RUOLI BIOLOGICI DELLE PROTEINE. Biochimica

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Bernarda Motta
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1 RUOLI BIOLOGICI DELLE PROTEINE Biochimica

2 Il collagene una proteina strutturale Il collagene è un componente principale di tessuti quali la pelle, i capelli, i tendini, le ossa, il cartilagine, i vasi sanguigni, i denti ecc. Forma fibre insolubili di tipo diverso composte da tre catene polipeptidiche, che si assemblano in tre stadi: Prodotto genico PROCOLLAGENE TROPOCOLLAGENE COLLAGENE STRUTTURA 1 a : Le singole catene di procollagene sono caratterizzate da un elevato contenuto di glicina e prolina disposti in sequenze ripetitive: ---Gly-Pro-Xaa-Gly-Xaa-Pro-Gly-Pro-Xaa-Gly-Xaa-Yaa-Gly-Lys-Yaa-Gly-Xaa-Pro-Gly--- * * * G P X G X P diversi residui di prolina sono modificati (*) dalla 4-prolil-idrossilasi (e lisina da un altra idrossilasi 4-prolil idrossilasi + O CO 2 + O prolina COO- α-chetoglutarato 4-idrossiprolina (Hyp) O succinato

3 idrossilazione di residui Pro e Lys nel collagene Una reazione analoga catalizzata dalla e 5-lisil-idrossilasi converte alcuni residui di lisina in 5-idrossilisina (Hyl). L ossidrile in Hyl è un punto d innesto di molecole di zucchero, inserite con reazioni catalizzate da specifiche glicosil trasferasi. - Prodotto genico idrossilazione assemblaggio folding glicosidazione Hyl PROCOLLAGENE L ascorbato (vitamina C) mantiene lo ione ferro nel sito catalitico della idrossilasi in forma Fe ++. In sua assenza le catene di collagene non sono sufficientemente idrossilate, con conseguenze molto gravi sulla resistenza di alcuni tessuti (es. i vasi sanguigni deboli dello scorbuto)

Struttura 3 a & 4 a : Tre catene si avvolgono attorno ad un asse comune per formare una TRIPLA ELICA Questa struttura è stabilizzata da

4 Struttura del collagene Struttura 2 a : Le catene di procollagene assumono una conformazione elicoidale definita poliprolina di tipo II (estesa, non stabilizzata da legami-h). Struttura 3 a & 4 a : Tre catene si avvolgono attorno ad un asse comune per formare una TRIPLA ELICA Questa struttura è stabilizzata da Legami-H (Xaa-COO.HN-Gly) intermolecolari Ci sono almeno 9 diversi tipi di collagene: Tipo I (2 catene α + 1 catena β) nelle ossa, tendini, pelle; Tipi II e III (3 catene identiche) rispettivamente nella cartilagine e nei vasi sanguigni

5 Biogenesi del collagene Nel procollagene, il segmento centrale ricco in Gly e Pro (ca 1000 residui), è affiancato da domini N- e C-terminali con altre composizioni (propeptidi). Quello N-terminale è ricco in Cys e qui si formano ponti S-S intercatenache fissano le tre catene e permettono la formazione della tripla elica (effetto cerniera). N Pro/Gly-rich C s s s s tripla elica propeptidi Il tropocollagene viene secreto ed i domini fiancheggianti rimossi da un enzima (peptidasi) extracellulare Il filamenti di tropocollagene si assemblano in una fibbradi collagene maturo procollagene procollagene peptidasi tropocollagene collagene maturo Legami interfibra Legami intrafibra

6 Prodotto genico PROCOLLAGENE TROPOCOLLAGENE COLLAGENE Folding PTM (hydroxylation) PTM (glycosilation) PTM stop secretion processing assembly

7 Biochimica

8 Biogenesi: formazione di legami covalenti del collagene La struttura 3 a /4 a del collagene è stabilizzata da legami covalenti inter- e intracatena: deaminazione Lys allisina NB: Lys > Hyl allisina Hyl/Hyl/Hyl o Hyl/Hyl/Lys idrossipiridinio Legami interfibra Biochimica Legami intraibra

9 Biogenesi: fibrillogenesi e remodeling del gollagene Fibrillogenesi : Il procollagene si forma in cellule specializzate, mentre il suo processing e l assemblaggio della fibra di collagene avviene all esterno della cellula. fibroblasti / condroblasti / osteoblasti tess.conn. cartilagine ossa sintesi idrossilazione glicosidazione formazione tripla elica procollagene tess.conn. cartilagine ossa fibra matura crosslinks fibra di collagene mineraliz_ zazione osteoclasti riassorbimento remodelling secrezione procollagene idrolisi dei terminali Biochimica tropocollagene assemblaggio

10 Biochimica W.J.Landis, Bone (1995), 5,

11 - - O O - O - P - O - P - O - O O PIROFOSFATO O R O - O - P -C - P - O - - O - - O H O O O O BISFOSFONATO O - P - O - P - O - P - O - RIBOSIO - ADENINA O O O Biochimica Farmaci contro l osteoporosi ATP

-(a-b-c-d-e-f-g) n - variabile STRUTTURA 2 a STRUTTURA 3 a /4 a Spirale superavvolta di due

12 ALTRE PROTEINE STRUTTURALI α-cheratine: proteine presenti in capelli, pelle, unghie, corna, ecc. STRUTTURA 1a capping domain rod domain capping domain variabile -(a-b-c-d-e-f-g) n - variabile STRUTTURA 2 a STRUTTURA 3 a /4 a Spirale superavvolta di due α-eliche filamento (quattro protofibrille attorcigliate a spirale) protofilamento (coppia di spirali superavvolte) Biochimica

ALTRE PROTEINE STRUTTURALI STRUTTURA 2a: β - foglietti antiparalleli (6 - filamenti

13 FIBROINE e ß-CHERATINE: proteine presenti in fibre come la seta e ragnatele STRUTTURA 1a: regione ripetitive -(Gly-Ala-Gly-Ala-Gly-Ser-)nintercalate a regioni non organizzate. ALTRE PROTEINE STRUTTURALI STRUTTURA 2a: β - foglietti antiparalleli (6 - filamenti adiacenti) che corrispondo alle sequenze ripetute circondati da sequenze non ordinate ed a α-elica. Biochimica

14 ELASTINA PROTEINA STRUTTURALE Associata al collagene nel tessuto connettivo, predominante in fibre di natura elastica (es. vasi sanguigni, legamenti), poca in tessuti quali la pelle, tendini ecc. Struttura 1 a : unità ripetute di -(Pro-Gly-Val-Gly-Val)- con tratti tipo -Lys-(Ala) 2,3 -Lys- Struttura 2 a : elica non canonica (probabilmente formata da ß-ripiegamenti ripetuti) Struttura 3 a : fibre formate da catene di elastina connesse da legami trasversali lisil ossidasi Lys Lys-CHO + Lys --Cα-(CH 3 ) 4 -N-(CH 2 ) 4 -C α-- Cu + piridossalfosfato Cα Cα (CH ) 2 3 lisilnorleucina CH 2 CH 2 + N (CH ) 2 3 Biochimica Cα (CH ) 2 2 Cα desmosina

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