Schema'c drawing of the polypep'de backbone of ribonuclease S (bovine pancrea'c ribonuclease A, cleaved by sub'lisin between residues 20 and 21).

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1 Schema'c drawing of the polypep'de backbone of ribonuclease S (bovine pancrea'c ribonuclease A, cleaved by sub'lisin between residues 20 and 21). Spiral ribbons represent α- helices and arrows represent strands of β sheet. The S pep'de (residues 1-20) runs down across the back of the structure.

2 Perché bisogna conoscere la stru1ura delle macromolecole biologiche? Una buona conoscenza della stru1ura delle macromolecole biologiche è fondamentale per chi si occupa di biologia e bioinforma9ca stru1urale Non è possibile comprendere la stru1ura di nuove proteine e studiarne il funzionamento senza queste conoscenze Non è possibile proge1are cambiamen9 delle proprietà delle macromolecole biologiche senza aver chiare le regole che legano la stru1ura alla funzione Lo scopo finale è quello di essere capaci di predire de- novo la stru1ura e l aavità di una proteina e di come essa possa interagire con altre molecole Quando questo grado di conoscenza verrà raggiunto saremo in grado di proge1are e sinte9zzare agevolmente nuovi enzimi e nuovi farmaci

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5 Alcune cose importan9 Chiralità degli amminoacidi Formazione della catena polipep0dica (condensazione, formazione di una molecola di HOH) Cisteine e pon0 disolfuro

6 Cara1eris9che conformazionali degli amminoacidi

7 Proprietà conformazionali della catena principale risonanza (tautomeri) promuove la planarità

8 Lunghezze di legame 3.4Å

9 conflia sterici trans eclipsed gauche (+/- 60 deg torsion angles)

10 2 degrees of freedom per AA in backbone lew- handed helices beta- sheets right- handed- alpha- helices Ramachandran Plots

11 Legami a idrogeno Distanza donatore- acce1ore Å op9mum 2.8Å 180 è l angolo ideale a 120 non è più stabile

12 La funzione delle proteine dipende dalla loro stru>ura tridimensionale La stru1ura dipende dal ripiegamento di par9colari sequenze amminoacidiche La sequenza amminoacidica della catena polipep9dica è la stru>ura primaria Regioni diverse della sequenza formano stru>ure secondarie regolari Gli elemen9 di stru1ura secondaria si dispongono secondo semplici mo0vi stru>urali La stru>ura terziaria risulta dalla associazione di più mo9vi stru1urali in una o più unità de1e domini La proteina può essere formata da più catene polipep9diche disposte in una stru>ura quaternaria

13 Elemen0 stru>urali delle proteine L interno delle molecole proteiche con9ene sopra1u1o catene laterali idrofobe disposte in stru1ure secondarie che perme1ono di neutralizzare i loro gruppi polari mediante la formazione di legami idrogeno. Esistono 2 9pi principali di stru1ura secondaria: α- eliche e fogliea- β (che cos9tuiscono le regioni del core idrofobo), che sono collegate da regioni di loop presen9 alla superficie

14 Gli elemen9 della costruzione α- elica Presen9 nelle proteine quando residui consecu9vi presentano tua coppie di angoli diedri Φ e ψ con valori compresi tra - 60 e Presenta 3,6 residui per spira Stabilizzata da legami a idrogeno che si formano tra il gruppo C=O di un residuo n ed il gruppo NH del residuo n+4. In questo modo tua i gruppi NH e C=O della catena principale sono uni9 da legami idrogeno. L elica è sempre destrorsa

15 Stru1ura secondaria: α- elica

16 Stru1ura secondaria: α- elica φ Phi - 60 ϕ Psi - 40

17 Effe1o della prolina

18 CA Influenza degli isomeri di prolina CA CA CA Il 6% dei legami peptidici con prolina è in CIS (nei beta turns)

19 α- Helix folding

20 Stru1ura secondaria: α- elica Puntando il pollice della mano destra in avan9 la direzione di avvolgimento delle dita è in senso orario e rappresenta l'elica destrorsa (la catena ruota a1orno all'asse con φ e ψ di - 60 e - 45 ). per amminoacidi 9po L, una eventuale α- elica sinistrorsa mostrerebbe un conta1o troppo stre1o tra l ossigeno del carbonile e il carbonio beta della catena laterale Si oaene invece un'α- elica sinistrorsa avvolgendo le dita a1orno al pollice della mano sinistra in senso an9orario (la catena ruota a1orno allo stesso asse ma in direzione opposta ed avrebbe φ e ψ di +60 e +45 ).

