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Gli Amminoacidi

• Gli amminoacidi sono composti bifunzionali con un gruppo acido e uno basico presenti.
• Esistono più di 500 amminoacidi in natura.
• Il gruppo acido è di solito un carbossile, ma può essere un gruppo solfonico, come nella taurina.
• Il gruppo basico è generalmente un gruppo ammino, esistendo però anche altre opzioni.
• Venti amminoacidi sono coinvolti nella formazione di proteine.
• In organismi semplici, si possono trovare anche un ventunesimo e un ventiduesimo amminoacido.

Caratteristiche degli Amminoacidi Proteici

• Il gruppo acido è un carbossile, mentre quello basico è un gruppo ammino.
• Il gruppo carbossile è ionizzabile e si trova in forma protonata (COOH) o deprotonata (COO-).
• Il gruppo ammino esiste in forma non protonata (NH2) o protonata (NH3+).
• Il gruppo ammino è in posizione α (alfa) rispetto al gruppo carbossile nei 20 amminoacidi proteici.
• Ogni amminoacido ha un atomo di carbonio α legato al gruppo carbossile.
• Il carbonio α è anche legato a un atomo di idrogeno e a una componente variabile chiamata R (radicale).
• La composizione di R determina il tipo di amminoacido.

Chiralità e Isomeria Ottica

• Diciannove dei 20 amminoacidi sono molecole chirali e hanno immagini speculari non sovrapponibili.
• Le molecole chirali hanno centri chirali o di asimmetria.
• Il carbonio α è di norma un carbonio chirale che deve formare quattro legami semplici con sostituenti diversi per la chiralità.
• Se R non è un atomo di idrogeno, un gruppo carbossile o un gruppo ammino, il carbonio α è un centro chirale.
• La configurazione assoluta (CIP) distingue le molecole chirali in S (sinister) e R (rectus).
• Quasi tutti gli amminoacidi proteici hanno configurazione S, tranne la cisteina.
• La configurazione di Fischer fa riferimento alla gliceraldeide, uno zucchero a 3 atomi di carbonio con quattro sostituenti diversi sul carbonio 2.
• In base alle regole di Fischer, si assegna l'appartenenza alla serie L o D mettendo in ordine verticale gli atomi di carbonio.

L-Alanina e D-Alanina nei Tetraedri

• Nell'alanina, il carbonio più ossidato (carbossile) è in alto e il gruppo amminico determina se è L o D.
• Gli amminoacidi presenti nelle proteine sono della serie L, mentre quelli della serie D si trovano nei procarioti.
• I legami covalenti con cunei neri si estendono dalla pagina verso l'osservatore, mentre quelli tratteggiati si allontanano.
• Il carbonio α si trova al centro di un tetraedro, con quattro sostituenti ai vertici.
• I gruppi orizzontali sono rivolti verso, mentre quelli verticali si proiettano nello schermo.

Comportamento Acido-Base degli Amminoacidi

• Gli amminoacidi in soluzione acquosa hanno sempre il carbossile (COO-) e il gruppo amminico (NH3+).
• I due gruppi sono dissociati a seconda del pH della soluzione.
• Il gruppo carbossile cede uno ione H+ diventando COO-, mentre il gruppo ammino acquista uno ione H+ diventando NH3+.
• Il pKa indica il pH in cui un gruppo ionizzabile è per metà in forma ionizzata e per metà non ionizzata.
• Il gruppo carbossile ha un pKa di circa 2,2, quindi a pH 2,2 è 50% COOH e 50% COO-.
• Sotto pH 2,2 predomina la forma protonata COOH; sopra pH 2,2 predomina la forma deprotonata COO-.
• Il gruppo amminico ha un pKa di 9,4.
• In base ai valori di pH il gruppo carbossile è protonato o deprotonato, possedendo valori diversi tra loro.
• A pH molto acidi (sotto 2,2) si trova H3N+ mentre a pH inferiori si registra COOH.
• A pH superiori a 2,2 il gruppo carbossilico perde lo ione H+ e diventa COO-.
• A pH superiori a 9,4 il gruppo carbossilico diventa deprotonato (COO-) e il gruppo amminico è in forma NH2.
• Un amminoacido in soluzione a pH molto basici si troverà con carica negativa -1 mentre nessuno di essi può avere entrambi i gruppi in forma neutra.

