Struttura e Classificazione degli Amminoacidi

Ecco gli appunti di studio dettagliati sui testi forniti:

Struttura degli Amminoacidi

• Il carbonio alfa è il fulcro della struttura degli amminoacidi

• Quattro sostituenti sono legati al carbonio alfa: un gruppo carbossilico, amminico, un idrogeno, e la catena laterale R

• La catena laterale R è diversa per ogni amminoacido

• Gli amminoacidi si legano per formare catene lineari: peptidi (corte) o proteine (lunghe, >50 unità)

• Per rappresentare gli amminoacidi, si usa una proiezione di Fischer modificata: gruppo amminico a sinistra e carbossilico a destra

• La catena laterale R è posta in alto e l'idrogeno in basso nella proiezione di Fischer modificata

• Invertire due sostituenti in una struttura di Fischer inverte la configurazione, quindi si necessitano due inversioni per ripristinare la configurazione originale

Classificazione degli Amminoacidi Cellulari

• Gli amminoacidi presenti nella cellula possono essere prodotti dall'idrolisi delle proteine (αAA proteici/standard, o αAA rari/non standard)
• Possono essere metaboliti liberi (AA non proteici)
• Le proteine naturali sono costruite esclusivamente da L-amminoacidi

Famiglie di Amminoacidi

• Gli amminoacidi che costituiscono le proteine sono 20 e sono codificati a livello del genoma
• Gli amminoacidi si possono raggruppare in cinque famiglie in base alla natura chimica della catena laterale R:
  • Alifatica non polare
  • Polare non carica
  • Aromatica
  • Carica positivamente (basica)
  • Carica negativamente (acida)

Ulteriori Classificazioni degli Amminoacidi

• AA Acidi: glutammato e aspartato (monoamminodicarbossilici)
• AA Basici: arginina e lisina (diamminomonocarbossilici), istidina (anello imidazolico)
• AA solforati: cisteina e metionina
• AA aromatici: fenilalanina, triptofano e tirosina

Amminoacidi Non Standard

• Derivano dai 20 amminoacidi standard per modificazione chimica post-traduzionale
• Esempi di amminoacidi non standard si trovano nelle proteine della parete cellulare, nel collagene, nella protrombina, nella glutatione perossidasi ed altri

Elastina

• Deriva dall'unione tramite quattro residui della lisina ad un anello aromatico
• È una caratteristica proteina con elasticità e possibilità di deformarsi dalla pelle,
• In grado di allungarsi e contrarsi entro certi limiti senza subire danni.
• Prodotta dai fibroblasti del derma, e rappresenta il 2% del peso del derma
• Secreta come monomero (tropoelastina), e concorre insieme alle microfibrille di fibrillina a formare un reticolo tridimensionale che conferisce alla cute una certa elasticità.

Amminoacidi Non Proteici

• Ornitina è derivato aminoacidico con caratteristiche basiche, prodotto dall'organismo a partire dall'arginina dall'intervento dell'arginasi
• L'ornitina è un amminoacido iniziatore del ciclo dell'urea, grazie alla possibilità di interagire con il carbamil-fosfato, e per originare citrullina.

Gruppi Ionizzabili

• Gli amminoacidi contengono almeno due gruppi ionizzabili: il gruppo carbossilico e il gruppo amminico (o α-imminico per la prolina).
• Questi gruppi sono acidi e basi deboli, quindi non completamente ionizzati
• Di conseguenza gli amminoacidi sono molecole anfiprotiche, possono reagire sia come acidi che come basi.

Isomeri D e L

• La differenza fondamentale tra gli amminoacidi L e D è che L è l'enantiomero che ruota la luce polarizzata piana in senso antiorario (sinistra) mentre D ruota in senso orario (destra)
• Un amminoacido L è l'enantiomero che, in soluzione, ruota la luce polarizzata piana in senso antiorario
  • La lettera "L" deriva dal latino "Laevus" che significa "sinistra"
  • Questa rotazione è chiamata "attività ottica" e si misura utilizzando un "polarimetro"
• Nelle proteine fisiologiche si trovano principalmente amminoacidi L.
• Un D-amminoacido è l'enantiomero che ruota la luce polarizzata piana in senso orario ("Dexter" in latino)
• Gli amminoacidi D raramente prodotti nei sistemi cellulari e incorporati nelle proteine (possono essere presenti, ma di solito non proteiche)
  • Trovati in alcune pareti cellulari batteriche

Proprietà del Cα e Serie degli Amminoacidi

• Il II Calpha è legato a 4 diversi sostituenti, pertanto è un atomo di C asimmetrico; ciò fa sì che ciascun amminoacido esista in 2 forme isomeriche (stereoisomeri) che possono essere orientate nello spazio secondo 2 conformazioni: Le D, l'una immagine speculare dell'altra (eccezione: la Gly)
• Gli amminoacidi presenti nelle proteine sono tutti della serie L