21 Quando l'angolo diedro psi ψ è - 45 (elica destrorsa), l'angolo diedro tra il legame C- R catena laterale (ciano) e il carbonile C=O (giallo) è Quando l'angolo psi ψ è +45 (elica sinistrorsa), l'angolo diedro tra il legame C- R catena laterale (ciano) e il carbonile C=O (giallo) è - 15

22 LeW- handed helix distanza rido1a (tra1eggio nero) tra ossigeno del carbonile di un residuo ed il carbonio beta della catena laterale del residuo precedente C N C N

23 LeW- handed helix distanza rido1a (tra1eggio nero) tra ossigeno del carbonile di un residuo ed il carbonio beta della catena laterale del residuo successivo C N C N

24 Microbial pep9des such as tolaasin use D- amino acids to build a lew handed alpha- helix and enforce sharp bends Pseudomonas tolaasii is responsible of diseases on some species of cul9vated mushrooms. The main bioac9ve metabolites produced by this Pseudomonas strain are the lipodepsipep0des (LDPs) tolaasin I and II. LDPs which have been extensively studied for their role in the disease process and for their biological proper9es. Tolaasin I conforma9on. Do1ed lines indicate hydrogen bonds along the lew- handed α- helix. The helical axis inside the helix is also represented. In SDS micelles, tolaasin I forms an amphipathic lew- handed α- helix in the region dpro2- dthr14. It comprises a sequence of seven d- amino acids (dpro2- dser- dleu- dval5- dser- dleu- dval8) and a stretch of l- d- l- d- d- amino acid residues (lval9- dgln- lleu- dval- ΔBut- dallothr14).

25 Stru1ura secondaria: α- elica Carica ne1a Alle estremità ±

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28 Gli elemen9 della costruzione Stru1ura secondaria: elica 3 10 φ Phi - 60 ϕ Psi - 30

29 α helices H- bonds: i:i+4 3/10- helices H- bonds i:i+3 π- helices H- bonds i:i+5

30 3/10 helix (i:i+3) α helix (i:i+4) π helix (i:i+5)

31 Helix- Helix packing

32 La par9colare stru1ura del collagene tripla elica destrorsa

33 Ramachandran plot

34 Gli elemen9 della costruzione foglie1o- β Rosso à ossigeno Blu à azoto Bianco à idrogeno Nero à Cα catena principale Viola à posizione catena laterale Cos9tui9 da filamen9 β che possono essere tra loro paralleli oppure an9paralleli Nel foglie1o β i filamen9 sono allinea9, giacciono uno accanto all altro e formano legami a idrogeno tra i gruppi C=O di un filamento β ed i gruppi NH di un filamento adiacente

35 I filamen9 β, paralleli e an9paralleli, sono molto più estesi di una α- elica, ma non sono così estesi come una catena polipep9dica completamente estesa. I fogliea β possono essere immagina9 come fogli ripiega9 in cui soali strisce di carta pieghe1ata sono poste l una a fianco all altra a formare le pieghe un foglio di carta. Ogni striscia di carta può essere raffigurata come un singolo filamento pep9dico in cui la catena principale procede a zig- zag, con il Cα che si trova sempre sulla piega del foglio. Ogni singolo filamento del foglie1o β può essere visto come un elica con 2 residui per giro. A causa della natura tetraedrica del Cα vi è un piano pep9dico dopo ogni piega.