Confronto tra Acido Acetico e Amminoacidi

• Il pKa del gruppo carbossile differisce tra acido acetico e amminoacidi.
• Nell'amminoacido, la carica positiva del gruppo ammino stabilizza la carica negativa del COO-, facilitando la deprotonazione.
• L'amminoacido si deprotona più facilmente dell'acido acetico.
• Le considerazioni sono analoghe per il gruppo amminico.
• Nei carbossili del COO- gli ossigeni attraggono forti elettroni rendendo la condivisione con H+ più difficile.

Punto Isoelettrico

• Il punto isoelettrico è il pH in cui l'amminoacido ha carica netta zero.
• Matematicamente, è la media aritmetica dei pKa dei gruppi carbossile e ammino.
• I punti isoelettrici variano a causa dell'influenza della catena laterale.
• Il gruppo R influenza la ionizzazione dei gruppi amminico e carbossile, seppur in minima parte.
• Per 15 dei 20 amminoacidi, il punto isoelettrico è intorno a 6,5; in 5 di essi una catena laterale influenza molto il punto isoelettrico..

Classificazione Strutturale degli α-L-Amminoacidi

• Gli amminoacidi sono classificati in base alla polarità della catena laterale.
• L'energia libera di trasferimento in acqua indica la polarità.
• Delta G negativo indica polarità e Delta G positivo indica natura apolare.

Glicina

• La glicina ha una catena laterale con un atomo di idrogeno.
• Per questo motivo è difficile definirla polare o apolare.
• È l'unico a non esistere in forma L o D perché il carbonio α lega due idrogeni.
• Gli amminoacidi sono rappresentati con codici a 3 o 1 lettera.

Amminoacidi Apolari

• Gli amminoacidi apolari si distinguono in alifatici e aromatici.
• Alanina: catena laterale con gruppo metile (CH3), apolare.
• Prolina: La catena laterale è rappresentata da CH2CH2CH2, in cui il terzo CH2 si lega al gruppo amminico, ed è l'unico amminoacido con un gruppo amminico non primario. È apolare con atomi di carbonio beta, gamma e delta.
• Valina: catena laterale con un CH legato a due gruppi metile. Ha una ramificazione sul carbonio beta.
• Leucina: catena laterale costituita da CH2, CH, CH3, CH3 con ramificazione sul carbonio gamma.
• Isoleucina: isomero della leucina con la ramificazione sul carbonio beta.
• Valina, leucina e isoleucina hanno una catena ramificata e sono metabolizzati attivamente nel muscolo scheletrico.
• Metionina: catena laterale contenente un atomo di zolfo con formula CH2CH2SCH3.
• La metionina è una catena idrocarburica con un atomo di zolfo apolare.

Amminoacidi Apolari Aromatici

• Fenilalanina: la catena laterale presenta un CH2 e un anello benzenico.
• Un gruppo fenile sostituisce un atomo di idrogeno dei metili dell'alanina.
• Tirosina: ha un ossidrile legato al gruppo fenile in posizione para.
• Ha legami ad idrogeno con l'acqua.
• L'OH fa parte della catena ed è classificata tra gli apolari, ma meno della fenilalanina.
• Triptofano: catena laterale complessa con un CH2 e un doppio anello eterociclico (indolo).
• Nell'anello è presente un atomo di azoto.

