Carboidrati: Struttura e Funzioni PDF
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UniCamillus – Saint Camillus International University of Health Sciences
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Questo documento tratta l'argomento dei carboidrati, fornendo una panoramica dettagliata della loro struttura, classificazione e funzioni biologiche. Vengono descritti i monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi, assieme alle loro reazioni chimiche e importanza nel metabolismo cellulare. Il testo esplora la glicolisi e altri processi biochimici legati ai carboidrati.
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I CARBOIDRATI S ono le molecole più abbondanti sulla terra. La loro ossidazione è la principale via di produzione di energia nelle cellule non fotosintetiche. Svolgono diverse funzioni: - strutturale - lubrificazione - riconoscimento ed adesione cellular...
I CARBOIDRATI S ono le molecole più abbondanti sulla terra. La loro ossidazione è la principale via di produzione di energia nelle cellule non fotosintetiche. Svolgono diverse funzioni: - strutturale - lubrificazione - riconoscimento ed adesione cellulare - segnali per la localizzazione intracellulare etti idrati del carbonio, hanno come gruppo funzionale OH per questo possono essere definiti D anche come polialcoli. Sono poliidrossi aldeidi o chetoni, possiamo dividerli in tre classi Recentemente sono stati divisi in - carboidrati a rapido assorbimento - carboidrati a lento assorbimento Un afflusso di glucosio troppo rapido si ripercuote negativamente sul livello di glicemia nel sangue Hanno ruoli diversi : - forniscono calore - formano macromolecole strutturali - hanno effetti sulla sazietà - controllano la glicemia ed il metabolismo del glucosio - non solo fermentabili e quindi aumentano la massa fecale - fermentazione (fibre) con la formazione di acidi a corta catena (acido propionico, acido butirrico, acido acetico) - regola la glicosilazione delle proteine cellulari e plasmatiche (albumina, emoglobina, lipoproteine) - MONOSACCARIDI sono zuccheri semplici sono fatti da una sola unità di poliidrossi aldeide o chetone. Il monosaccaride più abbondante in natura è il D-glucosio, se sono a quattro o più atomi tendono a formare strutture cicliche Sono aldeidi o chetoni con due o più gruppi ossidrilici, il glucosio ed il fruttosio, sono a 6c e hanno 5 gruppi ossidrilici. Molti C sono centri chirali e == generano stereoisomeri degli zuccheri, questo è importante in quanto gli enzimi che agiscono su questi zuccheri sonostereospecifici, questa affinità si riflette poi sulla Km o sulle costanti di legame S ono solidi cristallini incolori e solubili in h2o. Sono fatti da una catena non ramificata di atomi di carbonio dove tutti gli atomi sono uniti da legami singoli. Nella forma a catena aperta un’atomo di C è legato con un doppio legame ad un ossigeno formando un gruppo carbonilico. In base a dove si trova il doppio legame saranno aldeidi o chetoni, aldo…. cheto…. ( es aldotetrosi, chetoesosi) NB FORMULE FRUTTOSIO, GLUCOSIO, RIBOSIO t riosi 3uno importante è la gliceraldeide, presenta il numero minimo di atomi di C disponibili. Presenta un solo C chirale, il fatto che sia D o L dipende dalla posizione del gruppo ossidrilico rispetto al C chirale tetrosi 4insieme a quelli a 7 sono detti zuccheri inusuali in quanto si formano solo come prodotti intermedi nel ciclo deitrioso fosfati. pentosi5 D-ribosio e 2 deossi D- ribosio esosi 6tra i principali abbiamo D-glucosio (aldoso)e D-fruttosio (chetoso) eptosi 7 T utti i monosaccaridi, tranne il diidrossiacetone, hanno 1 o più centri chirali e quindi hanno in natura forme isometriche otticamente attive. Per rappresentare la conformazione di uno zucchero su un piano si usano leformule proiettive di fisherdovei legami orizzontali si proiettano verso il lettore al di fuori del piano, mentre quelli verticali sono orientati verso il basso. Gli stereoisomeri possono essere divisi in due gruppi che differiscono per la configurazione intorno al centro chirale più lontano dal gruppo carbonilico. Quelli che a livello di questo atomo di C hanno una conformazione identica a quella della L gliceraldeide vengono detti isomeri L, quelli simili alla D gliceraldeide saranno D. Quindi quando il gruppo OH dell’atomo di carbonio chirale è a destra nella formula di proiezione che mette il carbossilico all’estremità in alto è un isomero D (destrogiro), se OH è a sinistra è isomero L (levogiro) La maggior parte degli esosi presenti negli organismi appartiene agli isomeri D, ma non si sa ancora il perchè. Mentre tutti gli aminoacidi presenti in una proteina appartengono alla serie L Quando due zuccheri differiscono solo per la configurazione attorno ad un C allora sono dettiEPIMERI, es D-glucosio e D-galattosio, negli aldosi ho 4 carboni chirali e quindi posso avere molti epimeri, infatti posso ottenere una molecola diversa cambiando solo 1 C In soluzione