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39 Stru1ura secondaria: segmen9 β 9oredossina di E. coli Thioredoxin delivers reducing equivalents that are essen9al for ribonucleo9de reductase to perform as precursors to DNA synthesis. The oxidized thioredoxin is reduced by NADPH. The enzyme, thioredoxin reductase, serves as a mediator for the NADPH- dependent reduc9on. Then, the reduced thioredoxin is u9lized by ribonucleo9de reductase which gives its electrons to the nucleoside diphosphates (NDP) to deoxyribonucleoside diphosphates (dndp). NADPH is the final electron acceptor in ribonucleo9de reductase- mediated reduc9on of NDP's to dndp's.

40 I filamen9 β an9paralleli sono tra gli elemen9 a più alta stabilità foglie>o β an0parallelo (direzioni opposte Nà C Cà N) foglie>o β parallelo (medesima direzione Nà C)

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42 Outer surface protein A (OspA) from Borrelia burgdorferi

43 I β strands hanno una naturale tendenza a piegarsi nella direzione destrorsa e questo conduce a importan9 conseguenze circa la loro connessione. Strands paralleli possono formare twisted sheets oppure saddles e anche β barrels.

44 Avvolgimento destrorso Il twist viene definito destrorso osservando la torsione della direzione dei legami a idrogeno o dei piani pep9dici (osservabile anche lungo un singolo filamento)

45 Perchè i filamen0 e i fogliek β hanno un avvolgimento destrorso? Il meccanismo per il quale gli L- amminoacidi favoriscono la torsione destrorsa dei filamen9 non è evidente e va spiegato a1raverso alcune considerazioni: In stru1ure cristalline di pep9di si osserva una distorsione tetraedrica sistema9ca all'azoto pep9dico. Calcoli de1aglia9 di energia conformazionale locale di un filamento beta osservano sempre un minimo energe9co ampio e poco profondo nella zona dell'avvolgimento destrorso. Successivamente è stato scoperto che la presenza di legami a idrogeno oamali e interazioni di non legame tra due filamen9 β an9paralleli produce un minimo energe9co molto più profondo localizzato sempre nella regione dell'avvolgimento destrorso. Nelle stru1ure β conosciute la torsione varia da quasi 0 a circa 30 per residuo, con valori più eleva9 per nastri a due filamen9. Valori generalmente inferiori si riscontrano quando sono presen9 più filamen9 e quando i filamen9 sono lunghi. Ques9 da9 indicano l'esistenza di un certo confli1o tra legami a idrogeno oamali ed una energia conformazionale locale bassa.

46 Gli elemen0 della costruzione loop traa di catena apparentemente disorganizza9, di lunghezza variabile fanno da collegamento fra α- eliche o filamen9 β partecipano spesso alla formazione di si9 di legame (i loop degli an9corpi) o del sito aavo degli enzimi si trovano sulla superficie della molecola

47 Turns Siamo in presenza di una inversione di catena quando i due atomi Cα dei residui estremi si trovano ad una distanza inferiore ai 7Å. Un γ- turn è cara1erizzato da un legame a idrogeno in cui il residuo donor e quello acceptor sono separa9 da due residui (i:i+2). Un β- turn (il più comune) è cara1erizzato da un legame a idrogeno in cui il residuo donor e quello acceptor sono separa9 da tre residui (i:i +3). Un α- turn è cara1erizzato da un legame a idrogeno in cui il residuo donor e quello acceptor sono separa9 da qua0ro residui (i:i+4). Un π- turn è cara1erizzato da un legame a idrogeno in cui il residuo donor e quello acceptor sono separa9 da cinque residui (i:i+5). Un ω- loop è un termine generico per loop più lunghi senza legami a idrogeno all'interno.