Punto Isoelettrico

• Un amminoacido è solubile sia in acidi che in basi Occorre raggiungere un valore di pH a cui l'amminoacido ha carica netta zero (zwitterione) per estrarlo dall'acqua
• Questo valore di pH è chiamato punto isoelettrico

Punto Isoelettrico nei Dettagli

• Il punto isoelettrico è il valore di pH in cui un amminoacido esiste principalmente nella sua forma elettricamente neutra
• Conoscendo i valori di pKa dei gruppi COOH e NH3+ di un amminoacido (senza catene laterali ionizzabili), si può calcolare il pI come la media dei due valori

Amminoacidi Essenziali e Non Essenziali

• Cellule usano amminoacidi attingendo ad un pool di amminoacidi liberi che provengono da tre fonti:
  • Sintesi (aa non essenziali)
  • Processi di assorbimento (aa essenziali: devono essere introdotti con la dieta)
  • Demolizione di proteine (riciclaggio)
• Amminoacidi essenziali non possono essere sintetizzati nell'organismo e devono essere assunti con gli alimenti (proteine)
• Il fabbisogno di amminoacidi può essere soddisfatto solo se tutti gli amminoacidi essenziali sono presenti nella dieta
• Un amminoacido è un reagente limitante: se manca, la sintesi proteica si interrompe, anche se gli altri sono abbondanti

Fonti di Amminoacidi Essenziali

• Alimenti ricchi di AA essenziali: proteine di origine animale (carne, pesce, uova, latte, formaggi)
• Alimenti poveri (o carenti) di AA essenziali: proteine di origine vegetale (proteine di farina di mais, riso, grano, soia)
• Apporto giornaliero ideale di proteine: circa 1g di proteine per kg di peso corporeo.

Legame Peptidico

• Un legame peptidico si forma tra due amminoacidi, con rimozione di molecola d'acqua fra il gruppo carbossilico di un amminoacido con il gruppo amminico dell'altro.

Catene Polipeptidiche

• Una catena polipeptidica ha una parte ripetitiva (catena principale) e una parte variabile (catene laterali)
• Solitamente le catene hanno da 50 a 2000 residui amminoacidici:
• Il peso molecolare varia da 5500 a 220000
• L'unità di massa è il Dalton (una proteina con PM=100000 ha una massa quindi di 100 kDalton)

Polimeri

• Peptidi: polimeri di amminoacidi con PM inferiore a 5000 (non più di 40-50 aa - peso molecolare medio di un residuo amminoacidico = 110)
• I peptidi possono provenire dalla degradazione delle proteine oppure trovarsi liberi perchè svolgono importanti attività biologiche

Proteine e Amminoacidi

• Le proteine sono polimeri composti da amminoacidi ripetitivi, e ogni proteina ha specificità nella struttura e nella funzione
• Elementi strutturali e funzionali dei sistemi viventi, ampio spettro di funzioni
• Sono ca 300 amminoacidi esistenti ma solo 20 codificati dal DNA e incorporati nelle proteine (amminoacidi proteici)
• Ogni amminoacido possiede: carbonio alfa legato a gruppo amminico (basico), gruppo carbossilico (acido), un atomo di H, e un gruppo R
• Le proteine si formano quando gli amminoacidi, mediante legame peptidico (ammidico), si uniscono eliminando una molecola d'acqua

Funzioni Proteiche

• La composizione in amminoacidi di una proteina influenza le proprietà chimico-fisiche.
• Gli amminoacidi non polari (idrofobi):
• Rendo meno solubile la proteina
• Si concentrano nei segmenti di proteina che attraversano le membrane.
• Amminoacidi polari si trovano sulla superficie, mentre quelli non polari sono confinati

Struttura tridimensionale delle Proteine

• La struttura tridimensionale è essenziale per la funzionalità biologica ed è data dalla sequenza amminoacidica.
• Struttura secondaria (alpha-elica, o foglietto-beta) può essere stabilizzata da legami:
• A Idrogeno fra CO e NH dei legami peptidici Si riferisce alla conformazione locale e la catena polipeptidica
• Il legame è determinato di tipo legame a idrogeno fra l'ossigeno di un gruppo carbonilico del legame peptidico tra l'idrogeno del gruppo amminoacidico

Struttura terziaria

• E' la conformazione tridimensionale assunta da una proteina stabilizzata da legami non covalenti,come ponti idrogeno, interazioni idrofobiche e legami covalenti

Struttura quaternaria

• Presente nelle proteine costituita da più di una catena polipeptidica definita "sub-unità", e le sub-unità sono tenute insieme da interazioni non covalenti