acquosa però gli aldotetrosi e tutti gli altri monosaccaridi con 5 o più C assumono una forma ciclica, ad anello in quanto il gruppo carbonilico forma un legame covalente con l’atomo di O. La formazione di queste strutture ad anello è il risultato di reazioni generali tra aldeidi o chetoni ed alcoli a dareemiacetalioemichetali. Ad un atomo di carbonio carbonilico posso aggiungere due alcoli, con il primo formo gli emiacetali. Se in queste strutture =O e OH sono presenti sulla stessa molecola allora si forma un anello a 5 o 6 atomi. Dalla prima aggiunta si generale un ulteriore centro chirale, e dato che l’alcol si può attaccare su entrambi i lati si creeranno due stereoisomeri indicati con alfa e beta. Se aggiungo una seconda molecola di alcol produco l’acetale o chetale completo e il legame che si forma viene dettoglicosidico. Se a reagire sono due monosaccaridi allora l’acetale o chetale che si forma è un disaccaride Le forme isomeriche dei monosaccaridi che differiscono solo per la configurazione intorno all’atomo di C emiacetalico sono detteanomerichee il C è dettocarbonio anomerico. Quando il fruttosio forma i composti ciclici, e come lui tutti i chetoesosi, formano un anello furanosicocontenente un legame emichetalico Gli anelli a 6 membri sono dettipiranosiperchè derivanodal pirano, anello eterociclico a 6 membri. Le strutture cicliche degli zuccheri vengono rappresentate dalle formule prospettiche dihaworth, dove l’anello viene inclinato in modo da rendere il piano quasi perpendicolare a quello della pagina er converitrli in forma circolare devo numerare i C partendo da quello anomerico e poi andare in P senso orario. Se nella proiezione di Fischer il gruppo ossidrilico è a destra allora nella formula di Haworth questo sarà in basso rispetto all’atomo su cui è legato e viceversa Se il gruppo terminale è CH2OH protenderà verso l’alto nell’enantiomero D e verso il basso nell’L volte nella forma ciclica, per esempio nel glucopiranosio gli angoli di A legame sono di 120°, ma noi sappiamo che la misura più stabile di angolo è 109,5° e quindi la molecola si distorce per rendere gli angoli il più vicino possibile ai valori ideali e == ottengo conformazioni a sedia ed a barca Leconformazioni, sono interconvertibili senza larottura di legami covalenti, mentre dueconfigurazioni,, possono essereconvertite l’una nell’altra solo con la rottura. Quelle interconvertibili sono per esempio le conformazioni a sedia ed a barca, queste strutture sono indispensabili per determinare proprietà e funzioni bioligiche. la figura di fianco è conformazione a sedia - derivati degli esosi Esistono derivati saccaridici in cui un gruppo ossidrilico viene rimpiazzato da un altro sostituente, oppure un atomo di carbonio viene ossidato a gruppo carbossilico. - Negliamminozuccheriho la sostituzione dell’ossidrileOH con NH3, questi formano molti polimeri, compresi quelli delle pareti cellulari dei batteri. Trasformano quindi gli zuccheri nella relativa ammina. La galattosammina nello schema ha un altro epimero, la glucosamina dove cambia la posizone di OH in C4 - eideossizuccheri n sostituisco OH con H, questi fanno parte delle glicoproteine e dei glicolipidi e nei polisaccaridi delle piante - neglizuccheri acidi, ossido il gruppo carbonilico in carbossilico - acidi sialicizucchero con uno scheletro a 9 atomi di C, Il gruppo carbossilico di questi derivati è ionizzato a PH 7 ed è quindi corretto chiamarli carbossilati ella sintesi e nel metabolismo N dei carboidrati gli intermedi che si formano spesso non sono zuccheri ma i loro derivati fosforilati. Lafosforilazione è un processo con cui elimino un H dal gruppo OH ed aggiungo PO3- (gruppo fosfato) questa sostituzione avviene sul carbonio 1 anomerico o sul 6 (nel glucosio) e serve per il metabolismo, infatti il glucosio che si trova nel sangue entra nella cellula che ne ha bisogno per gradiente di concentrazione, devo però evitare che questo fuoriesca prima che la cellula lo utilizzi, per farlo allora appena entra nella cellula un enzima della glicolisi lo maschera attaccando il fosfato, cosi il glucosio non esce più. La fosforilazione serve anche per attivare gli zuccheri per le trasformazioni successive - ossidazione dei carboidrati avviene con l’aggiunta di un gruppo carbossilico (COOH) , e può avvenire in due punti, o al c1, o al c6 o entrambi - reazione di Fehling i monosaccaridi possono essere ossidati da agenti ossidanti come dallo ione rameico Cu+ o da Fe3+. In queste reazioni il gruppo carbossilico. Il glucosio e gli altri zuccheri in grado di ridurre lo ione rameico sono dettizuccheri riducenti - OLIGOSACCARIDI Sono formati da una catena corta di monosaccaridi uniti tra loro da legami glicosidici. I più abbondanti sono i disaccaridi formati da due unità, di cui il più comune è il saccarosio fatto da d-glucosio e d-fruttosio. Nelle cellule la maggior parte degli oligosaccaridi che hanno 3 o più unità non si trovano isolati, ma