48 Inversioni di catena formato da 4 residui (β- turn)

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50 rubredossina L acqua prealbumina

51 I diagrammi di topologia Topologia: indicano come gli elemen9 di stru1ura secondaria sono connesi tra loro, u9li per rappresentare le connessioni tra elemen9 di stru1ura secondaria aspartato carbamiltransferasi flavodossina plastocianina

52 Gli elemen0 di stru>ura secondaria sono collega0 a formare semplici mo0vi stru>urali MOTIVO STRUTTURALE: semplice combinazione di pochi elemen9 fondamentali di stru1ura secondaria Mo9vi stru1urali semplici possono combinarsi a formare mo9vi complessi Combinazioni di piccoli mo9vi stru1urali cos9tuiscono il core dei domini (unità fondamentali della stru1ura terziaria)

53 I 4 mo9vi stru1urali più ricorren9 Elica- loop- elica Forcina β Chiave greca β- α- β La combinazione di mo9vi stru1urali semplici dà luogo a stru1ure complesse

54 Modalità di ripiegamento

55 Mo0vo Elica- loop- elica mo0vo stru>urale specifico per il legame del DNA mo0vo stru>urale specifico per il legame del calcio (parvalbumina, calmodulina, troponina C)

56 Il mo9vo EF hand - Comprende 2 α- eliche: E ed F, che affiancano il loop: 5 residui del loop legano il calcio quindi la loro catena laterale deve contenere un atomo di ossigeno Elica E à direzione che parte dalla base dell indice Dito medio à regione loop di 12 residui che lega il calcio Elica F à dire1a all estremità del pollice - Il residuo numero 6 del loop è sempre una glicina (poco ingombrante) La mano destra simboleggia il mo9vo di legame al calcio Sequenze consenso dei mo9vi EF in 3 proteine diverse: arancio à aa deputa9 al legame con il calcio; verde à aa con catene laterali idrofobe des9nate a formare core idrofobo tra le α- eliche

57 Stru1ura della troponina C con i suoi mo9vi EF - E cos9tuita da 4 mo9vi EF hand di cui 2 legano il calcio (sfere rosa) - L atomo di calcio è legato da 6 atomi di ossigeno, tre provengono dalla catena laterale di Asp9, Asn11 e Asp13, due sono forni9 dalla catena laterale di Glu20, ed uno dal legame pep9dico del residuo Al calcio è legata anche una molecola d acqua. Questo mo9vo per espletare la sua funzione necessita sia di una specifica conformazione della catena principale, sia della presenza di un peculiare raggruppamento di catene laterali. Il mo9vo elica- loop- elica fornisce l impalcatura ada1a per i ligandi che assumono la posizione corre1a per legare e rilasciare ioni calcio.

58 Mo9vo elica- loop- elica che lega il DNA Mo9vo elica- loop- elica che lega il DNA presente nella proteina Cro del fago λ il dominio legato al DNA

59 Forcine β

60 Forcine β a tre residui

61 Forcine β a qua1ro residui

62 Forcine ad elica

63 Forcine β forcina β come foglie1o isolato forcina β come parte di un foglie1o più complesso

64 Mo0vo a greca - Quando 4 filamen9 β an9paralleli si dispongono secondo un modello simile all unità ripe99va di un 9pico disegno ornamentale cara1eris9co dell arte dell an9ca Grecia, noto come Greca. - Si basa sula formazione iniziale di una lunga stru1ura an9parallela in cui sono presen9 loop al centro di entrambi i filamen9 β. - Il mo9vo a greca si originerebbe in conseguenza di cambiamen9 stru1urali che avvengono nelle regioni loop interposte tra i filamen9 β1- β2 e β3- β4. - Per effe1o di ques9 cambiamen9, la stru1ura si ripiega verso il basso ed il filamento β2 va ad associarsi col filamento β1 formando con questo legami a idrogeno. Ipote9ca modalità di ripiegamento di stru1ura a forcina che porta alla formazione del mo9vo a greca

65 Mo0vo a greca a) diagramma topologico della greca b) mo0vo a greca presente nell enzima nucleasi di Staphylococcus. Il mo9vo a greca fornisce un semplice modo per collegare filamen9 β an9paralleli che si trovano su la9 oppos9 di una stru1ura a bo1e

66 Mo0vo β- α- β a) Schema del percorso della catena principale b) Diagrammi topologici del mo9vo β- α- β - Perme1e il collegamento tra filamen9 β paralleli. - Consiste di 2 filamen9 β paralleli, un α- elica e due regioni loop. - L α- elica collega l estremità carbossilica di un filamento β con quella amminica del filamento β successivo - Il loop che collega il terminale carbossilico del filamento β con quello amminico dell α- elica spesso è implicato nella formazione del sito funzionale

