La struttura delle proteine
Funzioni delle proteine Strutturali Contrattili Trasporto Riserva Ormonali Enzimatiche Protezione Struttura della proteina
Struttura secondaria: ripiegamento locale della catena polipeptidica con andamento ripetitivo regolare (si considera la disposizione spaziale dello scheletro del polipeptide, senza considerare la disposizione delle catene laterali).
Il legame peptidico
Il gruppo peptidico, come conseguenza delle interazioni di risonanza, è una struttura rigida e planare con le caratteristiche tipiche del doppio legame Il legame C-N è circa 0.13 Å più corto del legame N-Cα; mentre il il legame C=O è circa 0.02 Å più lungo di quello delle aldeidi o dei chetoni.
I due carboni alfa sono in configurazione trans (unica possibile eccezione Pro)
Per convenzione gli angoli di torsione φ (N-Cα) e ψ (Cα-C) sono uguali a 180 quando il polipeptide è nella conformazione completamente estesa In linea di principio gli angoli φ e ψ possono assumere qualunque valore compreso tra -180 e +180, ma molti di questi valori sono impediti per problemi di interferenza sterica tra gli atomi dello scheletro polipeptidico e quelli della catena laterale
Collisione!!!
Struttura secondaria: ripiegamento locale della catena polipeptidica con andamento ripetitivo regolare (si considera la disposizione spaziale dello scheletro del polipeptide, senza considerare la disposizione delle catene laterali.
Il grafico di Ramachandran Le zone in verde indicano indicano gli angoli Ψ e Φ stericamente consentiti. = Alfa elica destrorsa L = Alfa elica sinistrorsa = foglietto b parallelo = foglietto b antiparallelo C = elica del collagene
L α elica (Pauling e Corey, 1951) 3,6 residui per giro Catene laterali verso l esterno Passo di 5,4 Å Legame idrogeno ottimale (2,8 Å) tra C=O e N-H di quattro residui successivi
elica vista dall alto
Il dipolo elettrico di un legame peptidico viene trasmesso lungo l elica mediante i legami idrogeno intercatena, generando un dipolo complessivo dell elica
Limitazioni alla formazione di α eliche (condizioni che alterano la stabilità) Repulsione o attrazione elettrostatica tra residui con -R carichi (consecutivi) Dimensione dei gruppi -R adiacenti (ingombro sterico) Presenza di prolina (Pro) : ripiegamento destabilizzante, impossibilità di formare il legame idrogeno con gli altri residui Presenza di glicina (Gly) : elevata flessibilità conformazionale avvolgimenti meno rigidi. Interazione tra gli amminoacidi terminali dell'elica : formazione di un dipolo elettrico (gli aa con R- vicino a N-term, aa con R+ vicino a C-term)
La conformazione beta delle catene polipeptidiche Pauling e Corey 1951
La conformazione beta delle catene polipeptidiche
Connessioni tra catene adiacenti nei foglietti β
Rappresentazione schematica della carbossipeptidasi A
La struttura terziaria e quaternaria delle proteine Proteine fibrose e proteine globulari
Proteine fibrose
Avvolgimento dell α-cheratina (parte centrale) Ripetizione di seq. Aa : a-b-c-d-e-f-g, con a e d non polari e allineati sui lati delle due eliche. 3,5 residui/giro passo 5,4 Å Le due eliche formano un coiled coil
Diversi livelli di organizzazione della cheratina
Sezione trasversale di un capello Cellule morte con fasci di fibrille di cheratina ad alto contenuto di S-S
La fibroina della seta Foglietti b antiparalleli estesi Ripetizione (-Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala-) n Flessibile ma non estensibile
La tripla elica del collageno Vari tipi di catene (nei mammiferi 30 catene in 19 combinazioni) Conformazione elicoidale sinistrorsa con tre residui circa per giro Tre catene si avvolgono l una sull altra con andamento destrorso Gly-X-Y spesso X = Pro Y = HyPro Prolil idrossilasi Vitamina C
Interazioni molecolari nel collagene I residui Gly sono vicini all asse dell elica
Le fibre sono stabilizzate dalle interazioni idrofobiche tra le tre eliche vicine. Ci sono anche legami covalenti trasversali. Questi NON sono ponti disolfuro, bensì
i legami trasversali si formano tra due residui di His e Lys (innescate dalla lisil ossidasi) e aumentano con l età.
Conformazioni diverse conferiscono alle proteine proprietà diverse dimensioni e forme diverse
Proteine globulari
Le eliche e i foglietti possono combinarsi in vari modi
Motivi proteici
Distribuzione delle catene laterali
I polipeptidi di grandi dimensioni si organizzano in domini G3PD
La struttura quaternaria ha aspetti funzionali rilevanti Meno informazione genetica Maggiore fedeltà di sintesi Molteplicità dei siti funzionali Migliore possibilità di regolazione
Simmetria nelle proteine oligomeriche
Ripiegamento e stabilità delle proteine La conformazione nativa di una proteina è quella a cui si associa la sua funzione biologica. Il termine stabilità può essere definito come la tendenza a mantenere la conformazione nativa In condizioni fisiologiche le proteine sono solo marginalmente stabili ( G compreso tra 15 e 65 kj/mole)
Forze che stabilizzano le proteine Effetto idrofobico tendenza delle sostanze non polari a minimizzare il contatto con l acqua Interazioni elettrostatiche ad es. formazione di ponti H, forze di Van der Waals Legami chimici trasversali ad es. ponti disolfuro
Profilo di idropaticità
Denaturazione e rinaturazione delle proteine
I legami disolfuro possono essere rotti da agenti riducenti
Gli agenti caotropici
L esperimento di Anfinsen (1957) 1 2
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Il paradosso di Levinthal Come fa una proteina a raggiungere la sua conformazione nativa? - Proteina di 100 amminoacidi - Supponiamo almeno 10 diverse conformazioni per aminoacido = 10 100 conformazioni possibili - Se il ripiegamento è casuale e richiede, ad esempio, 10-13 sec per sperimentare ciascuna conformazione possibile, ci vorrebbero 10 77 anni per testare tutte le conformazioni possibili alla ricerca della migliore.
L avvolgimento (folding) delle proteine avviene attraverso un numero limitato di intermedi
Disolfuro isomerasi
Gli chaperoni molecolari 7 x GroES 7 x GroEL/ATP 7 x GroEL Consentono il folding all interno di una cavità, impedendo l interazione con altre molecole proteiche
Alcune patologie sono legate ad un errato ripiegamento delle proteine Proteina del Prione Nativa aggregata altre proteine
Le proteine sono molecole flessibili mioglobina