Proteine Struttura e Funzione PDF

Docente Sara Baldelli Lezione Proteine struttura e funzione  Sara Baldelli Proteine LE PROTEINE SONO DEI POLIMERI LE CUI U...

Docente Sara Baldelli Lezione Proteine struttura e funzione  Sara Baldelli Proteine LE PROTEINE SONO DEI POLIMERI LE CUI UNITA’ RIPETITIVE SONO GLI -AMMINO ACIDI: ogni proteina possiede una propria struttura, da cui dipende la specifica funzione. Proteine struttura e funzione 2 di 39  Sara Baldelli AA e proteine Le proteine rappresentano gli elementi strutturali e funzionali più importanti dei sistemi viventi. Svolgono un’ampia varietà di funzioni. Sono sintetizzate come una sequenza di amminoacidi uniti in una struttura polimerica; Esistono ca 300 amminoacidi in natura; solo 20 di essi sono codificati dal DNA e sono incorporati nelle proteine (amminoacidi proteici) Proteine struttura e funzione 3 di 39  Sara Baldelli AA Ogni amminoacido possiede un carbonio centrale detto α, al quale sono legati 4 gruppi: - gruppo amminico basico -NH2 (o anche -NH3 +) - gruppo carbossilico acido –COOH (o anche -COO- ) - un atomo di H - una catena laterale R diversa per ciascun amminoacido Proteine struttura e funzione 4 di 39  Sara Baldelli Legame peptidico Le proteine si formano dall’unione di amminoacidi legati con legame peptidico (legame ammidico); Il legame peptidico si realizza mediante condensazione del gruppo carbossilico -COOH del primo amminoacido col gruppo amminico (NH2) del secondo amminoacido con eliminazione di una molecola d’acqua. Proteine struttura e funzione 5 di 39  Sara Baldelli Legame peptidico Reazione di condensazione con eliminazione di una molecola di H2O Proteine struttura e funzione 6 di 39  Sara Baldelli Legame peptidico Proteine struttura e funzione 7 di 39  Sara Baldelli Funzioni delle proteine La composizione in amminoacidi di una proteina influenza le proprietà chimico-fisiche della proteina stessa; Amminoacidi non polari (idrofobi) renderanno la proteina poco solubile in H2O. Infatti, nelle proteine di membrana, gli amminoacidi non polari saranno concentrati nei segmenti di proteina che attraversano le membrane; In proteine solubili, gli amminoacidi polari saranno presenti sulla superficie mentre gli amminoacidi non polari saranno confinati all’interno della proteina. Proteine struttura e funzione 8 di 39  Sara Baldelli Struttura Tridimensionale delle proteine Proteine struttura e funzione 9 di 39  Sara Baldelli Struttura primaria E’ rappresentata dalla sequenza amminoacidica, per es: H2N- Met-Ala-Ala-Gly-Tyr-Trp-Gln-Ala-COOH; Tale ordine è determinato dalla sequenza polinucleotidica del DNA del gene corrispondente. Molte malattie genetiche sono dovute alla sintesi di proteine con una sequenza amminoacidica alterata. Proteine struttura e funzione 10 di 39  Sara Baldelli Struttura Tridimensionale Necessaria per l’attività biologica La conformazione delle proteine è dovuta alla formazione di legami non covalenti che tengono ripiegate alcune parti di un polipeptide: struttura secondaria e terziaria. Proteine struttura e funzione 11 di 39  Sara Baldelli Struttura secondaria E’ rappresentata dalla conformazione assunta da porzioni dello scheletro polipeptidico; Può essere: alpha-elica o foglietto-beta; Legame stabilizzante: legame a H tra CO e NH dei legami peptidici. Proteine struttura e funzione 12 di 39  Sara Baldelli Struttura secondaria Si riferisce alla conformazione locale della catena polipeptidica. E’ determinata da interazioni di tipo legame a idrogeno fra l’ossigeno di un gruppo carbonilico del legame peptidico e l’idrogeno del gruppo ammidico di un altro legame peptidico. Esistono due tipi di strutture secondarie: l’ a-elica ed il foglietto b. Proteine struttura e funzione 13 di 39  Sara Baldelli Struttura secondaria alpha-elica beta-foglietto ponte-H ogni 3,6 legami idrogeno fra aminoacidi di catene diverse aminoacidi foglietto piegato Il legame H si instaura tra l’H dell’azoto amidico e l’O del gruppo carbonilico residui esterni alla spirale. Proteine struttura e funzione 14 di 39  Sara Baldelli Struttura terziaria La struttura terziaria è la conformazione tridimensionale assunta da una proteina. Ciò è indispensabile per la sua attività È stabilizzata da legami non covalenti biologica come ponti idrogeno, interazioni idrofobiche tra amminoacidi non polari e legami