67 Mo9vo β- α- β a) Modalità di collegamento destrorsa b) Collegamento di 9po sinistrorso Prevalenza della connessione destrorsa In linea di principio, questo mo9vo può presentare due diverse disposizioni: una in cui l elica si trova al di sopra del piano della pagina de1a connessione destrorsa perché presenta il medesimo orientamento di una α- elica destrorsa; ed una in cui l elica si trova al di so1o del piano della pagina, de1a connessione sinistrorsa. In realtà la connessione è sempre destrorsa, ad eccezione della sub9lisina e della glucosio fosfato isomerasi.

68 La connessione destrorsa viene spiegata dal fa1o che la torsione del foglie1o β rende il collegamento più breve e compa1o. Anche l'angolo preferito di impaccamento di un'elica contro un filamento β, che a sua volta consen9rebbe una congiunzione più breve e compa1a tra gli elemen9 α e β, favorisce la connessione destrorsa. Entrambe queste spiegazioni sono limitate ad esempi semplici in cui le congiunzioni sono corte mentre molte congiunzioni sono più lunghe, iniziano nella direzione sbagliata o non si impaccano contro il foglie1o β, ma mostrano anch'esse il vincolo della connessione destrorsa. E' stato proposto un modello di ripiegamento per i collegamen9 incrocia9 secondo il quale la torsione di un filamento lungo ed esteso, o di un'elica affiancata da lunghe catene, viene trasferita al loop di crossover quando il backbone si curva.

69 Stru>ure α à elica superavvolta fascio a 4 eliche I DOMINI ripiegamento della globina Stru>ure α- β à TIM barrel foglie1o α- β aperto ferro di cavallo Stru>ure β an0parallele à β barrel à greca Up- and- down Jelly roll Stru>ure β parallele à Elica β a 2 fogliea Elica β a 3 fogliea

70 Elica superavvolta Stru1ura ad elica superavvolta. - Una α- elica isolata presenta una stabilità rido1a in soluzione. - Nelle proteine, le α- eliche sono stabilizzate dal reciproco impaccamento mediato dall interazione delle catene idrofobe. - Il modo più semplice di realizzare questa stabilizzazione è quello di associare 2 α- eliche e formare una stru1ura superavvolta. - Una stru1ura superavvolta sinistrorsa, formata da 2 α- eliche destrorse, riduce il numero di residui per giro in ognuna delle eliche cos9tu9ve da 3.6 a 3.5, in modo che le interazioni tra le catene laterali delle 2 eliche vengano a ripetersi ogni 7 residui. - Ciò si rifle1e nelle sequenze amminoacidiche delle due catene, che risultano ripe99ve con un periodo di 7 residui.

71 Elica superavvolta: heptad repeat - I residui amminoacidici nell unità ripe99va vengono indica9 come a- g ed il residuo d è idrofobo (di solito è una leucina). - La regione idrofoba tra le due α eliche è completata dai residui in posizione a anch essi idrofobi. Ripe99vità degli aa in un α- elica superavvolta: un residuo di leucina si ripete ogni 7 amminoacidi Impaccamento delle catene laterali idrofobe tra 2 α- eliche in una stru1ura superavvolta

72 Ruolo delle interazioni ele1rosta9che a) Visione schema9ca dall alto di una ripe9zione di se1e aa. b) Visione schema9ca laterale di una stru1ura superavvolta I residui e e g che a1orno al core idrofobo sono carichi e le loro catene generano pon9 salini tra le α- eliche.

