le porzioni con strutture secondarie sono avvicinate e impaccate mediante anse e curve della catena. STRUTTURA TERZIARIA

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1 STRUTTURA TERZIARIA le porzioni con strutture secondarie sono avvicinate e impaccate mediante anse e curve della catena. Le proteine globulari dopo aver organizzato il proprio scheletro polipeptidico con elementi di struttura secondaria (α-eliche e β-foglietti, β- turns) vanno incontro ad un ulteriore ripiegamento della catena polipeptidica sino ad assumere una struttura fortemente impaccata Residui lontani nella struttura primaria sono avvicinati dal ripiegamento in modo da stabilire interazioni tra le loro catene R (interazioni a lungo raggio)

2 Il ripiegamento (folding) di una proteina non è mai un processo casuale Ma sempre dettato dalla sequenza amminoacidica della proteina. Infatti, Il modo in cui una catena proteica si avvolge dipende dal tipo di interazioni che si stabiliscono fra le catene laterali dei suoi residui amminoacidici. Una proteina, fra tutti i possibili ripiegamenti che può assumere, addotta quello in cui le interazioni fra le catene R dei suoi residui sono OTTIMALI e consentono di raggiungere la maggiore stabilità (e quindi uno stato di minima energia) La proteina addotta la sua conformazione nativa. Il ripiegamento inizia durante la sintesi proteica ed è assistito da chaperoni molecolari Processo cooperativo: le prime interazioni che si formano tra le catene laterali dei residui amminoacidici innescano le successive. Processo rapido E un processo che è innescato dall effetto idrofobico

3 La catena polipeptidica si ripiega in modo da costringere le catene non polari ad associarsi tra loro in un CORE core idrofobico da cui sono escluse le molecole d H 2 O. H 2 O Durante l avvolgimento le catene laterali polari tendono ad essere spinte sulla superficie esterna della proteina, a contatto con le molecole d H 2 O della sfera di solvatazione. Sotto la spinta dell effetto idrofobico la proteina collassa su stessa e assume una struttura più ordinata, quindi diminuisce l entropia del polipeptide e aumenta quella del solvente (dal core della proteina vengono espulse molecole d H 2 O). II processo risulta energeticamente favorito dalla formazione di numerosissime interazioni tra le catene laterali degli amminoacidi che vengono avvicinati.

4 La struttura terziaria è stabilizzata dalle seguenti interazioni tra le catene laterali R dei residui amminoacidici: Ser Non covalenti Interazioni idrofobiche Interazioni di van der Waals Legami idrogeno Interazioni ioniche Covalenti Ponti disolfuro Lys Tyr Leu 2 Cys Phe Asp

5 Durante il processo di avvolgimento della catena polipeptidica più strutture secondarie riconoscibili si combinano a formare i MOTIVI O STRUTTURE SUPERSECONDARIE ansa β-α-β Elica-ansa-elica es: proteine leganti calcio Barilotto β Motivo complesso caratteristico dell α-emolisina di Staphylococcus aureus (tossina che uccide le cellule formando pori nella membrana)

6 DOMINI Più motivi si possono associare a formare dei DOMINI: Unità distinte di una stessa proteina che si ripiegano e si compattano indipendentemente (da 30 a 300 residui amminoacidici). Hanno una struttura riconoscibile e sono in genere associati a particolari funzioni. Sono connessi da anse e legati tra loro da interazioni deboli. Non tutte le proteine globulari hanno un organizzazione a domini. piruvato chinasi: 1 catena polipeptidica organizzata in 3 domini

7 STRUTTURA QUATERNARIA Presente in proteine costituite da 2 o più subunità, quindi da 2 o + catene polipetidiche. Le subunità (o monomeri) possono essere identiche o diverse I monomeri si associano nelle superfici di contatto per mezzo di Interazioni idrofobiche, Forze elettrostatiche, legami idrogeno, ponti disolfuro