ionici ma anche da legami covalenti. Proteine struttura e funzione 15 di 39  Sara Baldelli Struttura terziaria E’ la struttura tridimensionale dell’intero polipeptide Le interazioni tra i gruppi laterali degli amminoacidi, anche distanti nella sequenza, provocano un ripiegamento della catena polipeptidica Legami stabilizzanti: interazioni tra le catene laterali che causano il ripiegamento degli elementi di struttura secondaria presenti nel polipeptide. Proteine struttura e funzione 16 di 39  Sara Baldelli Struttura terziaria I gruppi laterali R instaurano interazioni deboli: 1. Legami ionici se un gruppo con carica negativa interagisce con un gruppo di carica positiva 2. Legami idrogeno 3. Interazioni di van der Waals tra i gruppi idrofobici laterali degli amminoacidi apolari; queste interazioni sono molto deboli ma importanti in quanto gli amminoacidi idrofobici si dispongono all’interno della proteina, contribuendo al suo ripiegamento in ambiente acquoso Legame disolfuro (detto ponte disolfuro –S-S-) (legame covalente) che si forma per ossidazione dei gruppi –SH di due cisteine che in seguito al ripiegamento della proteina si trovano vicine Proteine struttura e funzione 17 di 39  Sara Baldelli I legami disolfuro sono solitamente formati dall'ossidazione di gruppi sulfidrilici (−SH), specialmente in contesti biologici Proteine struttura e funzione 18 di 39  Sara Baldelli Struttura terziaria Rappresentazione della struttura terziaria di una proteina (mioglobina) con i vari tipi di interazioni che la stabilizzano Proteine struttura e funzione 19 di 39  Sara Baldelli Struttura terziaria di una protein chinasi Dominio proteico: parte di una catena polipeptidica che si può ripiegare indipendentemente in una struttura compatta stabile. 2 domini con funzioni regolatorie 2 domini con funzioni catalitiche Proteine struttura e funzione 20 di 39  Sara Baldelli Struttura quaternaria Molte proteine sono costituite da una sola catena polipeptidica (proteine monomeriche). Alcune proteine sono costituite da 2 o più catene polipeptidiche (subunità) strutturalmente identiche o diverse (proteine multimeriche). L’associazione di queste subunità costituisce la struttura quaternaria. Le subunità sono tenute insieme da interazioni non covalenti. Proteine struttura e funzione 21 di 39  Sara Baldelli Struttura quaternaria E’ presente nelle proteine costituite da più di una catena polipeptidica, ciascuna detta subunità Le proteine costuituite da 1, 2, 3 o più subunità sono dette monomeriche, dimeriche, trimeriche, oligomeriche, polimeriche Legami: Interazioni tra le subunità Proteine struttura e funzione 22 di 39  Sara Baldelli Struttura quaternaria Struttura quaternaria di una proteina tetramerica con 4 subunità Proteine struttura e funzione 23 di 39  Sara Baldelli Emoglobina (Hb) L’ Hb è una proteina legante l’O2 che si trova esclusivamente nei globuli rossi (GR, o eritrociti) La sua funzione principale è di trasportare l’O2 dai polmoni ai tessuti Ogni GR contiene ca 300x106 molecole di Hb I GR hanno una vita media di 120 giorni Proteine struttura e funzione 24 di 39  Sara Baldelli Emoglobina (Hb) E’ costituita da 4 subunità, 2 di tipo α (141 aa) e 2 di tipo β (146 aa), molto simili fra di loro e simili anche alla Mb Proteine struttura e funzione 25 di 39  Sara Baldelli Emoglobina (Hb) Ciascuna subunità dell’ Hb contiene un gruppo eme legato covalentemente. Ciascun eme con il suo ione Fe2+ può legare una molecola di O2 L’ ossigenazione risulta in un cambiamento di colore da rosso scuro a rosso scarlatto, responsabile della differenza di colore fra sangue venoso e arterioso. Proteine struttura e funzione 26 di 39  Sara Baldelli EME L’ eme è costituito dalla protoporfirina IX, formata da 4 molecole di pirrolo legate insieme ad anello (anello tetrapirrolico) e da uno ione Fe2+, che si trova al centro Proteine struttura e funzione 27 di 39  Sara Baldelli EME E O2 Nella forma ossigenata, lo ione ferro Fe2+ dell’eme lega reversibilmente una molecola di O2 Proteine struttura e funzione 28 di 39  Sara Baldelli MIOGLOBINA La Mb è una proteina legante l’ O2 che si trova nel tessuto muscolare: cuore, muscoli scheletrici e muscolatura liscia Ha la funzione di: serbatoio di O2: l’O2 libero non è molto solubile nelle soluzioni acquose. La Mb, legandolo, ne aumenta la concentrazione effettiva