73 Il 'Knobs- into- holes' packing nella stru1ura coiled- coil

74 Fascio a 4 eliche - Due α- eliche impaccate in una stru1ura superavvolta sono elemen9 cos9tu9vi di un dominio ma non sono sufficien9 a formare un dominio completo. - Il dominio ad α- elica più semplice è formato da 4 α- eliche disposte in un fascio con l asse di ognuna parallelo a quelli delle altre. - Le 4 α- eliche sono disposte in modo tale che eliche consecu9ve nella sequenza amminoacidica vengano ad essere adiacen9. Catena polipep9dica ripiegata in un dominio cos9tuito da un fascio di 4 α- eliche

75 Fascio di 4 eliche Proiezione del mo9vo su un piano perpendicolare all asse del fascio Le catene laterali di ciascuna elica sono disposte in modo tale che le catene laterali idrofobe si trovano comprese nello spazio tra le eliche, mentre le catene laterali idrofile vengono a trovarsi alla superficie del fascio. In questo modo, nella parte centrale del fascio viene a formarsi un core idrofobo in cui le catene laterali si trovano così fi1amente ammassate da escludere la presenza di molecole d acqua. Cerchi grandi à catena principale delle α eliche Cerchi piccoli à catene laterali: verdi (catene laterali idrofobe ammassate); rosse (catene laterali idrofile che si trovano esposte alla superficie del fascio)

76 Fasci di 4 eliche possono rappresentare un singolo dominio di proteine monomeriche o un mo9vo di dimerizzazione

77 Il Ripiegamento della globina Fascio di 8 eliche Collegate da brevi loop Formazione di una tasca in cui si trova il sito aavo

78 Stru>ure a dominio α- β (foglie1o β centrale di 9po parallelo o misto circondato da α eliche) TIM barrel Dominio di legame del coenzima delle deidrogenasi inibitore della ribonucleasi

79 Modalità di connessione β- α- β Le tre stru1ure α- β sono tu1e cos9tuite da mo9vi β- α- β collega9 tra loro in modo che i filamen9 β vengono ad essere paralleli. 2 mo9vi β- α- β si possono collegare in 2 diversi modi: a) le α- eliche si trovano tu1e sul medesimo piano del foglie1o (TIM barrel e ferro di cavallo); b) le α- eliche si trovano sul piano opposto (fogliea β aper9)

80 TIM Barrel Gli 8 filamen9 β racchiudono un core idrofobo impaccato cos9tuito dalle catene laterali dei residui presen9 in filamen9 β alterna9. Il core è disposto a formare tre stra9, dove ogni strato con9ene 4 catene laterali provenien9 dai residui presen9 in filamen9 β alterna9. Stru1ura formata da 8 filamen9 β paralleli Filamento 8 forma legami idrogeno col filamento 1 Per formarla sono necessari almeno 200 aa Presente in mol9 enzimi Filamen9 β ed α eliche à impalcatura stru1urale Regioni loop à si9 aavi

81 Rappresentazione vista dall alto della stru1ura a bo1e del sito aavo dell enzima RuBisCo (ribulosio bisfosfato carbossilasi) Il sito di legame per il substrato (in rosso) è generato da numerose catene laterali cariche (in blu) presen9 su differen9 loop. Nel TIM barrel il sito aavo si trova in una tasca formata dalle regioni loop che collegano le estremità carbossiliche dei filamen9 β con le α- eliche adiacen9.

82 La Piruvato chinasi con9ene diversi domini, uno dei quali con stru1ura TIM barrel La stru1ura di questo enzima illustra come una lunga catena polipep9dica possa ripiegarsi a formare domini di 9po diverso. La funzione enzima9ca risulta sempre associata con il dominio che presenta la stru1ura a bo1e.

83 Il foglie>o α- β aperto Nei domini con stru1ura α/β aperta, il sito aavo si trova in una fessura localizzata esternamente all estremità carbossilica dei filamen9 β. Questa fessura è formata da 2 regioni loop adiacen9 che collegano i due filamen9 con α- eliche presen9 su facce opposte del foglie1o β. Questa topologia si può spiegare con le dita di due mani, in cui la metà superiore delle dita rappresenta le regioni loop mentre la metà inferiore rappresenta i filamen9 β. Il cilindro rappresenta un ligando posizionato nella fessura di legame.

