CRISTALLOGRAFIA AI RAGGI X E MODELLISTICA MOLECOLARE

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Giacomo Pagani
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1 CRISTALLOGRAFIA AI RAGGI X E MODELLISTICA MOLECOLARE

2 LA STRUTTURA TRIDIMENSIONALE DEGLI ACIDI NUCLEICI, E PIU IN GENERALE DELLE MACROMOLECOLE BIOLOGICHE, PUO ESSERE STUDIATA CON LA METODICA DELLA CRISTALLOGRAFIA AI RAGGI X

3 STRUTTURA CRISTALLINA DI UNA MOLECOLA DI trna

4 LA METODICA SI ATTUA IN VARIE FASI: 1. CRISTALLIZZAZIONE DELLA MOLECOLA IN ESAME

5 FIGURA 5.24 MONDUZZI

6 FIGURA 4.50 STRYER V Figure Crystallization of Myoglobin.

7 Per ottenere la cristallizzazione occorre rendere la soluzione solo leggermente soprasatura, per evitare l aggregazione disordinata e la conseguente precipitazione della biomolecola. Ciò si realizza con l aggiunta di agenti precipitanti quali il glicol polietilenico e il solfato di ammonio per avvicinarsi alla saturazione e, successivamente, con una lenta evaporazione del solvente. E un procedimento empirico.

8 FIGURA 5.23 MONDUZZI

9 LA METODICA SI ATTUA IN VARIE FASI: 1. CRISTALLIZZAZIONE DELLA MOLECOLA IN ESAME 2. ANALISI DEL CRISTALLO AI RAGGI X PER OTTENERE UN PROFILO DI DIFFRAZIONE O DIFFRATTOGRAMMA

10 FIGURA 9.8 AB GENOMI II

11 LA METODICA SI ATTUA IN VARIE FASI: 1. CRISTALLIZZAZIONE DELLA MOLECOLA IN ESAME 2. ANALISI DEL CRISTALLO AI RAGGI X PER OTTENERE UN PROFILO DI DIFFRAZIONE O DIFFRATTOGRAMMA 3. CALCOLO DELLE MAPPE DI DENSITA ELETTRONICA

12 FIGURA 9.8 C GENOMI II

13 LA METODICA SI ATTUA IN VARIE FASI: 1. CRISTALLIZZAZIONE DELLA MOLECOLA IN ESAME 2. ANALISI DEL CRISTALLO AI RAGGI X PER OTTENERE UN PROFILO DI DIFFRAZIONE O DIFFRATTOGRAMMA 3. CALCOLO DELLE MAPPE DI DENSITA ELETTRONICA 4. INTERPRETAZIONE DELLE MAPPE PER DEFINIRE LA COLLOCAZIONE SPAZIALE DELLE VARIE PARTI DELLA MOLECOLA

14 FIGURA 9.8 D GENOMI II

15 LA STRUTTURA DELLA MOLECOLA IN ESAME PUO ESSERE RAPPRESENTATA CON MODELLI ARTIGIANALI, COSTRUITI MANUALMENTE, MA PIU GENERALMENTE CON L AUSILIO DI PROGRAMMI DI MODELLISTICA MOLECOLARE. A QUESTO SCOPO I DATI STRUTTURALI SONO RIASSUNTI IN UN FORMATO MATEMATICO, INDIVIDUANDO LA POSIZIONE NELLO SPAZIO DI CISCUN ATOMO RISPETTO AD UNA TERNA DI ASSI CARTESIANI.

16 STRUTTURA TRIDIMENSIONALE DELLA RIBONUCLEASI PANCREATICA BOVINA

17 COLORI CONVENZIONALMENTE ATTRIBUITI AI VARI TIPI DI ATOMI: BIANCO = CARBONIO ROSSO = OSSIGENO BLU = AZOTO AZZURRO = IDROGENO GIALLO = ZOLFO O FOSFORO

18 MODELLO A NASTRO DELLA RIBONUCLEASI A

19 MODELLO A SFERETTE E BASTONCINI DI UNA LISINA

20 MODELLO BASATO SULLE SUPERFICI DI VAN DER WAALS DI UNA LISINA

21 FIGURA 1.10 STRYER IV

22 IL RAGGIO DI VAN DER WAALS E PARI ALLA META DELLA DISTANZA DI VAN DER WAALS DISTANZA VDW RAGGIO VDW RAGGIO VDW

23 TABELLA 1.2 STRYER IV

24 RAPPRESENTAZIONE DELLA RIBONUCLEASI A BASATA SUI RAGGI DI VAN DER WAALS

25 LA SUPERFICIE ACCESSIBILE AL SOLVENTE DI UNA MOLECOLA SI OTTIENE FACENDO SCORRERE SULLA SUPERFICIE DI VAN DER WAALS UNA SFERETTA CON UN RAGGIO DI 1.8 Å CHE RAPPRESENTA UNA MOLECOLA DI ACQUA.

27 SUPERFICIE ACCESSIBILE AL SOLVENTE DELLA RIBONUCLEASI A

28 SUPERFICIE ACCESSIBILE AL SOLVENTE DELLA RIBONUCLEASI A COLORATA IN BASE AI POTENZIALI ELETTROSTATICI SUPERFICIALI

29 I LEGAMI A PONTE DI IDROGENO SONO INTERAZIONI ELETTROSTATICHE TRA UN ATOMO FORTEMENTE ELETTRONEGATIVO (COME L OSSIGENO E L AZOTO) ED UN ATOMO DI IDROGENO LEGATO AD UN SECONDO ATOMO ELETTRONEGATIVO.

30 FIGURA 1.9 STRYER V

31 I LEGAMI A IDROGENO SONO TIPICAMENTE LUNGHI DA 2,7 A 3,2 Å (PIU DI UN LEGAME COVALENTE). L ENERGIA DEL LEGAME DIPENDE DALLA SUA GEOMETRIA. STRYER V

32 2 LEGAMI AD IDROGENO TRA ARG E GLU

33 ARG-GLU

34 LE INTERAZIONI IDROFOBICHE SI STABILISCONO TRA MOLECOLE O GRUPPI APOLARI CHE VENENDO A CONTATTO LIBERANO MOLECOLE DI ACQUA AUMENTANDO L ENTROPIA DEL SISTEMA.

35 FIGURA 2.10 MONDUZZI

36 ESERCITAZIONE: RICONOSCERE I VARI TIPI DI MODELLI MOLECOLARI ESAMINANDO LA STRUTTURA DELLA RIBONUCLEASI A CON IL PROGRAMMA PDBVIEWER.

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