Amminoacidi Polari

• Gli amminoacidi polari si distinguono in non ionizzabili e ionizzabili.
• Serina: ha una catena laterale semplice ed idrofila (CH2OH).
• Treonina: La catena laterale CHOHCH3 è piccola da far prevalere l'idrofilicità del gruppo OH.
• Serina, treonina e tirosina hanno un gruppo OH nella catena laterale e sono suscettibili di fosforilazione.
• Asparagina: possiede un gruppo ammidico (CONH2) nella catena laterale e le funzioni ammidiche non hanno carattere acido base.
• NH2 non si protona a causa del gruppo C=O adiacente che sottrae elettroni.
• Glutammina: omologo superiore dell'asparagina.
• Cisteina: ha catena laterale CH2SH, prevale la polarità del gruppo SH. È chimicamente simile alla serina (CH2OH), ma ha lo zolfo al posto dell'ossigeno.

Cisteina

• La cisteina è un amminoacido polare simile alla serina ed ha una catena laterale CH2SH.
• A differenza della metionina (che ha una catena più lunga), la cisteina ha un gruppo SH polare.

Amminoacidi con catena laterale ionizzabile

• Sono 5 gli amminoacidi con una catena laterale ionizzabile: acida o basica.
• Acido aspartico/aspartato ha gruppo CH2COO- come catena laterale.
• Il pKa del gruppo carbossile della catena laterale è 3.9, quindi a pH 3.9 è metà COOH e metà COO-.
• A pH fisiologico (7.4), è COO-.
• La molecola dell'acido aspartico ha tre funzioni ionizzabili: due comuni e un altro COO- nella catena laterale.
• Quindi è un amminoacido con 2 cariche -1 e 1 +1.
• Il punto isoelettrico è la media aritmetica tra i pKa dei due gruppi carbossile.
• È intorno a 3, che significa che a pH 3 si può trovare l'acido aspartico con una carica netta pari a 0.
• Acido glutammico/glutammato ha CH2CH2COO-.
• Catena ionizzabile basica: Lisina, Arginina e Istidina.
• Lisina: CH2CH2CH2CH2NH3+ sul carbonio epsilon con quattro gruppi CH2: carbonio beta, gamma, delta e epsilon.
• Il gruppo amminico ha un pKa intorno a 10,5 e il punto isoelettrico si calcola facendo la media tra il pKa del gruppo.

Arginina

• L’Arginina(Arg, R) ha la catena laterale CH2CH2CH2 legano ad un gruppo guanidinico.
• Il gruppo pKa possiede 3 atomi di azoto.
• Il suo pKa è molto alto e si aggira intorno a 12,5, ed è amminoacido più basico.

Istidina

• Ha una catena aromatica caratterizzata da un CH2 legato ad un gruppo imidazolico ed è un composto organico ciclico aromatico.
• Presenta 5 atomi con cui 3 di carbonio e 2 di azoto.
• Ha un pKa intorno a 6 e fra tutti gli amminoacidi ha un'elevata pKa sulla catena.
• L'istidina è spesso si trova all'interno all'interno degli enzimi.
• Se l'istidina è protonata presenta una carica positiva che attrae carica negativa.
• Può intervenire un meccanismo di catalisi, donando ioni H+.

Selenocisteina

• La selenocisteina (Sec, U) è codificata dal codone UGA, che è anche un codone di stop.
• Se viene inserito all’interno di una catena nucleotidica particolare, selenocisteina non agisce come un codone si stop.
• Quando il t RNA di trasferimento legge UGA lega e trasforma la serina in selenocisteina.
• Il t RNA lega il ribosoma con il codone UGA e selenocisteina vieni incorporata nella catena.
• Raramente presente in poche proteine ha una funzione enzimatica, è una difesa antiossidante.
• La catena laterale CHSeH è formata da selenio (Se).