84 Esempi di 0pi diversi di stru>ure α/β aperta flavodossina e adenilato chinasi esochinasi e fosfoglicerato mutasi

85 Ripiegamento a Ferro di cavallo Stru1ura dell inibitore della ribonucleasi, cos9tuita da mo9vi β- loop- α ripetu9, ricorda un ferro di cavallo formato all interno da un foglie1o β parallelo a 17 filamen9 e all esterno da 16 α- eliche. Ruolo dei residui di leucina conserva9 dei mo9vi ricchi di leucina nella stabilizzazione del modulo stru1urale β- loop- α

86 Il β Barrel Si trova in enzimi, proteine di trasporto, an9corpi, proteine virali di rives9mento. Core: cos9tuito da filamen9 β (da 4-5 a più di 10), dispos9 in modo an9parallelo a formare 2 fogliea β collega9 ed impacca9 l uno con l altro. Le stru1ure β an9parallele presentano un core di catene laterali idrofobe all interno di una stru1ura a bo1e, formato dalle catene laterali dei residui presen9 nei filamen9 β, mentre la superficie è cos9tuita da residui provenien9 sia dai filamen9 β che da regioni loop

87 La maggior parte delle stru>ure β rientra in pochi gruppi con topologia uguale o simile up and down Ogni filamento β è collegato al successivo a1raverso una breve regione di loop mo9vi a greca Quando in una stru1ura a β barrel a 8 filamen9, il numero n è collegato al filamento n+3 jelly roll La catena polipep9dica si avviluppa a1orno ad una stru1ura a bo1e ideale centrale come un dolce arrotolato coperto di gela9na

88 Un esempio di stru>ura a β- barrel greca: la SOD 8 filamen9 β an9paralleli dispos9 a1orno alla superficie di una bo1e ideale. La stru1ura, a " β- barrel, evidenzia un mo9vo topologico a greca, comune a mol9 sistemi biologici di grande interesse, tra cui, ad esempio, le immunoglobuline.

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90 RBP lega il re0nolo all interno di una stru>ura a bo>e up and down 8 filamen9 β an9paralleli ruota9 e ripiega9 in modo che la stru1ura può anche essere vista come 2 fogliea β (verde e blu) impacca9 l uno contro l altro. Alcuni dei filamen9 β (in rosso) partecipano alla formazione di entrambi i fogliea β. La vitamina A si trova legata all interno della stru1ura a bo1e tra i 2 fogliea β, in modo da esporre alla superficie della proteina l unica porzione idrofila della molecola (coda contenente un gruppo OH)

91 La neuraminidasi si ripiega a formare fogliek β up and down - Presente nel virus dell influenza - Catalizza idrolisi dell acido sialico - Omotetramero cos9tuito da 4 catene polipep9diche iden9che, ognuna di 470 aa - Ogni monomero si ripiega a formare una superstru1ura a bo1e cos9tuita da 24 filamen9 β dispos9 a formare 6 mo9vi stru1urali simili, ognuno dei quali con9ene 4 filamen9 β che rappresentano le pale della stru1ura a forma di elica

92 Nella neuraminidasi i mo0vi stru>urali genera0 col ripiegamento formano una superstru>ura a forma di elica Tetramero: 4 domini ognuno con stru1ura ad elica a 6 pale Monomero: (dominio elica a 6 pale) Topologia del monomero Mo9vo: (il foglie1o β è la pala dell elica) Ognuna delle 4 subunità del tetramero è ripiegata a formare un singolo dominio cos9tuito da 6 mo9vi stru1urali simili stre1amente impacca9. Tale mo9vo stru1urale è un foglie1o β a 4 filamen9 an9paralleli up- and- down. Ques9 6 fogliea β rappresentano le 6 pale dell elica

93 La regione stru>urale e la regione del sito akvo risultano ben separate. In conseguenza della simmetria senaria dei 6 mo9vi stru1urali a fogliea β, le 12 regioni loop derivate dai fogliea si trovano dalla stessa parte della molecola. Le regioni loop che collegano i mo9vi stru1urali formano un ampia tasca ad imbuto contenente il sito aavo I filamen9 β rappresentano lo scheletro stru1urale sul quale è incernierato il sito aavo cos9tuito da loop di connessione tra un elemento stru1urale e l'altro.

