Amminoacidi Peptidi Proteine

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1 Amminoacidi Peptidi Proteine

2 Amminoacidi-Peptidi-Proteine

3 Amminoacidi: Struttura generale COOH H NH 2 Centro chiralico

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5 Stereoisomeri: composti con la stessa connessione tra gli atomi, ma con una differente disposizione tridimensionale. NON sono sovrapponibili enantiomeri Gli amminoacidi nelle molecole proteiche sono tutti stereoisomeri L

6 I 20 amminoacidi vengono suddivisi in 4 classi in base al loro gruppo -R Amminoacidi Gruppi R alifatici NON polari Gruppi R aromatici Gruppi R carichi positivamente Gruppi R carichi negativamente

7 IDROFOBOCI

8 IDROFOBOCI

9 IDROFILICI

10 Secondo gruppo amminico primario IDROFILICI Gruppo imidazolico Gruppo guanidinico Secondo Gruppo carbossilico

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12 FORMAZIONE DEI PONTI DISOLFURO PONTE DISOLFURO

13 PONTI DISOLFURO Stabilizzano La struttura delle proteine. Uniscono parti della stessa proteina o proteine diverse La permanente sfrutta la presenza dei ponti disolfuro

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15 Amminoacidi non standard

16 PROPRIETÀ ACIDO-BASE DEGLI AMMINOACIDI Ione dipolare switterione Sono molecole ANFOTERE Donatore di protoni Accettore di protoni

17 Proprietà acido-basiche degli aminoacidi H 3 N COOH C R H Forma cationica diprotica H 3 N COO H+ H+ C R H Forma ionica dipolare o zwitterionica COO H 2 N C H R Forma anionica a ph fisiologico il gruppo amminico porta una carica positiva e il gruppo carbossilico una carica negativa

18 Proprietà acido-basiche degli aminoacidi A ph acido: H 3 N COO C R H + H 3 O + H 3 N C COOH R H + H 2 O A ph basico: H 3 N COO C R H + OH - H 2 N C COO R H + H 2 O

19 La carica degli aminoacidi dipende dal ph della soluzione dal proprio punto isoelettrico carica positiva al di sotto del pi carica negativa al di sopra del pi carica netta 0 al pi

20 Titolazione degli aminoacidi Graduale aggiunta o rimozione di protoni carica negativa al di sopra del pi Punto Isoelettrico pi ph caratteristico a cui la carica totale netta della molecola è 0 carica positiva al di sotto del pi

21 Peptidi & Proteine Polimeri di Amminoacidi Amminoacidi Peptidi Catene di Amminoacidi proteine

22 Il legame Peptidico

23 Il legame Peptidico

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26 Il legame Peptidico Dipolo Più corto di un legame singolo Ha parziale carattere di doppio legame È rigido, non permette deformazioni e rotazioni attorno al legame C-N

27 Piano ammidico ψ φ nel legame peptidico gli atomi di O, C, N e H sono rigidamente sullo stesso piano il legame C-C α ed legame N-C α sono legami singoli perciò è possibile la libera rotazione

28 Piano ammidico ψ φ

29 Ciascun carbonio α appartiene contemporaneamente a due piani peptidici, i quali formano un angolo diedro Il legame peptidico è quasi sempre di tipo trans in quanto l impedimento sterico tra gruppi R di aminoacidi contigui rende poco stabile la configurazione cis

30 peptide Oligopeptide: piccolo numero di Amminoacidi Polipeptide: elevato numero di Amminoacidi, Massa molecolare < Proteina: elevato numero di Amminoacidi, Massa molecolare >

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32 Peptidi.. Esempi 1) Derivati da proteine per parziale proteolisi 2) Biomolecole funzionali: glutatione encefaline peptidi salivari (PRP, istatine, cistatine, staterine.)

33 Peptidi.. Esempi 1) Derivati da proteine per parziale proteolisi 2) Biomolecole funzionali: glutatione encefaline peptidi salivari (PRP, istatine, cistatine, staterine.)