legati a molecole non glucidiche, lipidi e proteine a formare i glicoconiugati. Sono quelle strutture che formano il glicocalice, il guscio protettivo che sta fuori della cellula e serve per il riconoscimento e la protezione. Sono glucidi biologicamente attivi se coniugati con proteine (glicoproteine) e lipidi (glicolipidi). La loro principale funzione è il riconoscimento cellulare. Sono zuccheri che pongono resistenza alla digestione nel tratto gastrointestinale superiore; arrivano nel colon immutati dove avviene la fermentazione I disaccaridi come maltosio, lattosio e saccarosio sono fatti da due monosaccaridi uniti da un legame O-glicosidico che si forma quando un gruppo ossidrilico dello zucchero reagisce con l’atomo di C anomerico dell’altro zucchero, questa reazione forma un acetale da un emiacetale e da un alcol. Il composto generato si chiamaglicoside, ed avvienecon la liberazione di una molecola di h2o I legami glicosidici sono facilmente idrolizzati dagli acidi, ma sono resistenti all’azione delle basi. Il legame N glicosidico unisce il C anomerico di uno zucchero con un azoto delle glicoproteine e dei nucleotidi. Quando un carbonio anomerico è impegnato in un legame glicosidico l’interconversione tra le forme cicliche e quelle lineari non può avvenire. E quindi la formazione di un legame glicosidico rende lo zucchero resistente all’ossidazione e == non riducente. Nei disaccaridi o polisaccaridi l’estremità di una catena con un C anomerico libero viene dette estremità riducentedella catena er nominare il nome ai disaccaridi riducenti scrivo il nome del composto con l’estremità non P riducente a sinistra e lo costruisco così 1. indico la configurazione alfa o beta dell’atomo di C anomerico che congiunge la prima unità monosaccaridica (sinistra) con la seconda 2. do il nome al monosaccaride non riducente, e metto ‘’furanosil’’ se è a 5c o ‘’piranosil’’ se è a 6 c 3. indico tra parentesi i due C uniti con una freccia tra i due numeri (1–4) ed inserisco il nome del secondo monosaccaride Es maltosio_ alfa-d-glucopiranosil-d-glucopiranosio Quindi questa nomenclatura specifica l’ordine delle unità, la configurazione di ogni C anomerico e gli atomi di C coinvolti nel legame glicosidico S e la reazione è tra due beta allora il legame sarà obliquo (a forma di onda) perché i due OH sono in posizioni diverse. Se è alfa sarà lineare L ATTOSIO : d glucosio + d galattosio MALTOSIO: d glucosio + d'glucosio SACCAROSIO: glucosio + fruttosio, viene sintetizzato dalle piante, ma non dagli animali superiori, non ha C anomerici liberi perché entrambi quelli presenti sono coinvolti nel legame glicosidico - POLISACCARIDI sono polimeri di zuccheri con più di 20 unità, alcuni ne hanno anche migliaia - cellulosa: catena lineare - glicogeno: catena ramificata - amido: catena lineare (amilosio) o ramificata (amilopectina) Noi non siamo in grado di produrla, ma possiamo introdurla ed usarla come unità singole di glucosio spacchettando. infatti il nostro metabolismo ha un ordine preciso 1. usa per prima la glicemia contenuta nel sangue 2. usa fruttosio, galattosio e mannosio, i disaccaridi 3. passa la glicogeno che prende dai serbatoi del corpo 4. attua in fine il metabolismo lipidico L a maggior parte dei carboidrati è presente in natura sotto questa forma, sono polimeri con massa molecolare molto elevata. Sono chiamati ancheglicani Possono essere - omopolisaccaridicontengono solo un tipo di unitàmonomerica, sono spesso usati come riserva di unità monomeriche - eteropolisaccaridisono formati da due o più tipidi unità monomeriche, forniscono supporto extracellulare, per esempio compongono il peptidoglicano I polisaccaridi hanno una massa definita a differenza della proteine. Per la loro sintesi non si ha uno stampo definito, ma la il processo è intrinseco agli enzimi che catalizzano la polimerizzazione I principali sono AMIDO nelle piante e GLICOGENO negli animali, entrambi si trovano all’interno delle cellule sotto forma di granuli. AMIDO, fatto da due polimeri di glucosio,l’amilosioe l’amilopectina. il primo è fatto da due catene non ramificate di residui di Dglucosio, uniti da legami alfa 1-4, queste hanno un peso molecolare che varia da poche migliaia a più di un milione, è più stabile in quanto fatto da strutture rigide a sedia adiacenti AncheL’amilopectinaha elevato peso molecolare, mala differenza è che è altamente ramificata, infatti i legami sono sia alfa 1-4 che alfa 1-6, presenta ramificazioni ogni 20 redui di glucosio E’ presente in forma di granuli in tutte le cellule vegetali, in particolare nei semi e nei tuberi GLICOGENO, è il polisaccaride di riserva più importantenegli animali, fatto da residui di glucosio 1-4 alfa, con ramificazioni che iniziano da 1-6. E’ più ramificato e più compatto dell’amido, uno ogni 1 ogni 8 residui. Presente in granuli nelle cellule epatiche e nei tessuti muscolari Il glucosio ha la stessa struttura di base dell’amilopectina, ma con più