nelle cellule muscolari rendendolo disponibile al momento della contrazione Trasportatore dell’ O2 all’ interno delle cellule muscolari: ne facilita la diffusione verso i mitocondri. Proteine struttura e funzione 29 di 39  Sara Baldelli Mioglobina E’ una proteina globulare E’ costituita da 1 sola subunità di 153 amminoacidi, disposti per l’ 80% ad α-elica Le α-eliche sono 8 (A-H) La Mb lega covalentemente un gruppo eme (rosso nella figura), in una tasca idrofobica interna Proteine struttura e funzione 30 di 39  Sara Baldelli Mioglobina ed esercizio fisico Quando il muscolo lavora (e consuma O2 per ricavare l’energia necessaria per la contrazione), la pO2 nelle cellule muscolari diminuisce e la Mb cede il suo O2 Vista la grande concentrazione della Mb nel muscolo, la Mb è in grado di rilasciare grosse quantità di O2 al muscolo. Questo è specialmente importante all’inizio dell’esercizio fisico. Proteine struttura e funzione 31 di 39  Sara Baldelli Classificazione delle proteine Molti enzimi contengono solo amminoacidi e nessun altro gruppo chimico ® PROTEINE SEMPLICI. Altre proteine contengono, oltre agli amminoacidi, gruppi chimici funzionali permanentemente associati ® PROTEINE CONIUGATE. La parte non amminoacidica viene definita GRUPPO PROSTETICO. Proteine struttura e funzione 32 di 39  Sara Baldelli Classificazione delle proteine Le proteine possono essere classificate in due gruppi principali: proteine globulari e fibrose. Proteine struttura e funzione 33 di 39  Sara Baldelli Proteine globulari Le catene polipeptidiche sono ripiegate ed assumono forma compatta, sferica o globulare. Contengono più tipi di struttura secondaria, sono solubili in acqua, di forma quasi sferica, assolvono funzioni biologiche (enzimi, proteine di trasporto (p.es. albumina, emoglobina), proteine regolatrici, immunoglobuline, etc. Proteine struttura e funzione 34 di 39  Sara Baldelli Proteine fibrose Sono di origine animali, insolubili in acqua, Assolvono ruoli strutturali per lo più. Si dividono in tre categorie: Ø le cheratine Formano tessuti protettivi Ø i collageni Formano tessuti connettivi Ø le sete Come i bozzoli dei bachi da seta Proteine struttura e funzione 35 di 39  Sara Baldelli Proteine fibrose Collagene ed elastina, le due principali proteine del tessuto connettivo, sono tipici esempi di proteine fibrose. L’unità fondamentale del collagene è il tropocollagene, struttura a tripla elica allungata. Piu’ molecole di tropocollagene, ordinate tra loro testa coda costituiscono una fibrilla di collagene. Cheratine sono proteine fibrose tipiche del citoscheletro delle cellule epiteliali. Due catene polipeptidiche con struttura a-elicizzata si avvolgono tra di loro a costituire un protofilamento, e due protofilamenti si avvolgono tra loro in senso destrorso costituendo il filamento di cheratina. Proteine struttura e funzione 36 di 39  Sara Baldelli Proteine coniugate Molte proteine sono legate, covalentemente o non, a componenti non proteici. Queste comprendono: glicoproteine, licoproteine, fosfoproteine, lipoproteine, cromoproteine e nucleoproteine Glicoproteine: derivano dall’unione mediante legami covalenti di una porzione proteica con una o più sequenze glucidiche. - Importanza biologica: Le glicoproteine di membrana svolgono funzioni importanti per la coesione tissutale, per il riconoscimento intercellulare e per i fenomeni immunotari Proteine struttura e funzione 37 di 39  Sara Baldelli Altre funzioni proteiche I catalizzatori (acceleratori) delle reazioni biologiche noti come enzimi sono proteine Le proteine note come immunoglobuline sono la prima linea di difesa contro le infezioni batteriche e virali Le proteine di trasporto sono indispensabili per la vita. Ad esempio l’emoglobina trasporta l’ossigeno dai polmoni ai tessuti più lontani Molti ormoni, come l’insulina, sono proteine di regolazione Le proteine strutturali, forniscono un supporto meccanico. Il collagene è la proteina principale del tessuto connettivo e delle ossa Proteine come l’actina e la miosina servono per contrarre e distendere i muscoli Proteine struttura e funzione 38 di 39  Sara Baldelli Conclusioni In questa lezione abbiamo trattato: o Strutture delle proteine o Classificazione delle proteine o Funzioni principali e secondarie delle proteine o Esempi Proteine struttura e funzione 39 di 39