94 L emoagglu9nina si ripiega a formare un mo9vo stru1urale a jelly roll Formata da 3 subunità, ognuna delle quali è ancorata alla membrana pericapsidica del virus dell influenza. Le teste globulari contengono i si9 per i rece1ori che legano i residui di acido sialico presen9 alla superficie delle cellule eucario9che Singola subunità di emoagglu9nina del virus dell influenza

95 Il sito di legame per il rece1ore è formato dal dominio jelly roll La testa globulare di ogni subunità di emoagglu9nina ha una stru1ura a bo1e jelly roll distorta. Il sito di legame è localizzato all apice della subunità, all interno della stru1ura a bo1e jelly roll.

96 Domini ad eliche β parallele La catena polipep9dica risulta ripiegata a formare un ampio superavvolgimento ad elica formato da filamen9 β separa9 da regioni loop. I filamen9 β si allineano a formare 2 o 3 fogliea β paralleli che racchiudono un core riempito dagli atomi delle catene laterali. Presente in molte proteasi ba1eriche extracellulari e nella proteina della coda del ba1eriofago P22.

97 Eliche β parallele a 2 fogliea Elica β a 2 fogliea dove sono mostra9 3 superavvolgimen9 comple9 dell elica. - Ogni unità stru1urale è cos9tuita da 18 residui che formano una stru1ura β- loop- β. - Ogni regione loop con9ene sei residui di sequenza Gly- Gly- X- Gly- X- Asp. - Ioni calcio sono lega9 ad entrambe le regioni loop, stabilizzandole.

98 Eliche β parallele a 3 fogliea - 2 dei fogliea β sono paralleli l un l altro e perpendicolari al terzo. - Ogni giro dell elica con9ene 3 brevi filamen9 β ognuno di 3-5 residui collega9 da 3 regioni loop. - Uno dei loop è sempre cos9tuito solo da 2 residui, mentre gli altri 2 sono più lunghi e variano in dimensioni. - Quindi l elica β comprende comprende 3 fogliea β paralleli grossolanamente dispos9 come le tre facce di un prisma

99 Stru1ura della pectato liasi C La pectato liasi è responsabile della macerazione e della decomposizione dei tessu9 vegetali. Catalizza la scissione del pectato per la produzione di oligosaccaridi.

100 Famiglie di proteine

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103

104 Tipi di simmetrie nei complessi macromolecolari

105 I virus: stru1ure macromolecolari molto complesse Virus mosaico del tabacco Poliovirus

106 Three- dimensional model of mammalian orthoreovirus viron structure, shown at 7Å resolu9on. The image was created using Chimera and the data was obtained using cryo- electron microscopy. In this image, we're looking at the structure of the virus so we can see how it's assembled. An anima9on like this is used for illustra9ve purposes and reovirus is a useful model for studying virus- cell and virus- host intera9ons. The color- coding is based on the six different types of proteins that make up the virus structure. This anima9on reveals the structure of the virus layer by layer, how these different proteins are assembled rela9ve to one another, what proteins are in contact with other proteins, and how they make up the layers in the capsid. Interac0ve Virus Structure Visualiza0on

107 Come fanno le proteine a ripiegarsi??

108 Il paradosso di Levinthal Variamo phi e psi ad intervalli di 120 gradi Per 2 amminoacidi abbiamo 3 2 = 9 conformazioni alterna9ve. Per 3 amminoacidi abbiamo 3 4 = 81 conformazioni alterna9ve. Per n amminoacidi: 3 2(n- 1) conformazioni alterna9ve. Se prendiamo una proteina di 50 amminoacidi abbiamo conformazioni alterna9ve. Se ogni tenta9vo richiede 1 fs (10-12 secondi) provare tu1e le combinazioni possibili per questa proteina richiede: femtosecondi = secondi = giorni = anni = un milione di miliardi di anni

109 Fa1ori che stabilizzano la stru1ura terziaria

110 Superficie energe9ca ad imbuto

111 Superficie energe9ca ad imbuto Chan and Dill, Proteins, 30, 2-33 (1998)

112 Bilancio energe9co