ramificazioni Nella figura in basso a sx vedo un pt di ramificazione dell’amilopectina nella figura in basso a dx un granulo di amido ome possiamo vedere ogni ramificazione di glucosio termina con un residuo non riducente quindi C se ha n ramificazioni avrà n+1 estremità non riducenti. Quando il glicogeno viene usato come riserva di energia le unità di glucosio vengono rimossi una alla volta dalle estremità non riducenti ELLULOSA C una fibra resistente ed insolubile in h2o, si trova nelle cellule delle pareti vegetali. Come l’amilosio è un omopolisaccaride lineare non ramificato contenete d-glucosio. Ha però, a differenza dell’amilosio residui di glucosio con configurazione beta, quindi i residui sono legati da legami beta 1-4, questo conferisce la proprietà di ripiegarsi in modo diverso nello spazio. Ha una struttura dura e fibrosa che la rende molto utile per la produzione di alcuni prodotti commerciali. licogeno ed amido quando vengono ingeriti vengono idrolizzati dalle alfa amilasi e dalle glicosidasi, G mentre la cellulosa ha bisogno di enzimi diversi per idrolizzare il legame beta 1-4, enzimi che molti animali non possiedono, sono presenti invece in molti animali invertebrati, come artropodi e nematodi. L’unica eccezione sono i bovini e gli ovini, == i ruminanti che hanno un compartimento dello stomaco con enzimi appositi per la digestione della cellulosa. Determinati organismi possono portarne la degradazione e formare petrolio greggio na struttura chimica molto simile alla cellulosa è lachitina, differiscono solo per la sostituzionedi U un ossidrile con un gruppo acetilico in C2, è un omopolisaccaridie formato da residui di n-acetilglucosamina. Forma fibre estese e non può essere digerita dagli animali. E’ il componente principale dell’esoscheletro degli insetti e dei molluschi L A FIBRA E’ costituita da composti che non possono essere degradati dagli enzimi umani. E’ fatta infatti da cellulosa, lignina (una fibra insolubile), emicellulosa, beta-glucani, pectine, gomme, altri polisaccaridi (di fibre solubili). Lepectinesono un polimero dell’acido galatturonicocontenenti molti gruppi metossilici. Sono fondamentali per controllare i movimenti dei fluidi nei vegetali. Le emicellulose sono polimeri molto eterogenei (xilani e arabinogalattani) che costituiscono la principale fibra dei cereali. L’unità bae della lignina è il fenil-propano, derivatizzato da molti gruppi metossilici. Non viene ne degradato ne fermentato LEGAMI IDROGENO E RIPIEGAMENTO DEI POLISACCARIDI Il ripiegamento dei polisaccaridi segue le stesse leggi dei polipeptidi: strutture con legami covalenti formano strutture macromolecolari trinsionali stabilizzate da interazioni deboli tra le molecole: legami a idrogeno, interazioni idrofobiche, van der waals, interazioni elettrostatiche (solo per i polimeri con le subunità cariche). I 3 polisacc. sono fatti da subunitàpiranosiche:con anelli a 6 membri; possiamo quindi rappresentare le molecole come una serie di anelli pranosici rigidi uniti da 1 atomo di O che fa da ponte tra 2 C (legameglicosidico). La rotazione attornoa questo legame che fa da ponte è limitata dall’ingombro sterico dei sostituenti, ed inoltre influisce anche l’effetto elettronico del carbonio anomerico. L a struttura tridimensionale più stabile nelle molecole con legami alfa 1-4 è quella dell’elica fortemente avvolta, stabilizzata da legami ad H intercatena. EGRADAZIONE DEI POLISACCARIDI D Per i disaccaridi ci sono delle specificheidrolasi,saccarasi, lattasi, maltasi, se gli enzimi non operano efficientemente si possono avere fenomeni di intolleranza. I monosaccaridi vengono assorbiti molto rapidamente (importanza del rilascio lento) Amidi glicemici e resistenti non vengono degradati nell’intestino tenue ma si fermano nel crasso E TEROPOLISACCARIDI Peptidoglicano,è il componente della parete battericaed è un ETEROPOLIMERO fatto da successione di residui di N-acetilglucosammina e di acido N- acetilmuramico, uniti da legami beta 1-4. I polimeri lineari giacciono l’uno accanto all’altro nella parete cellulare, legati tra loro da piccoli peptidi, la cui struttura dipende dalla specie batterica. I peptidi uniscono quindi i polisaccaridi in un'unica struttura, il peptidoglicano che avvolge l’intera cellula, impedendo il rigonfiamento e la lisi dovuti all’entrata di acqua per osmosi. Illisozimaha il compito di uccidere i batteri idrolizzandoil legame glicosidico beta 1-2 tra questi due acidi N; questo enzima è presente anche nelle lacrime degli esseri umani, presumibilmente come difesa contro le infezioni batteriche dell’occhio e viene prodotto da alcuni virus batterici che lo usano per abbandonare la cellula ospite, tappa del loro ciclo di infezione. La penicillina ed altri antibiotici uccidono le cellule batteriche impedendo loro di fare la sintesi dei legami crociati dei peptidoglicani, con l'obiettivo di diminuire la resistenza della cellula, rendendo la parete più debole e