34 Peptidi.. Esempi 3) Ormoni: somatostatina glucagone ossitocina 4) Antibiotici: gramicidina valinomicina

35 Proteine Semplici Contengono solo amminoacidi Coniugate Contengono gruppi chimici addizzionali associati

36 Proteine: Livelli strutturali La sequenza amminoacidica determina il ripiegamento in una specifica struttura tridimensionale che a sua volta stabilisce la funzione della proteina

37 La SEQUENZA con cui si ripetono i residui amminoacidici definisce la STRUTTURA PRIMARIA Proteine con lo stesso numero di residui aminoacidici che differiscono nella struttura primaria svolgono funzioni diverse. Le proteine si distinguono per la COMPOSIZIONE e per la SEQUENZA dei residui amminoacidici

38 Funzioni biologiche delle proteine Catalisi: (Enzimi) Trasmissione dei segnali chimici: Proteine di difesa (Ormoni) (Anticorpi) Proteine contrattili (actina e miosina) Proteine di trasporto (Emoglobina) Proteine di riserva (ovalbumina) Proteine strutturali: (collageno, elastina, cheratina)

39 Carica delle proteine: ph< pi 0 ph>pi catione ph<pi anfoione ph=pi anione ph>pi

40 Struttura secondaria delle proteine Tipica disposizione spaziale dei residui amminoacidici che sono adiacenti nella struttura primaria. Ripiegamento della catena polipeptica la cui catena principale si dispone nello spazio tridimensionale formando una struttura ripetitiva. Conformazione: organizzazione spaziale degli atomi di una proteina. α-elica, β-foglietto

41 Struttura secondaria delle proteine Per conformazione si intende l organizzazione spaziale degli atomi di una proteina. Le Conformazioni che una proteina può assumere sono quelle termodinamicamente più stabili (minore ΔG) Le proteine che si trovano nella loro conformazione funzionale vengono dette native Possiamo quindi definire la stabilità di una proteina come la sua tendenza a mantenere la conformazione nativa

42 Struttura secondaria delle proteine 1) INTERAZIONI IDROFOBICHE: Le catene laterali degli amminoacidi idrofobici tendono a raggrupparsi all interno delle proteine 2) LEGAMI H Massimo numero all interno della proteina

43 Struttura secondaria delle proteine: C=O α elica C N

44 Struttura secondaria delle proteine: Disposizione elicoidale della catena principale α elica Sinistrorsa Destrorsa

45 Struttura secondaria delle proteine: α elica N C C=O α - eliche delle proteine: destrorsa ogni giro di elica 3,6 residui di amminoacidi passo = 3,6 residui

46 Struttura secondaria delle proteine: α elica stabilizzata da legami idrogeno il gruppo C=O di un amminoacido forma un legame H con il gruppo N-H dell amminoacido che si trova 4 residui più avanti nella stessa catena

47 Struttura secondaria delle proteine: α elica stabilizzata da legami idrogeno L atomo di ossigeno del legame peptidico di ogni aminoacido forma legame idrogeno con l idrogeno del legame peptidico del quarto aminoacido successivo

48 Struttura secondaria delle proteine: α elica Il Dipolo Elettrico del legame peptidico viene trasmesso lungo un segmento elicoidale mediante i legami H intercatena generando un dipolo complessivo dell elica + = costituenti amminici -= costituenti carbossilici

49 Struttura secondaria delle proteine: α elica

50 Struttura secondaria delle proteine: α elica

51 PROLINA & GLICINA: residui incompatibili con la struttura dell α-elica Dove c è una prolina c è un ripiegamento

52 Struttura secondaria delle proteine: Stabilizzato tramite legami idrogeno Foglietto β tra segmenti adiacenti della catena polipeptidica

53 Struttura secondaria delle proteine: Foglietto β

54 Struttura secondaria delle proteine: Foglietto β

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56 56

57 Ripiegamenti β Collegano le estremità di due segmenti adiacenti con strutture ad α elica oppure a foglietto β

58 Struttura terziaria delle proteine Definisce la disposizione di tutti gli atomi di una proteina nello spazio tridimensionale

59 Struttura terziaria delle proteine la struttura terziaria di una proteina può essere considerata come un insieme di segmenti peptidici con conformazioni ad α elica e a foglietto β uniti da tratti di connessione: Motivo Avvolgimento polipeptidico caratteristico formato da due o più elementi di struttura secondaria e dalle connessioni che le uniscono È ricorrente in proteine diverse