Altre Classificazioni degli Amminoacidi

• Amminoacdi si classificano in base all'ingombro sterico e le catene laterali.
• Gli amminoacidi che hanno una catena laterale poco ingombrante sono: glicina, alanina, la cisteina e la valina.
• Gli amminoacidi che hanno una catena laterale più grande sono: l'isoleucina, la leucina, la lisina, fenilalanina e il trptofano.
• Il punto di vista nutrizionale classificare gli a.a essenziale e a.a non essenziali.
• Il modo d'uso di un amminoacido può essenziale per noi ma non esserlo esserlo per un altro organismo.
• Se a all’interno dell'organismo deve comunque deve essere assunto con l'alimento.
• Gli amminoacidi essenziali nell'uomo sono 9 che vengono sintetizzati dal nostro organismo per i termini di energie che necessita.
• Come il triptofano: richiedono 15-16 reazioni e necessitano DNA per codificare i 15-16 enzimi.

Amminoacidi Essenziali

• Nove amminoacidi sono essenziali e quasi tutti apolari:
• Fenilalanina e triptofano (aromatici).
• Valina, leucina ed isoleucina (catena ramificata).
• Metionina, treonina, lisina e istidina.
• L'arginina è un prodotto essenziali nei primi mesi di vita fino al ciclo dell'urea
• Gli amminoacidi hanno molecole poco reattive come come esempio l’acido glutammico in acqua ha semplici reazioni acido – base.
• Al fine di ottenere che gli amminoacidi reagiscano tra di loro devono essere attivati i gruppi carbossile, questi processi possono avvenire solo nella sintesi proteica.

Legame Peptidico

• Un gruppo carbossilico con la catena R1 reagisce reagisce con il gruppo ammidico con la catena R2.
• La reazione crea una molecola e un legame tra il carbonio del carbossile e il carbonio con il gruppo azoto-ammidico.
• Questo legame ha valore peptidico.
• Gli amminoacidi vengono per esempio al tRNA e si porta sul ribosoma.
• Due residui cisteina possono dare avvio ad una reazione di ossidazione ma anche avvenire reazioni spontaneamente.
• Durante la reazione vengono elissi due atomi d zolfo ed è per questo che si chiama ponte disolfuro.
• La di cisteina forma una molecola di cortina soprattutto a pH basico.
• La reazione presenta un agente riducente ed il legame disolfuro viene rotto reistanilindo gruppi (SH)
• Un'altra reazione possono essere quella tra gruppo amminico e aldeica,come ad esempio avviene tra i tessuti della lisina e la molecola de glucosio.

Modifiche post – traduzionali

• Amminoacidi che non sono 21 normalmente presenti, ma possono esserlo.
• Non codificati dalle cellule ed è derivano post-traduzionali e in seguito alla catena.
• Possono essere reversibili o irreversibili.
• Nel collagene che è una proteina connettivale abbondante si possono trovare l'idrossiprolina o l'idrossilisina che sono triplete che di fatto non codificano quindi modificano l'arginina e la prolina.
• Le modifiche dopo sono irreversibili.
• Lo stesso vale per ala miosina dove la catena di lisina viene metilata.
• Nei fibrosa di lisina vi è alla destinazione che è una reazione.

Modifiche reversibili

• Serina , tirosina e treonina presentano un gruppo OH legato ad una catena e per questo di fosforilano.
• Il risultato della reazione è che avviene e de forporilazione o tornare alla base.
• Modificando tali amminoacidi la funzione stessa proteina si attiva.
• Tale situazione accade anche nell'' amminoacido arginina che può essere mutilata.
• Nella testina che lega il DNA che forma un nuclesoma, la lisina può essere modificata e si può legare all'AMP.

Amminoacidi e Metabolismo

• Oltre le proteine possono esistere altri amminoacidi coinvolti nel metabolismo.
• Ad esempio, l'ornitina che serve per la catena laterale e viene definita l'ormologo inferiore.
• La citrullina , e il gruppo uerico ( urea)
• Sono presenti nel ciclo cellulare dell' urea.
• Il gamma ammino butirrato chiamato anche( Gaba) è per l'appunto non alfa e deriva dalla descarbonizzazione.
• Tale reazione si forma nel neuro trasmetitore.