mandare la cellula in lisi osmotica GRAM POSITIVI E NEGATIVI - positivi, nella loro parete cellulare il legame di collegamento è costituito da un ponte di pentaglicina. Hanno la parete più spessa per compensare l’assenza di una seconda membrana - egativi nella loro parete cellulare il legame tra i tetrapeptidfi di catene di carboidrati n adiacenti nel peptidoglicano coinvolge un legame ammidico diretto tra la catena laterale della lisina su un tetrapeptide ed una d-alanina presente su un altro. Hanno una parete formata da 2 membrane e da un peptidoglicano (membrana lipidica esterna a doppio strato, peptidoglicano, membrana lipidica interna a doppio strato) LIPIDI I lipidi biologici costituiscono un gruppo di composti diversi che hanno in comune la caratteristica di essere insolubili in acqua. I grassi e gli oli sono le principali forme di riserva di energia in molti organismi. I fosfolipidi e gli steroli sono gli elementi strutturali principali delle membrane biologiche. Altri lipidi in quantità più piccole hanno ruolo importante come cofattori enzimatici , trasportatori di elettroni, pigmenti che assorbono la luce, ancore idrofobiche per le proteine, come i chaperoni che ne favoriscono il corretto avvolgimento. lipidi di riserva I grassi e gli oli, usati come riserva energetica dagli organismi viventi, sono composti derivati dagli acidi grassiche a loro volta sono derivati degliidrocarburi. La loro ossidazione, così come quella degli idrocarburi fossili è un processo altamente esoergonico. li acidi grassi sono acidi carbossilici con una catena idrocarburica da 4 a 36 atomi di C. In alcuni casi G è satura e == non presenta doppi legami e == non è ramificata, in altri casi ci sono 1 o più doppi legami. 16:0 vuol dire che l’acido grasso ha 16 atomi e nessun doppio legame; 18:1 ha 18 atomi di C e 1 doppio legame Gli acidi grassi più comuni sono quelli a catena non ramificata con un numero di atomi di C da 12 a 24, e sono sempre pari. Nella maggior parte degli acidi con 1 doppio legame questo si trova tra c9 e c10 mentre gli altri spesso sono tra 12 e 15. e li indico scrivendo davanti al nome L e proprietà fisiche sono influenzate dalla lunghezza della catena idrocarburica e dal numero di doppi legami presenti nella molecola. Le catene non polari sono responsabili della scarsa solubilità degli acidi grassi in acqua. Quanto è più lunga la catena acilica e quanto più è limitato il numero dei doppi legami, tanto più bassa è la sua solubilità in acqua. Il gruppo carbossilico acido è polare e da questo dipende la modesta solubilità in acqua degli acidi grassi a catena corta. A temperatura ambiente gli acidi grassi saturi hanno una consistenza cerosa, mentre quelli insaturi di stessa lunghezza sono liquidi e oleosi. Questa differenza è data da un diverso grado di impacchettamento delle molecole di acidi. ei compostisaturiinfatti la libertà di movimento attorno ad ogni legame è di grande flessibilità, la N conformazione più stabile è quella completamente estesa, in cui sono ridotte al minimo le interferenze steriche tra atomi vicini. Questa struttura forma un cristallino in cui atomi stabiliscono legami di van der Waals con quelli delle catene vicine Nei compostiinsaturiil doppi legame cis prodce unripiegamento nella catena idrocarburica, questi non posono impacchettarsi così saldamente come accade agli aciid grasi asturi, per cui le loro interazione con le altre molecole sono più deboli. e == serve una quantità di calore minore per disimpacchettare una struttura meno ordinata e == hanno pt di fusione più bassi ei vertebrati gli acidi grassi liberi circolano nel sangue leati non covalentemente alla proteina N trasportatrice,l’albumina del siero, gli acidi grassisono però presenti prevalentemente nel plasma sotto forma di derivati carbossilici, come esteri ed amidi, questi non hanno carica e == sono meno solubili in acqua di quelli liberi c ere Le cere biologiche sono esteri di acidi grassi saturi ed insaturi a lunga catena, da 14 a 36 C, con alcoli a lunga catena da 16 a 30. Non sono polari perché le parti polari di tutti i componenti sono impegnati tra loro in legame estere, sono altamente idrorepellenti. In molti vertebrati sono secrete da ghiandole della pelle, in quanto hanno funzione di protezione, impermeabilizzazione, lubrificazione… Le cere biologiche, == non di sintesi chimica, sono molto usate nell'industria farmaceutica e cosmetica, lonilina, cera delle ali, olio spermacetico del capodoglio… Hanno punti di fusione più alti dei triglieceridi t rigliceridi I lipidi più semplici sono itriacilglicerolidettianche trigliceridi.Sono composti da tre acidi grassi, legati con legame estere ai gruppi ossidrilici di una molecola di glicerolo, si legano al suo gruppo Oh. Dato le porzioni polari sono impegnate nel legame estere questi sono apolari. Quelli che contengono lo stesso tipo di acido grasso in tutte e tre le posizioni sono detti semplici e prendono il nome dell'acido