8 Emoglobina Chaperonina

9 DENATURAZIONE DI UNA PROTEINA è la perdita della struttura tridimensionale che si accompagna anche alla perdita della funzione della proteina. Può essere reversibile. AGENTI DENATURANTI: -CALORE (agisce sui legami idrogeno) -ph ESTREMI (agiscono sulle interazioni ioniche e legami idrogeno) -SOLVENTI o SOLUTI ORGANICI (es. alcooli, acetone, urea, cloruro di guanidinia) - (agiscono su interazioni idrofobiche) -DETERGENTI (es. SDS) - (agiscono su interazioni idrofobiche) -AGENTI RIDUCENTI (β-mercaptoetanolo, ditiotreitolo) (agiscono sui ponti disolfuro) Aggiunta di urea e mercaptoetanolo Rimozione di urea e mercaptoetanolo Ribonucleasi A nativa, cataliticamente attiva Ribonucleasi A denaturata e cataliticamente inattiva Ribonucleasi A rinaturata con i ponti disolfuro riformati correttamente, cataliticamente attiva

10 Modificazioni delle proteine POST-TRASLAZIONALI = avvengono dopo la sintesi proteica COTRASLAZIONALI = avvengono durante la sintesi proteica Le proteine nella loro forma matura o per essere attivate nella loro funzionalità spesso subiscono delle modificazioni che comprendono una serie di trasformazioni chimiche della catena polipeptidica e sono mediate generalmente (ma non sempre!) da enzimi specifici. Sono numerose e interessano determinati residui amminoacidici che si trovano all interno di specifiche sequenze consenso o in particolari motivi strutturali. Tali modificazioni possono essere di natura covalente (ponti disolfuro, Acetilazione, Ossidazioni, Fosforilazioni, Tagli proteolitici, Glicosilazioni..) o non covalente (coniugazioni con metalli o gruppi prostetici attraverso interazioni polari o idrofobiche)

11 fosforilazione su serina Acetilazione sull N-terminale NH- C- CH3 O Anche i residui di Thr e Tyr possono essere fosforilati COO -

12 A B Taglio del peptide segnale: si ottiene la Proinsulina in cui le due porzioni N-terminale (sequenza B) e C-terminale (sequenza A) sono legate da 2 ponti disolfuro Taglio proteolitico che rimuove la sequenza di connessione interna: si ottengono due peptidi A e B tenuti insieme dai 2 ponti disolfuro >>> INSULINA MATURA

13 GLICOPROTEINE La glicosilazione è la più comune forma di modificazione subita dalle proteine e può essere co-traduzionale (N-glicoproteine) o post-traduzionale (O-glico-proteine). Le glicoproteine svolgono importanti funzioni biologiche in svariati processi cellulari: riconoscimento recettoriale e immunologico, trasporto transmembrana di proteine, infiammazione, patogenicità, metastasi

14 2) 1) L attacco degli zuccheri avviene attraverso un legame N-glicosidico oppure O-glicosidico. Proteine N-glicosilate gli zuccheri sono legati ad un residuo di asparagina (Asn). Legame β-n-glicosidico Proteine O-glicosilate gli zuccheri sono generalmente legati ad un residuo di serina (Ser) o treonina (Thr). Legame β-o-glicosidico N H N O Asn - X - Ser/Thr Ser/Thr 3) Nelle proteine N-glicosilate il primo zucchero è sempre N-Acetilglucosamina (NAcGlc) Nelle proteine O-glicosilate il primo zucchero è frequentemente l N-Acetilgalattosamina (NAcGal), ma potrebbe essere anche N-Acetilglucosamina, fucosio, mannosio, galattosio o xilosio.

15 Tutti gli N-glicani hanno lo stesso core pentasaccaridico costituito da 2 N-acetilglucosammine e 3 mannosi, su 2 di questi mannosi sono caricati due rami di composizione variabile. Fuc Fuc ramo 1 ramo 2 Gal Gal NAcGlc NAcGlc Man Man Man NAcGlc Core pentasaccaridico NAcGlc --- Asn---

16 A seconda del numero di siti di glicosilazione e del tipo di glicano presente su ogni sito si possono ottenere tante glicoforme diverse della stessa Glycoprotein structure determination by mass spectrometry. Science 291, 2351 (2001); Dell A. and Morris H.R.