AMMINOACIDI Gli amminoacidi sono le unità costruttive (building blocks) delle proteine. Come dice il termine, gli amminoacidi naturali sono costituiti da un gruppo amminico (-NH 2 ) e da un gruppo carbossilico (-COOH) acido legati allo stesso atomo di carbonio. Tale atomo prende il nome di carbonio alfa, e conseguentemente, gli amminoacidi naturali sono anche detti alfa-amminoacidi. Esistono anche beta e gamma amminoacidi, ma non sono proteici. R
Caratteristiche generali Gli amminoacidi naturali presenti nelle proteine sono 20. Differiscono tra loro per la natura del gruppo R legato al carbonio alfa. Tale gruppo viene definito la catena laterale dell amminoacido. L amminoacido più semplice, chiamato glicina, ha R = H, ed è pertanto l unico ad avere due gruppi sostituenti uguali sull atomo di carbonio alfa. Per tutti gli altri amminoacidi in cui R H, il carbonio alfa è un centro di chiralità. Pertanto, ciascun amminoacido può esistere sotto forma di due enantiomeri; in realtà, la natura si serve di uno solo dei due per costruire le proteine. Glicina(Glycine): R = H (non chirale!)
Stereochimica degli amminoacidi Come nel caso dei monosaccaridi, per definire la configurazione dello stereocentro degli amminoacidi si usano le lettere D e L e si rappresentano gli amminoacidi in proiezione di Fischer. Il gruppo carbossilico si mette in alto (dove negli zuccheri c è il gruppo aldeidico) e la catena laterale R in basso. Nei legami orizzontali si mettono il gruppo amminico (a sinistra) e l idrogeno (a destra), in analogia con la L-gliceraldeide.
Amminoacidi della serie L Gli amminoacidi naturali presenti nelle proteine sono della serie L, cioè hanno il gruppo amminico a sinistra nella proiezione di Fischer. Pertanto, vengono definiti L-amminoacidi. I loro enantiomeri, i D-amminoacidi, si trovano di rado in natura (sono stati isolati da alcuni antibiotici e da alcuni batteri). Utilizzando la notazione R,S (configurazione assoluta), tutti gli L- amminoacidi hanno configurazione S. Fa eccezione la cisteina.
Classificazione degli amminoacidi I venti amminoacidi presenti nelle proteine si suddividono in neutri, basici e acidi, a seconda della natura delle rispettive catene laterali. Amminoacidi neutri: 15(Gly Gly,, Ala, Val, Leu, Ile, Ser, Thr, Cys, Met, Asn, Gln, Phe, Tyr, Trp,, Pro) Amminoacidi acidi: 2 (Asp, Glu) Amminoacidi basici: 3(Lys3 Lys,, Arg, His)
Amminoacidi neutri
Amminoacidi neutri
Amminoacidi neutri La prolina (Pro) è l unico amminoacido in cui l azoto fa parte di un ciclo a cinque termini
Amminoacidi acidi
Amminoacidi basici
Amminoacidi essenziali Tutti i 20 amminoacidi sono necessari per la sintesi proteica, ma l organismo umano è in grado di sintetizzarne solo la metà. I restanti 10 vengono definiti amminoacidi essenziali perché debbono essere necessariamente assunti con la dieta. Un alimentazione inadeguata e carente anche in uno solo degli amminoacidi essenziali porta a gravi anomalie nella crescita e e nello sviluppo. Amminoacidi essenziali: Val, Leu, Ile, Thr, Met, Phe, Trp, Lys,, Arg, His
Struttura degli amminoacidi Poiché gli amminoacidi contengono sia un gruppo acido che uno basico, sono soggetti a una reazione acido-base intramolecolare, ed esistono principalmente, allo stato solido, in forma di ione dipolare o zwitterione (dal tedesco zwitter, doppio). Essendo il prodotto di una reazione acido-base, gli zwitterioni sono dei sali interni, perciò sono solidi cristallini, solubili in acqua e con punti di fusione elevati (> 200 ).
Comportamento in ambiente acido Un altra caratteristica degli amminoacidi è quella di essere anfòteri, ossia si possono comportare sia da acidi che da basi a seconda del ph dell ambiente circostante. In soluzione acquosa fortemente acida, lo zwitterione viene protonato sul gruppo carbossilico e si trasforma in uno ione positivo (catione): (neutro)
Comportamento in ambiente basico In soluzione acquosa fortemente basica, il gruppo amminico cede il protone e lo zwitterione si trasforma in uno ione negativo (anione): (neutro) Al ph di 7,3 esistente all interno delle cellule (ph fisiologico) tutti gli amminoacidi sono in forma zwitterionica; inoltre, a seconda della catena laterale, possono avere delle ulteriori cariche positive o negative.
Punto isoelettrico (pi( pi) Si definisce punto isolettrico (pi) di un amminoacido il valore di ph in cui l amminoacido si trova in forma zwitterionica. Ciascun amminoacido ha un proprio punto isolettrico, che dipende dalla sua struttura molecolare.
Calcolo del punto isoelettrico Per gli amminoacidi neutri, il punto isoelettrico è rappresentato dalla media dei pka: pi = (pka 1 + pka 2 ) / 2 Per gli amminoacidi con catena laterale acida, il pi è la media fra i valori di pka più bassi. Per gli amminoacidi con catena laterale basica, il pi è la media dei due valori di pka più alti.
Peptidi I peptidi (come pure le proteine) sono polimeri degli L-amminoacidi. I singoli amminoacidi sono legati insieme da legami peptidici. Tali legami si formano tra il gruppo amminico di un amminoacido e il gruppo carbossilico di un secondo amminoacido. Due amminoacidi danno luogo ad un dipeptide, tre a un tripeptide, quattro a un tetrapeptide, e così via.
Il legame peptidico Il legame peptidico non è altro che un legame ammidico (-NH-C=O). Come tale, la sua geometria è planare. Sia il carbonio carbonilico che l azoto sono ibridizzati sp 2 e gli angoli di legame sono approssimativamente pari a 120. Il legame C-N possiede un parziale carattere di doppio legame, per cui la rotazione intorno a esso è impedita.
Dipeptidi I dipeptidi sono una sequenza di due amminoacidi. Si indicano scrivendo i simboli dei due residui che li costituiscono separati tra loro da un trattino. Prendiamo, a titolo di esempio, il dipeptide che si forma dalla reazione tra l alanina (Ala) e la serina (Ser). Con gli stessi residui amminoacidici si possono scrivere due dipeptidi: uno si chiamerà Ala-Ser e l altro Ser-Ala. 1 dipeptide: Ala-Ser
Dipeptidi 2 dipeptide: Ser-Ala Per convenzione, si scrive sempre per primo l amminoacido che ha il gruppo carbossilico impegnato nella formazione del legame peptidico e il gruppo amminico libero (amminoacido N-terminale o ammino-terminale terminale). L ultimo amminoacido della sequenza si chiamerà pertanto amminoacido C-terminale o carbossi-terminale terminale.