che contengono. La maggior parte di quelli naturali sonomistie contengonopiù acidi grassi diversi, in questi bisogna specificare il nome e la posizione di ogni singolo acido grasso. Per es se ci sono 2 code idrocarburiche diverse legate al c1 e c3 il c2 diventa chirale e questi triacilgliceroli assumono conformazione L Queste molecole sono apolari, idrofobiche ed insolubili in h2o. I lipidi hanno densità minore dell’acqua il che spiega perché si formano le miscele di acqua e olio dove l’olio galleggia. Nella maggior parte delle cellule i trigliceridi costituiscono una fase separata sotto forma di microscopiche gocce oleose presenti nel citosol acquoso che servono da depositi di sostanze energetiche. Nei vertebrati alcune cellule specializzate dette adipociti o cellule grasse conservano grandi quantità di trigliceridi sotto forma di gocce di grasso che riempiono quasi completamente la cellula. Queste cellule contengonolipasienzimi che catalizzano l'idrolisidei trigliceridi rilasciando acidi grassi che son poi esportati nei siti dove c'è bisogno di energia. E’ più vantaggioso usare questi rispetto ai carboidrati perchè contengono un minore numero di C e danno una quantità di energia doppia, poi i trigliceridi sono idrofobici e quindi non idratati e gli organismi che conservano energia sotto forma di g rassi non devono trasportare un peso extra in acqua. Nell’uomo questo tessuto è sotto la pelle nella cavità addominale e nelle ghiandole mammarie I legami esteri dei triglicerid possono essere soggetti a idrolisi da parte di acidi ed alcoli. Riscladando grassi animali saturi con KOH e NaOH si ha lasaponificazionecon produzione di glicerolo e di sali di K o Na degli adici grassi, i salponi L a riduzione industriale degli olii li trasforma inmargarina, l’esposizione prolungata dei grassi all’ambeinte O2 ne provoca l’irrancidimentoper larottura dei doppilegami e la formazione di aldeidi, corte e puzzolenti e di acidi carbossilici lipidi strutturali Le strutture portanti delle membrane biologiche sono costituite da un doppio strato lipidico che agisce come una barriera al passaggio di molecole polari e ioni. I lipidi di membrana sono anfipatici, una parte è idrofobica, l’altra è idrofila. Questo le porta a disporsi in foglietti detti doppi strati di membrana. steroli: composti caratterizzati da un sistema rigido di 4 anelli idrocarburici fusi. Le parti idrofiliche in questi composti possono essere costituite da un unico gruppo OH posto a un’estremità del sistema ad anelli degli steroli o da gruppi chimici molto più complessi. Neifosfolipidila testa polare è unita alla parte idrofobica della molecola da un legame, o ponte fosfodiestere. Neiglicolipidila testa polare contiene zuccheri semplici o complessi. Esistono poi una enorme eterogeneità molecolare data dalle diverse combinazioni possibili tra le cose degli acidi grassi e le teste polari. g licerofosfolipidi I glicerofosfolipidi detti anche fosfogliceridi sono lipidi di membrana in cui due acidi grassi sono legati con legameestereal primo e al secondo atomo di Cdel glicerolo, mentre un gruppo molto polare è legato tramite un legame fosfodiestere al terzo atomo di C e costituisce la testa polare del lipide. Spesso contengono un acido grasso da C16 a C18 saturo sul C1 del glicerolo e un acido grasso da C18 a C20 insaturo su C2. Si tratta di una molecolaprochiralenon possiedeatomi di C asimmetrici, ma il legame di un fosfato a una estremità lo converte in una molecola chirale detta L-glicerolo 2 fosfatooD-glicerolo 1 fosfato L’alcol può essere carico negativamente(fosfatidilinositolo 4,5-bisfosfato), positivamente (fosfatidilcolina) o essere neutro(fosfatidilserina). ueste cariche sono di particolare importanza per la determinazione delle proprietà delle membrane Q biologiche. I glicerofosfolipidi contengono una grande varietà di acidi grassi e la loro distribuzione è molto diversa non solo da organismo ad organismo ma anche da tessuto a tessuto nello stesso organismo. lipidi-etere Alcuni tessuti sono ricchi di lipidi-etere, in cui una delle due catene aciliche è legata al glicerolo con un legame etere invece che estere. La catena legata con questo legame può essere satura oppure può contenere un legame doppio tra c1 e c2 come nei plasmalogeni. Non si conosce ancora la funzione di questa classe, forse servono come resistenza alle fosfolipasi, enzimi che staccano dai lipidi gli acidi grassi legati con un legame estere. Almeno un lipide etere, il fattore che attiva le piastrine è un importante segnale olecolare viene rilasciato dai leucociti del sangue detti basofili e stimola l’aggregazione delle m piastrine e la secrezione di serotonina da parte delle piastrine stesse s fingolipidi Hanno una testa polare e due code non polari, ma a differenza degli altri non contengono glicerolo. Sono composti da una molecola disfingosina, un amminoalcola catena lunga, o da un suo derivato un acido grasso a lunga catena e con una testa