Parametri dell α-elica. residui/giro 3.6. passo dell elica

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Agnolo Cappelletti
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1 GRAFICO DI RAMACHANDRAN Parametri dell α-elica residui/giro 3.6 spazio/residuo passo dell elica 1.5 Å 5.4 Å 1

2 L α-elica può essere destabilizzata da interazioni tra i gruppi R: repulsione/attrazione elettrostatica tra gruppi R carichi (Asp, Glu, Lys, Arg) vicinanza tra Asn, Ser, Thr, Lys presenza di Val, Thr, Ile presenza di Pro e Gly La Gly interrompe l α-elica perché è piccola e dotata di elevata flessibilità. Pro è incompatibile con l α-elica perché, essendo un iminoacido ciclico - ha l angolo φ fisso - il legame carboimidico non ha l H per generare il legame H 2

3 Gly e Pro sono frequentemente presenti nei β-turns, ripiegamenti della catena, che ne consentono l inversione della direzione. I β-turns - avvengono sia in tratti di α-elica che di β-struttura - comprendono 4 residui: il residuo n forma un legame H con l n+3 Gly, piccola e flessibile, occupa in genere la terza posizione Pro assume facilmente la configurazione cis adattandosi bene ad uno stretto cambio di direzione 3

La β-struttura (o foglietto β) è caratterizzata da

4 La β-struttura (o foglietto β) è caratterizzata da catene completamente distese che possono presentare lo stesso o opposti orientamenti. La β-struttura è stabilizzata da legami H intercatena perpendicolari alle stesse catene. I gruppi R sporgono al di fuori della struttura alternativamente da una parte e dall altra. 4

5 Proteine fibrose - α-cheratine (α-elica) - fibroina della seta (β-struttura) - collageno (tripla elica) Le α-cheratine sono ricche di residui di Cys che formano ponti disolfuro con le catene adiacenti. Il numero dei ponti S-S ne determina la durezza o la flessibilità (pelle, capelli, unghie). 5

6 Una tipica proteina fibrosa che forma foglietti-β antiparalleli è la fibroina della seta, ricca di residui di Ala e Gly. 6

7 STRUTTURA TERZIARIA Si riferisce all arrangiamento spaziale di una catena polipeptidica a formare la struttura compatta delle proteine globulari. L effetto idrofobico guida l avvolgimento della catena in modo tale che: - i gruppi R idrofobici si trovino all interno - i gruppi R polari si trovino sulla superficie 7

8 La struttura terziaria è stabilizzata da interazioni tra i gruppi R appartenenti ad aa anche molto distanti nella sequenza lineare: -Legami H - Legami ionici - Interazioni idrofobiche - Forze di van der Waals - Ponti disolfuro (gli unici covalenti, non sempre presenti) La stabilità della conformazione di una proteina è dovuta alla cooperazione di un grandissimo numero di legami deboli 8

9 Proteine globulari contengono % variabili di α-elica e β-struttura Il resto dei residui è: - non regolarmente strutturato (coils) - presente nei β-turns (loops) 9

Più motivi strutturali possono dar luogo a due o più unità globulari compatte, dette domini, che

10 Può esistere una gerarchia nell organizzazione della struttura terziaria Elementi di struttura secondaria si organizzano in strutture supersecondarie (o motivi strutturali). Più motivi strutturali possono dar luogo a due o più unità globulari compatte, dette domini, che conferiscono un aspetto bi- o multilobato. Ciascun dominio mantiene la struttura e la funzione anche quando viene separato dalla proteina. 10

11 Un esempio di dominio è il cosiddetto ripiegamento di Rossman, presente in numerose deidrogenasi, caratterizzato da un motivo β-α-β-α-β, che ha il compito di legare il NAD +. La sequenza determina la conformazione e quindi la funzione. La forma nativa, funzionale, corrisponde alla conformazione termodinamicamente più stabile, cioè a minor contenuto di energia libera. 11

12 Esperimento di Anfinsen RNasi nativa RNasi denaturata (gomitolo casuale o random coil) In seguito alla denaturazione la RNasi perde completamente la sua attività enzimatica. Procedendo opportunamente è possibile rinaturare la proteina. 8 Cys 4 ponti disolfuro possibili 105 combinazioni: 104 non sono attive una sola è attiva ( strapazzate ) La rinaturazione è possibile ed è guidata dalla struttura primaria. 12

13 Se il folding di una catena polipeptidica neosintetizzata si svolgesse secondo il principio del tentativo ed errore, sarebbe necessario un tempo infinitamente lungo (miliardi di anni) per avere la proteina nativa. Il folding dura invece di norma un tempo inferiore al secondo: ciò indica che la transizione è un processo fortemente cooperativo. Modelli di folding delle proteine Modello gerarchico Si formano prima piccoli tratti di struttura secondaria che facilitano ed accelerano la produzione di elementi via via più grandi che cooperano fino ad arrivare alla forma nativa. 13

Modello del collasso idrofobico Si forma innanzitutto una struttura compatta (molten globule), guidata dall effetto idrofobico; dopo di che la proteina si cerca la sua corretta e definitiva struttura.

14 Modello del collasso idrofobico Si forma innanzitutto una struttura compatta (molten globule), guidata dall effetto idrofobico; dopo di che la proteina si cerca la sua corretta e definitiva struttura. Il folding è facilitato e reso più rapido dalla presenza di chaperons molecolari. Tra essi: le Heat Shock Proteins, Hsp70 e Hsp60. Le Hsp70 si legano ai segmenti idrofobici di proteine nascenti, proteggendole da un aggregazione aspecifica. A traduzione ultimata entrano in azione le Hsp60 (o chaperonine) che proteggono con il loro complesso a forma di botte la proteina da contatti con altre proteine, facilitando così la transizione nella giusta conformazione. 14

precipitano in aggregati fibrillari, insolubili (placche amiloidi).

15 Patologie da misfolding proteico Il morbo di Alzheimer e la malattia di Creutzfeldt- Jacob sono malattie neurodegenerative, alla base delle quali vi è una anomala transizione Ciò comporta che proteine normali, solubili, precipitano in aggregati fibrillari, insolubili (placche amiloidi). Morbo di Alzheimer Da una proteina cerebrale transmembrana deriva il cosiddetto peptide β-amiloide, che si aggrega a formare depositi di foglietti-β (placche β-amiloidi). 15

16 - Malattia di Creutzfeldt-Jacob - BSE (morbo della mucca pazza) sono anche dette encefalopatie spongiformi per la presenza di numerose lacune che conferiscono al cervello un aspetto spugnoso. 16

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