Emoglobina

• L'emoglobina (Hb) è una proteina che trasporta l'ossigeno ed si trova esclusivamente nei globuli rossi (GR, o eritrociti)
• Funzione: trasportare l'O2 dai polmoni ai tessuti
• Un globulo rosso contiene ca 300x106 molecole di Hb e ha vita media di 120 giorni
• E' costituita da 4 subunità: 2 di tipo α (141 aa) e 2 di tipo β (146 aa); ognuna contiene un gruppo eme che lega covalentemente
• Ciascun eme ha un'ione Fe2+ che lega una molecola di O2
• L'ossigenazione cambia il colore da rosso scuro a scarlatto

Componenti dell'EME

• L'eme composto dalla protoporfirina IX (4 molecole di pirrolo legate ad un anello), e da uno ione Fe2+
• Lo ione ferro dell'eme lega reversibilmente una molecola di O2
• La mioglobina è una proteina legante l'O2 e si trova nel tessuto muscolare (cuore, muscoli scheletrici e muscolatura liscia)
• Ha funzione di serbatoio (O2 libero non è solubile in acqua) e lo rende disponibile alla contrazione muscolare
• Formata di una sub-unità di 153 amminoacidi, disposti ad α elica

Elastina e Tessuti

• E' fatta di 2 di tipo α 80%, e lega collegamento covalente di un gruppo eme.

Mioglobina ed esercizio fisico

• Il muscolo consuma O₂; e questo la fa diminuire nelle cellule muscolari cosicchè che la Mb cede O₂ vista la grande concentrazione della Mb
• Questo speciale l'esercizio fisico.

Classificazione delle Proteine: Struttura e Gruppi.

• Proteine semplici: enzimi contenenti solo amminoacidi

• Proteine coniugate: contengono gruppi chimici funzionali permanentemente associati.

• GRUPPO PROSTETICO

• Esempi: lipoproteine (proteine di trasporto dei lipidi), glicoproteine, fosfoproteine, emoproteine, flavoproteine e metalloproteine

• Funzione proteiche:

  • Catalizzatori accelerano le reazioni biologiche,
  • Immunoglobuline prima linea di difesa contro le infezioni,
  • Proteine di trasporto: emoglobina
  • Ormoni come l'insulina: regolazione
  • Le proteine strutturali, forniscono un supporto meccanico a il collagene, e
  • Proteine come l'actina e la miosina

• Classificazione delle proteine in base alla forma quindi proteing globulari e fibrose

Vitamine e Micronutrienti

• Macro e micro-nutrienti (vitamine e minerali)
• Micronutrienti: < 1g (la RDA raccomanda l'assunzione giornaliera)
• FUNZIONI DELLE VITAMINE*
• Biologica: accrescimento, protezione degli epiteli
• Biochimica: funzione coenzimatica
• Farmacologica: a dosi alte

Vitamine: Caratteristiche Generali

• Molecole organiche indispensabili nei processi metabolici sintetizzate dall'organismo in modo insufficiente
• Bioregolatori (simili a ormoni ed agli enzimi)
• Regolano e coordinano il metabolismo cellulare e degli organi.
• La loro mancanza induce l'avitaminosi (malattie di tale mancanza)
• Fattore che provoca la carenza è la diminuzione della vitamina negli alimenti per la lavorazione e la diete povere

Ipovitaminosi (carenze) causate da:

• Assorbimento intestinale
• Aumento del fabbisogno di certe vitamine

Unità internazionale

• Dose minima sufficiente a curare le carenze di vitamina, e che cambia al cambiare della vitamina.

Vitamine: Classificazione

• Idrosolubili: C, gruppo B= B1, B2, B3, B5, B6, B7, B9 E B12 ( non si accumulano ed agiscono da cofattori enzimatici)
• Liposolubili: A, D, E, K I, F (accumulate nel tessuto adiposo ed alcune sono cofattori)

Complesso Vitaminico B

• Composto da 18 Vitamine, in lieviti, producendo composti in sintesi
• Costituiscono il gruppo prostetico del ciclo di Krebs
• Tiamina (B1): composto solubile in acqua, e si occupa della decarbossilatione dell'acido piruvico
• Particolarmente contenuti sono legumi, germe, fegato,rene
• La sua mancanza porta problemi al metabolismo, e problemi nervosi, Cardiovascolari
• Riboflavin (B2): Importante per la rigenerazione degli enzimi della catena respiratoria,e sono abbondanti nel latte, carne,e fegato
• Niacina: un componente dei do coenzimi NAD e NADP responsabili coinvolgono nei processi di respirazione glucida cellulare.
• acido pantotenico: Ubiquitario per il coenzima A
• Acido Folico: complesso con derivato pteridinico che nei prodotti fondiali. che può portare leucopenia e diarrea
• Acido Ascorbico (vitamina C): Con diversi rapporti con quella le carboidrati
• Il suo forte potere è interviene meccanismi ossido-riduttivi, sul metabolismo