Proteine: struttura e amminoacidi

Ecco gli appunti di studio sul testo fornito:

• Le proteine sono macromolecole abbondanti essenziali per le funzioni biologiche cellulari.
• Sono il prodotto finale dell'espressione genetica.
• Sono composte da 20 amminoacidi legati covalentemente.
• La diversità delle proteine deriva dalla combinazione unica di questi 20 amminoacidi.
• Le proteine sono polimeri di amminoacidi legati da legami covalenti specifici.

Proprietà strutturali comuni degli amminoacidi

• Sono stati identificati oltre 300 amminoacidi, ma solo 20 sono codificati geneticamente.
• È la genetica a regolare l'ordine dei 20 amminoacidi nelle catene polipeptidiche.
• Tutti i 20 amminoacidi nelle proteine sono α-amminoacidi con un gruppo carbossilico e uno amminico legati al carbonio α.
• Si differenziano per il gruppo R (catena laterale), che ne influenza la struttura, le dimensioni, la carica e la solubilità in acqua.
• Ad eccezione della glicina, l'atomo di Cα è legato a 4 gruppi differenti, rendendo il carbonio α un centro chirale.
• Gli amminoacidi possono esistere come stereoisomeri configurazionali (enantiomeri), uno l'immagine speculare dell'altro.
• Esiste un sistema di nomenclatura per specificare la configurazione assoluta, identificando amminoacidi e zuccheri come enantiomeri D o L.
• Gli amminoacidi con configurazione assoluta simile alla D-gliceraldeide sono D-Aa, altrimenti sono L-Aa.
• I residui amminoacidi nelle molecole proteiche sono tutti enantiomeri di tipo L.
• Gli amminoacidi della serie D si trovano solo in pochi peptidi, svolgendo funzioni strutturali come nella parete batterica.
• Le cellule sintetizzano specificamente l'enantiomero L, poiché i siti attivi enzimatici sono asimmetrici e catalizzano reazioni stereoselettive.

Classificazione in base al gruppo R

• Gli amminoacidi a pH fisiologico esistono nella forma zwitterionica, comportandosi come ioni bipolari.
• Gli amminoacidi sono raggruppati in cinque classi principali in base alle proprietà dei gruppi R, in particolare la loro polarità.
• Cisteina, glicina, istidina e prolina sono difficilmente categorizzabili in queste classi.

Gruppi R alifatici, non carichi

• I gruppi R alifatici sono non polari e idrofobici.
• Alanina, valina, leucina e isoleucina si ripiegano all'interno delle proteine, stabilizzandole tramite interazioni idrofobiche.
• La glicina non contribuisce in modo significativo a causa di un H come suo gruppo R che conferisce flessibilità strutturale.
• La metionina contiene uno zolfo in forma di gruppo tioetere (R-S-R’).
• La prolina possiede una catena alifatica ciclica, con un gruppo amminico secondario (imminico) mantenuto in conformazione rigida.

Gruppi R aromatici

• Fenilalanina, tirosina, e triptofano, tutti relativamente idrofobici, presentano un anello benzenico nel gruppo R.
• Tirosina e triptofano sono più polari per la presenza di ossidrile e azoto nell'anello indolico, rispettivamente.
• Assorbono luce ultravioletta a 280 nm (nanometri), utile per analisi spettroscopiche.
• L'assorbanza è proporzionale al cammino ottico (l), alla concentrazione (c) e al coefficiente di estinzione molare (ε), come descritto dalla legge legge di Lambert-Beer: log(I₀/I) = εcl.

Gruppi R polari, non carichi

• I gruppi R di questi amminoacidi sono polari e idrofilici, per la presenza di atomi in grado di interagire con mediante la formazione di legami a idrogeno.
• Serina, treonina, cisteina, asparagina e glutammina.
• Serina e treonina acquisiscono polarità dalla presenza di gruppi ossidrilici.
• Asparagina e glutammina acquisiscono polarità dalla presenza di gruppi ammidici. La cisteina contiene un atomo di zolfo sottoforma di gruppo sulfidrilico; i suoi residui possono formare ponti disolfuro stabilizzando le strutture proteiche.

Gruppi R carichi positivamente (basici)

• Lisina, arginina e istidina sono amminoacidi con carica netta positiva a pH fisiologico. Lisina possiede un secondo gruppo amminico primario, l'arginina ha un gruppo guanidinico, e l'istidina ha un gruppo imidazolico aromatico. L'istidina è l'unico amminoacido con catena laterale ionizzabile a pH fisiologico, agendo come donatore e accettore protonico, utile per l'attività enzimatica.

Gruppi R carichi negativamente (acidi)

• Aspartato e glutammato hanno una catena laterale recante una carica netta negativa a pH fisiologico.
• Ciascuno dei due ha un secondo gruppo carbossilico.

Curve di titolazione degli amminoacidi

• Un amminoacido senza gruppo R ionizzabile esiste in soluzione acquosa come ione bipolare o zwitterione, comportandosi sia da acido che da base (anfoterico).
• Lo stato di ionizzazione dipende dal pH.
• La forma predominante a pH=7 è quella zwitterionica.
• La titolazione acido-base comporta l'aggiunta o rimozione di protoni a gruppi funzionali ionizzabili.
• A pH bassi, la glicina è completamente protonata con carica positiva; aumentando il pH, il gruppo -COOH perde protoni.
• C'è una relazione tra pH e carica netta dell'amminoacido.
• Il punto di flesso nella curva bifasica di titolazione è il punto isoelettrico (pI), dove la carica netta è zero.
• Il punto isoelettrico di glicina (senza gruppo R ionizzabile) è la media aritmetica dei valori pK1 e pK2.
• Un amminoacido ha carica netta positiva se pH < pI e negativa se pH > pI.
• Amminoacidi con gruppi R ionizzabili hanno curve di titolazione più complesse, con tre fasi corrispondenti alle tre tappe di ionizzazione con tre valori pkA.
• L'istidina è un amminoacido con gruppo R avente un pKa di 6.0 che le permette di tamponare in soluzione neutra.

Amminoacidi non comuni

Le proteine possono includere amminoacidi chimicamente modificati, come la 4-idrossiprolina derivata dalla prolina. La 4-idrossiprolina è una componente vitale del collagene. La prolil idrossilasi catalizza la conversione della prolina, richiedendo Fe²⁺ e vitamina C. Una carenza di vitamina C causa lo scorbuto dovuto alla compromissione della fibrillogenesi del collagene.

Le proteine sono macromolecole essenziali per le cellule, composte da 20 amminoacidi legati covalentemente. La diversità proteica deriva dalle combinazioni uniche di questi amminoacidi. Gli amminoacidi hanno proprietà strutturali comuni, con gruppi carbossilici e amminici legati al carbonio α.