polare unita da un legame glicosidico o da un ponte fosfodiestere. Quando una molecola di acido grasso si lega con un legame ammidico al gruppo NH2 sull'atomo c2 della sfingosina, si forma unceramide, simile adun diacilglicerolo e rappresenta l'unità fondamentale degli sfingolipidi. In base alla testa polare si distinguono tre classi: - Le sfingomieline, come testa polare hannofosfocolina ofosfoetanolammina, hanno proprietà generali e struttura tridimensionale simili a quelle della fosfatidilcolina, non hanno carica netta nella testa polare. Si trovano nella membrana plasmatica delle cellule animali - Gli glicosfingolipidisi trovano soprattutto sullamembrana esterna delle membrane plasmatiche: hanno una testa polare fatta da uno o più zuccheri legati direttamente al gruppo Oh del c1, non contengono fosfato. Vengono a loro volta divisi in cerebrosidi hanno una sola unità saccaridiche legata a un ceramide, quelli per es con il galattosio si trovano nelle membrane plasmatiche del tessuto neurale,con il glucosio invece sono in diversi tessuti nervosi globosidisono neutri e contengono due o più zuccheri: d-gluc, d-galatt, n-acetil-galattosammina. Sono detti neutri perché a Ph 7 non hanno carica - I gangliosidisono quelli più complessi, hanno teste polari date da oligosaccaridi complessi che terminano con una o più residui di acidoN-acetilneuraminico.a Ph=7 hanno carica negativa li glicosfingolipidi sono i determinanti dei gruppi sanguigni infatti una parte della distinzione dei 3 G gruppi sanguigni umani dipende dal tipo di gruppi oligosaccaridici degli glicosfingolipidi delle membrane degli eritrociti. Inoltre questi oligosaccaridi si legano a particolari proteine presenti nel sangue degli individui 0 A e B aumentando la specificità del gruppo sanguigno stesso. EGRADAZIONE D La maggior parte delle cellule degrada e sostituisce continuamente i suoi lipidi di membrana , questo processo avviene nei lisosomi, dove esistono enzimi idrolitici specifici per ogni tipo di legame. F osfolipasi A1 e A2 rimuovono uno dei due acidi grassi in c1 e in c2, producendo un liso fosfolipide; le lisofosfolipidi rimuovono l’acido grasso rimasto Fosfolipasi C e D rompono i legami fosfodiesterici a livello delle teste polari. s teroli Sono lipidi strutturali presenti nella membrana di molte cellule eucariotiche, ma sono anche precursori di molti altri composti con diverse attività biologiche. La caratteristica è il loro nucleo steroideo fatto da 4 anelli fusi, tre a 6C e uno a 5C. Il nucleo è quasi planare e relativamente rigido, gli anelli fusi non consentono alcuna rotazione intorno ai legami C–C. Ilcolesteroloè il principale sterolo dei tessutianimali, è anfipatico con una testa polare e un corpo idrocarburico non polare. Deriva dal ciclopentanoperidrofenantrene L’OH sul C3 da un debole carattere idrofilico. Si trova nella membrana plasmatica delle cellule animali, nelle piante sono invece presenti altri steroli che hanno una diversa catena laterale. E’ assente nei procarioti, ha un debole carattere anfifilico, regola la fluidità delle membrane. E’ il precursore degli ormoni steroidei, sono potenti segnali biologici che regolano l’espressione genica, come iglucocorticoidi, i mineralcorticoidie gli ormoni sessuali Gliacidi biliarisono derivati polari del colesteroloe agiscono da detergenti nell'intestino, emulsionando i grassi della dieta per renderli più accessibili all'azione digestiva delle lipasi E’ il precursore anche dellavitamina D, viene infattirotto il legame tra C9 e C10, è molto importante perché stimola l’assorbimento dello ione Ca2+. Le persone con deficit di vitamina D soffrono di rachitismo, che da l’arresto della crescita e la deformazione delle ossa icosanoidi e Si tratta di ormoni paracrini che agiscono solo sulle cellule vicine al punto dove vengono sintetizzati per agire in organi e tessuti lontani. derivano dagli acidi grassi e hanno azione diversa nei tessuti. Sono coinvolti nella funzione riproduttiva, nell’infiammazione, nel rialzo termico, nel dolore associato ai traumi ed alle malattie, nella formazione di coaguli, nella regolazione della pressione, nella secrezione acida gastrica e in vari altri processi che interessano la salute umana. Tutti gli eicosanoidi derivano dallarachidonatoedall’acidoeicosapentaenoico Ne esistono 4 classi - prostaglandinesono in grado di stimolare la contrazioneuterina, regolano il flusso sanguigno - trombossaniservono per la formazione di coaguli sanguigni - leucotrienicausano gli attacchi asmatici - lipossinesono agenti antinfiammatori PROTEINE anno il compito di mediare quasi tutti i processi che hanno luogo nelle cellule e svolgono un H numero enorme di funzioni. Sono le macromolecole più abbondanti, più della metà del peso di una cellula è dato da loro; hanno una varietà molto elevata, migliaia di tipi diversi. Sono anche strumenti molecolari attraverso cui si esprime l’informazione genica. Sono formate sempre dalla stessa serie