60 Struttura terziaria delle proteine Dominio: parte di una catena polipeptidica di per se stabile

61 Struttura terziaria delle proteine

62 Legame a idrogeno Ponte disolfuro Struttura terziaria delle proteine C H 2 N O CH 2 CH 2 S S CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 Legame ionico Interazioni idrofobiche H O CH 2 CH 2 CH 2 NH 3 COO CH2 CH2 + - CH CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH Struttura terziaria: riguarda la disposizione nello spazio e l interazione di residui di amminoacidi distanti tra loro nella sequenza lineare

63 Struttura terziaria delle proteine

64 Struttura terziaria delle proteine le interazioni tra le catene laterali degli aminoacidi determinano il modo in cui una lunga catena polipeptidica si ripiega nella forma tridimensionale della proteina

65 Struttura terziaria delle proteine Esempi: Mioglobina

66 Struttura terziaria delle proteine

67 Struttura terziaria delle proteine Residui Polari Residui Apolari Gli amminoacidi apolari tendono a sfuggire il contatto con l acqua e guidano interi segmenti della proteina ad occupare zone più interne della macromolecola ripiegata Gli amminoacidi polari si trovano più frequentemente sulla superficie della proteina stessa, a contatto con le molecole d acqua

68 Ripiegamento non corretto delle proteine

69 Denaturazione : perdita della struttura tridimensionale della proteina Agenti denaturanti: Calore ph estremi Solventi organici detergenti Rinaturazione delle proteine

70 Ripiegamento non corretto delle proteine MALATTIE PRIONICHE (morbo della mucca pazza) Prione, dall'inglese prion (acronimo di "PRoteinaceus Infective ONly particle"=particella infettiva solamente proteica), è il nome attribuito da Stanley B. Prusiner ad un allora ipotetico "agente infettivo non convenzionale" di natura proteica. AMILOIDOSI: Associazione spontanea di proteine non correttamente ripiegate sono un gruppo di malattie causate dal deposito in vari tessuti di proteine anomale. In ciascun tipo di amiloidosi, una diversa proteina prodotta dall'organismo acquisisce la proprietà di accumularsi in diversi organi e tessuti sotto forma di fibrille. I depositi formati da queste fibrille sono chiamati amiloidi. Il progressivo accumulo dell'amiloide provoca un danno degli organi coinvolti e causa i sintomi della malattia. Es: Morbo di Alzheimer (malattia neurodegenerativa) Morbo di Parkinson

71 Ripiegamento non corretto delle proteine Prione nel cervello dell individuo sano Prione nel cervello di un malato di encefalopatia spongiforme Le proteine riescono a svolgere la loro funzione solamente se possiedono una struttura corretta

72 Struttura quaternaria delle proteine Complessi tridimensionali che derivano dall associazione di due o più catene polipeptidiche SUBUNITA

73 Struttura quaternaria delle proteine: alcune proteine contengono più di una catena polipeptidica ogni catena polipeptidica: subunità EMOGLOBINA N di subunità: 1Monomerica 2Dimerica 3Trimerica 4Tetramerica n: multimerica struttura quaternaria = interazione nello spazio delle subunità

74 Ricapitolando Ad una determinata struttura corrisponde una specifica funzione struttura primaria struttura secondaria α eliche foglietti β struttura terziaria struttura quaternaria

75 Ricapitolando Ad una determinata struttura corrisponde una specifica funzione Proteine formate da più subunità

76 Considerando i diversi livelli di organizzazione strutturale possiamo classificare le proteine in base a struttura e solubilità Globulari Fibrose la maggior parte degli enzimi e delle proteine regolatrici determinano la resistenza, la forma e la protezione esterna delle cellule

77 Classificazione, Struttura & Funzione delle proteine Proteine fibrose: catene polipeptidiche disposte in lunghi fasci o foglietti. Normalmente è presente un solo elemento di struttura 2 a ripetuto più volte. Prevalente funzione strutturale. Insolubili in acqua. Proteine globulari: Segmenti di una catena o di catene polipeptidiche diverse si avvolgono l uno sull altro catene polipeptidiche ripiegate e forma sferica. Normalmente sono presenti più tipi di struttura 2 a. Prevalente funzione regolatoria ed enzimatica.