Proteine: Amminoacidi e Legami Peptidici

Proteine

• Le proteine sono polimeri composti da amminoacidi come unità ripetitive.
• Ogni proteina ha una propria struttura che ne determina la specifica funzione.

Amminoacidi e Proteine

• Le proteine sono elementi strutturali e funzionali fondamentali nei sistemi viventi.
• Svolgono una vasta gamma di funzioni.
• Le proteine sono sintetizzate come sequenze di amminoacidi uniti in strutture polimeriche.
• Esistono circa 300 amminoacidi in natura, ma solo 20 sono codificati dal DNA e incorporati nelle proteine (amminoacidi proteici).

Struttura degli Amminoacidi

• Ogni amminoacido ha un atomo di carbonio centrale (α) legato a quattro gruppi:
• Un gruppo amminico basico (-NH2 o -NH3+).
• Un gruppo carbossilico acido (-COOH o -COO-).
• Un atomo di idrogeno (H).
• Una catena laterale (R) diversa per ogni amminoacido.

Legame Peptidico

• Le proteine si formano dall'unione di amminoacidi attraverso legami peptidici (o ammidici).
• Il legame peptidico si forma tramite condensazione, in cui il gruppo carbossilico (-COOH) di un amminoacido reagisce con il gruppo amminico (-NH2) di un altro, con eliminazione di una molecola d'acqua.

Funzioni delle Proteine

• La composizione amminoacidica influenza le proprietà chimico-fisiche della proteina.
• Gli amminoacidi non polari (idrofobici) rendono la proteina meno solubile in acqua (importante per le proteine di membrana).
• Nelle proteine solubili, gli amminoacidi polari si trovano sulla superficie, mentre quelli non polari sono confinati all'interno.

Struttura Tridimensionale delle Proteine

• La struttura primaria è la sequenza degli amminoacidi.
• Le sequenze alterate di amminoacidi possono causare malattie genetiche.
• La struttura tridimensionale è necessaria per l'attività biologica
• La conformazione delle proteine è dovuta alla formazione di diversi legami non covalenti.

Struttura Secondaria

• La struttura secondaria è la conformazione assunta da porzioni dello scheletro polipeptidico.
• Può essere un'alfa-elica o un foglietto-beta.
• Queste strutture sono stabilizzate da legami a idrogeno tra i gruppi CO e NH dei legami peptidici.
• La struttura secondaria si riferisce alla conformazione locale della catena polipeptidica ed è determinata da legami a idrogeno tra l'ossigeno del gruppo carbonilico e l'idrogeno del gruppo ammidico.

Alfa-elica vs. Beta-foglietto

• Alfa-elica: ponte a idrogeno ogni 3.6 amminoacidi, con il legame idrogeno che si instaura tra l'H dell'azoto ammidico e l'O del carbonile.
• Beta-foglietto: legami a idrogeno tra amminoacidi di diverse catene, formando un foglietto piegato.

Struttura Terziaria

• La struttura terziaria è la conformazione tridimensionale complessiva di una proteina, stabilizzata da:
• Legami non covalenti (ponti idrogeno, interazioni idrofobiche, legami ionici).
• Legami covalenti (ponti disolfuro).
• Le interazioni tra gruppi laterali di amminoacidi distanti causano il ripiegamento della catena polipeptidica.
• Il legame disolfuro si forma dall'ossidazione dei gruppi -SH di due cisteine vicine.
• Un dominio proteico è una parte di una catena polipeptidica che si ripiega indipendentemente in una struttura compatta e stabile.

Struttura Quaternaria

• La struttura quaternaria si ha quando più catene polipeptidiche (subunità) si associano per formare una proteina complessa (multimerica).
• Le subunità sono tenute insieme da interazioni non covalenti.
• Legami: esistono interazioni tra le subunità.
• monomeriche contengono 1 subunità.
• dimeriche contengono 2 subunità.
• trimeriche contengono 3 subunità.
• oligomeriche contengono un numero limitato di subunità.
• polimeriche contengono più subunità.

