidico è quella in cui i due Cα sono in posizione trans, in modo che i gruppi R consecutivi sono scaricato alla massima da distanza l'uno dall'altro (minor ingombro sterico).

2 Il legame peptidico è rigido e planare φ e ψ sono di 180 quando il polipeptide è nella conformazione complanare estesa e tutti i gruppi peptidici sono sullo stesso piano. φ e ψ possono assumere tutti i valori compresi tra -180 e +180, ma molti valori risultano proibiti per interferenze steriche tra gli atomi dello scheletro del polipeptide e quelli delle catene laterali. Il legame peptidico è rigido e planare Gli atomi di Cα di amminoacidi adiacenti sono separati da tre legami covalenti: N ammidico Cα C N Cα Cα C carbonilico PROPRIETA DEL LEGAME PEPTIDICO I 6 atomi del gruppo peptidico giacciono sullo stesso piano l ossigeno legato al carbonio del gruppo carbonilico e l atomo di idrogeno legato all azoto amminico, si trovano in trans. L ossigeno carbonilico ha una parziale carica negativa e l azoto amminico ha una parziale carica positiva ciò genera un parziale dipolo elettrico. I legami ammidici C-N hanno un parziale carattere di doppio legame per effetto della risonanza non possono ruotare liberamente. La rotazione è permessa solo attorno ai legami N-Cα e Cα-C. Caratteristiche del legame peptidico a il carattere di un doppio legame parziale (è più corto di un legame singolo). E rigido e planare (non è possibile la rotazione attorno al legame tra il carbonio carbonilico e l azoto del legame peptidico). In genere è un legame di tipo trans, a causa di interferenze steriche tra i gruppi -R (i legami tra un Cα e un gruppo α-amminico o α-carbossilico possono ruotare!) I gruppi -C=O ed -N del legame peptidico non hanno una carica elettrica (a differenza del gruppo α- amminico all estremità N-terminale ed α-carbossilico al C-terminale) ma sono polari e partecipano alla formazione di legami a idrogeno.

3 Denominazione dei peptidi L unione di più amminoacidi mediante legami peptidici produce una catena denominata polipeptide. Per convenzione, l estremità amminica libera della catena peptidica (estremità N) si scrive a sinistra mentre quella carbossilica libera (estremità C) si scrive a destra. Le sequenze di amminoacidi si leggono sempre dall estremità N all estremità C del peptide. peptidi, polipeptidi e proteine gli aminoacici sono uniti tra loro da legami peptidici # aminoacidi peptide (oligopeptide) <20 polipeptide <60 proteina >60 energia di legame 100 Kcal/mol non vengono rotti con l ebollizione, ma solo con l azione prolungata di acidi o basi concentrate gli enzimi proteolitici sono deputati all idrolisi di questi legami nelle cellule e durante la digestione. esistono sequenze lunghe da pochi aminoacidi a migliaia di aminoacidi con peso molecolare da 5 a 1000 KDalton (1 Dalton = 1/12 massa 12 C) I singoli amminoacidi in una catena peptidica sono chiamati residui amminoacidici. In genere le proteine sono composte da residui amminoacidi. proteine: struttura primaria riguarda la sequenza lineare degli aminoacidi struttura covalente (legami peptidici) La struttura primaria di una proteina è definita dalla sequenza lineare dei residui amminoacidici..sequenza di 2: 20 x 20 = 20 2 = 400 dipeptidi diversi.sequenza di 3: 20 x 20 x 20 = 20 3 = 8000 tripeptidi diversi.sequenza di 100: = 1.27x peptidi diversi Di tutte queste possibili forme, l evoluzione ha scelto solo alcune, che rappresentano il risultato di una precisa selezione mirata ad ottimizzare la funzione della proteina

4 La Struttura Primaria È lo scheletro della proteina, si ripetono un atomo di azoto con due di carbonio, la sequenza amminoacidica (specifica iltipo e la posizione dell a.) costituisce la struttura base della proteina. La Struttura Primaria La struttura primaria di una proteina è una lunga sequenza di amminoacidi legati per mezzo del legame peptidico: il gruppo carbossilico di un amminoacido si lega al gruppo amminico di quello adiacente con la liberazione di una molecola d'acqua. Reazione di condensazione La Struttura Primaria Sequenza primaria di amminoacidi differenti. Dalla proteina possiamo predire la struttura a seconda: del tipo di amminoacidi presenti, dalla quantità di amminoacidi presenti, della sequenza amminoacidica (ossia da come gli amminoacidi si susseguono). La peculiare sequenza amminoacidica di una catena polipeptidica rappresenta la struttura primaria Lisozima

5 Per funzionare una proteina deve assumere una struttura tridimensionale precisa collagene mioglobina Struttura secondaria Si riferisce alla conformazione locale della catena polipeptidica. E determinata da interazioni di tipo legame a idrogeno fra l ossigeno di un gruppo carbonilico del legame peptidico e l idrogeno del gruppo ammidico di un altro legame peptidico. Esistono due tipi di strutture secondarie: l α-elica ed il foglietto β. La Struttura Secondaria È molto facile formare dei legami idrogeno La catena si avvolge in modo che l idrogeno l di un ammino gruppo si leghi con legame ad Essenziale per idrogeno col carbonile la di un altro residuo aa. determinazione della struttura. proteine: struttura secondaria strutture dovute ad interazioni locali di tipo ponte- α-elica ponte- ogni 3,6 aminoacidi Il legame si instaura tra l dell azoto amidico e l O del gruppo carbonilico residui esterni alla spirale β-foglietto legami idrogeno fra aminoacidi di catene diverse foglietto piegato

6 Struttura secondaria (α-elica) E una struttura in cui la catena polipeptidica è avvolta a spirale. Le catene laterali degli amminoacidi (-R) si protendono verso l esterno rispetto all asse della spirale. L α-elica è stabilizzata da legami idrogeno intracatena che si formano tra l ossigeno carbonilico di un legame peptidico e l idrogeno ammidico di un legame peptidico situato a 4 residui di distanza sulla catena. La prolina interrompe l α-elica!!! Gli amminoacidi con catene laterali (-R ) voluminose o cariche possono interferire con la formazione dell α-elica. Struttura secondaria: alfa elica Legame idrogeno Le proprietà idrofobiche o idrofiliche di una alfa-elica dipendono dalle catene laterali degli aa Ogni idrogeno ammidico è coinvolto in un legame idrogeno con il carbonile di un altro amminoacido Champe et al., Le basi della biochimica, Ed. Zanichelli

7 La Struttura Secondaria Studi ai raggi X. Ipotesi di Pauling: : la catena polipeptidica si avvolge su se stessa per formare un ELICA! Tenuta rigida da legami ad idrogeno α- elica Legame α-elica ponte- ogni 3,6 aminoacidi Il legame si instaura tra l dell azoto amidico e l O del gruppo carbonilico La Struttura Secondaria L' α-elica ha un passo di 5.4 Å e ogni spira dell'elica è costituita da 3.6 residui amminoacidici. L'eccezionale stabilità di questa conformazione dipende dal fatto che tutti gli N e i C=O dei gruppi peptidici sono impegnati in legami a ponte di idrogeno. La Struttura Secondaria L' α-elica presente nelle proteine è quasi sempre destrogira (l'andamento è quello della filettatura di una vite tradizionale). L'α-elica è il risultato del ripiegamento probabilmente più "naturale" che una catena peptidica possa assumere.

8 La Struttura Secondaria Perché è destrogira? È dovuto al fatto che gli amminoacidi proteici sono tutti nella configurazione "L" e in un'elica sinistrorsa i gruppi laterali R risulterebbero troppo vicini ai gruppi C=O, destabilizzando l'elica. La Struttura Secondaria Le catene laterali R dei residui amminoacidici sono tutte rivolte verso l'esterno dell'elica. Procedendo dall azoto azoto terminale, tutti i gruppi carbonilici sono rivolti verso il basso. Sono legati con legami ad idrogeno a gruppi N- N che si trovano avanti lungo la catena. La Struttura Secondaria I legami ad idrogeno sono allineati lungo l asse l maggiore dell elica. elica. Esempio di proteina composta da alfa eliche Alfa- elica vista dall alto

9 La Struttura Secondaria Le catene peptidiche sono affacciate e sono tenute assieme da legami ad idrogeno fra le diverse catene. Studiando ai raggi X altre strutture si è trovato un sistema ripetitivo diverso. Con passo di 7 Å. Struttura a foglietto a pieghe Struttura secondaria (foglietto β) E una struttura ripiegata, formata da 2 o più catene polipeptidiche (filamenti) quasi completamente distese. I legami a idrogeno sono intercatena e perpendicolari allo scheletro del peptide. Tutti i componenti di un legame peptidico partecipano alla formazione di legami a idrogeno. Tali legami si realizzano tra l ossigeno di un gruppo carbonilico di un legame peptidico e l idrogeno del gruppo ammidico di un altro legame peptidico appartenente ad un filamento diverso. Struttura secondaria: foglietto beta Nei foglietti pieghettati ci sono ancora dei legami ad idrogeno, ma stavolta sono tra fogli adiacenti (sheet)

10 Struttura secondaria (foglietto β) I polipeptidi che formano un foglietto β possono disporsi in modo parallelo o antiparallelo. Un foglietto β può essere formato anche da una singola catena polipeptidica ripiegata su se stessa: in tal caso i legami a sono legami intracatena. La superficie dei foglietti β è pieghettata. β Sheet Stabilizzata da legami intercatena tra N- & C=O 2 Orientations Parallel Not optimum -bonds; less stable Anti-parallel Optimum -bonds; more stable Struttura secondaria (sequenze non ripetitive) Queste strutture non ripetitive non sono casuali. anno una forma meno regolare rispetto all α-elica ed al foglietto β. La catena polipeptidica assume una conformazione ad anse ed avvolgimenti.

11 Una proteina tende a ripiegarsi in una configurazione compatta Cosa determina la forma di una proteina?