Emoglobina (Hb)

• L'emoglobina (Hb) è una proteina che lega l'O2 e si trova esclusivamente nei globuli rossi (eritrociti).
• La sua funzione principale è trasportare l'O2 dai polmoni ai tessuti.
• Ogni globulo rosso contiene circa 300x106 molecole di Hb.
• I globuli rossi hanno una vita media di 120 giorni.
• È composta da 4 subunità: 2 subunità α (141 amminoacidi) e 2 subunità β (146 amminoacidi), simili tra loro e alla mioglobina (Mb).
• Ogni subunità dell'Hb contiene un gruppo eme legato covalentemente.
• Ciascun eme con il suo ione Fe2+ può legare una molecola di O2.
• L'ossigenazione cambia il colore dal rosso scuro al rosso scarlatto, determinando la differenza di colore tra sangue venoso e arterioso.

EME - Struttura

• L'eme è costituito dalla protoporfirina IX, formata da quattro molecole di pirrolo legate insieme ad anello (anello tetrapirrolico) e da uno ione Fe2+ al centro.

EME e O₂

• Nella forma ossigenata, lo ione ferro Fe2+ dell'eme lega reversibilmente una molecola di O2.

Mioglobina

• La mioglobina (Mb) è una proteina legante l'O2 presente nel tessuto muscolare (cuore, muscoli scheletrici e muscolatura liscia).
• Funzione: serbatoio di O2 in quanto l'O2 libero è poco solubile in soluzioni acquose.
• La Mb aumenta la concentrazione effettiva di O2 nelle cellule muscolari.
• Trasporta O2 all'interno delle cellule muscolari facilitandone la diffusione verso i mitocondri.

Mioglobina - Struttura

• La mioglobina è una proteina globulare costituita da una sola subunità di 153 amminoacidi, disposti per l'80% ad α-elica.
• Presenta otto α-eliche (A-H) e lega covalentemente un gruppo eme in una tasca idrofobica interna.

Mioglobina ed Esercizio Fisico

• Durante l'attività muscolare, la pO2 diminuisce nelle cellule muscolari e la Mb rilascia il suo O2.
• Grazie alla sua alta concentrazione nel muscolo, la Mb rilascia grandi quantità di O2, soprattutto all'inizio dell'esercizio fisico.

Classificazione delle Proteine

• Molti enzimi contengono solo amminoacidi e sono proteine semplici.
• Altre proteine contengono gruppi chimici funzionali permanentemente associati e sono proteine coniugate.
• La parte non amminoacidica è detta gruppo prostetico.
• Le proteine possono essere classificate in globulari e fibrose.

Proteine Globulari

• Hanno catene polipeptidiche ripiegate in forma compatta, sferica o globulare.
• Solubili di tipo secondario e quasi sferica che assolvono diverse funzioni (e.g., enzimi, proteine di trasporto, proteine regolatrici, immunoglobuline).

Proteine Fibrose

• Sono di origine animale.
• Insolubili in acqua.
• Ruoli strutturali.
• Si dividono in cheratine, collageni e sete.
• le cheratine formano tessuti protettivi.
• i collageni formano tessuti connettivi.
• le sete formano i bozzoli dei bachi da seta.

Proteine Fibrose - Collagene ed Elastina

• Collagene ed elastina sono proteine fibrose del tessuto connettivo.
• L'unità fondamentale del collagene è il tropocollagene, una struttura a tripla elica allungata.
• Più molecole di tropocollagene formano una fibrilla di collagene.
• Le cheratine sono proteine nel citoscheletro delle cellule epiteliali.
• Due catene polipeptidiche a-elicizzate si avvolgono formando un protofilamento, e due protofilamenti si avvolgono costituendo un filamento di cheratina.

Proteine Coniugate

• Sono legate covalentemente a componenti non proteici.
• Comprendono glicoproteine, licoproteine, fosfoproteine, lipoproteine, cromoproteine e nucleoproteine.
• Le glicoproteine derivano dall'unione di porzioni proteiche con sequenze glucidiche.
• Le glicoproteine di membrana hanno un ruolo per l'adesione tissutale e riconoscimento intercellulare.

Altre Funzioni delle Proteine

• Enzimi (accelerano reazioni biologiche).
• Immunoglobuline (difesa contro infezioni batteriche e virali).
• Trasporto (es. emoglobina trasporta ossigeno).
• Ormoni (regolazione, es. insulina).
• Proteine strutturali (supporto meccanico, es. collagene).
• Proteine contrattili (actina e miosina per contrazione muscolare).