di 20 aminoacidi, che sono una sorta di alfabeto con cui sono scritte le proteine. Per formare le proteine gli aminoacidi vengono legati covalentemente in una sequenza lineare. Tra tutte le proteine gli enzimi sono i composti più vari e specializzati in quanto sono i catalizzatori di quasi tutte le reazioni cellulari. Hanno diverse funzioni: - enzimi - componenti cellulari - trasporto - deposito - signaling - recettori - gene regulation - funzioni speciali MINOACIDI A Le proteine sono dati dal legame covalente tra residui aminoacidici vicini. Le proteine possono essere idrolizzate nei loro aminoacidi costitutivi in molti modi. La sequenza di questi aminoacidi determina la struttura e la funzione di una proteina. T utti i 20 aminoacidi sono alfa aminoacidi. Hanno un gruppo carbossilico e un gruppo amminico legati allo steso C, differiscono per la catena laterale, o catena R, si differenzia per struttura, dimensione e carica, influenza allora anche la solubilità dell’aminoacido in acqua. Ne esistono anche di meno comuni hanno infatti subito delle modificazione dopo essere stati inseriti nelle proteine s truttura In tutti gli aminoacidi, tranne la glicina, il carbonio alfa è legato a 4 sostituenti diversi, un gruppo carbossilico, uno amminico, un gruppo R e un atomo di H. Il carbonio alfa è quindi un centro chirale. I gruppi tetraedrici possono disporsi nello spazio in due odi diversi e == ho due stereoisomeri per ogni aminoacido, ho quindi due enantiomeri, saranno m anche otticamente attive. Queste strutture sono state stabilizzate da un sistema D,L basato sulla configurazione assoluta dello zucchero. Se hanno una conformazione correlata alla L-gliceraldeide saranno designati con la lettera L, se sono correlati alla D-gliceraldeide sono indicati con D. I gruppi della D e della L possono essere inter convertiti tramite una semplice reazione ad un passaggio e quindi il gruppo carbossilico della L-alanina occupa la stessa posizione intorno all’atomo di C chirale della L-gliceraldeide in quanto il gruppo aldeidico della gliceraldeide può essere facilmente convertito, ossidato, in un gruppo carbossilico. Non tutti gli aminoacidi levogiri sono L, non c'è correlazione I residui degli aminoacidi nelle molecole proteiche sono tutti stereoisomero L, quelli della serie D sono presenti solo in pochi peptidi, piccoli, questo perché per formare strutture stabili e ripetitive c’è bisogno che gli aminoacidi appartengano tutti alla stessa serie stereochimica. Gli enzimi catalizzano reazioni stereospecifiche. Alcune proteine richiedono un componente non proteico per migliorare la loro funzione - cofattori, termine generale per indicare un componente funzionale non amminoacidico, sono spesso vitamine o ioni metallici - coenzimi, sono fattori richiesti da enzimi, nadh, nadph, fadph - gruppo prostetici, == non proteici, come il gruppo Eme Possono legarsi alla proteina sia in modo covalente che non c lassificazione Possiamo dividere i 20 aminoacidi in 5 gruppi principali in base alla loro polarità (tendenza ad interagire con l’acqua a pH fisiologico, 7 ) Tuttavia alcuni aminoacidi come l’istidina e la cisteina sono difficilmente caratterizzabili e non si adattano bene in alcun gruppo, e quindi sono stati assegnati grazie al ragionamento e non per criteri assoluti 1. G ruppi R alifatici e non polari, sono quindi idrofobici. Ne fanno parteAlanina, valina, leucina, isoleucina, a questo gruppo sono state aggiunte anche la - glicinache ha la struttura più semplice anche se è nei non polari la sua catena è così corta che non contribuisce alla formazione di interazioni idrofobiche - metionina, perchè uno dei 2 aminoacidi contenente zolfo S, ha un gruppo tioetere non polare nella catena laterale - prolinaha una catena laterale alifatica con una struttura ciclica 2. g ruppi R aromatici, i tre aminoacidifenilalanina, tirosina, triptofano, hanno catene laterali aromatiche non polari, tutti e tre possono interagire per dare interazioni idrofobiche. Il gruppo ossidrilico della tirosina può formare legami ad idrogeno. Tirosina e triptofano sono più polari della fenilalanina per la presenza di un gruppo ossidrilico nella tirosina e dell’atomo di N nell’anello del triptofano 3. g ruppi R aromatici polari, non carichi, molto moltopiù solubili in h2o == idrofilici. Sono non polari perché hanno gruppi che formano legami H con h2o. Ne fanno parte laserina, treonina, cisteina, asparagina, glutammina. Serina e treonina sono polari grazie al gruppo ossidrilico, mentre asparagina e glutammina sono polari per i gruppi ammidici. La cisteina è un caso particolare perché la sua polarità, data dal suo gruppo sulfidrilico è modesta, è infatti una acido debole e forma legami H deboli con O e N. L’asparagina e la glutammina sono ammidi di altri due amminoacidi, l’aspartato e il glutammato, le due ammidi possono essere convertite mediante idrolisi acida o basica. La cisteina è facilmente ossidabile e forma, grazie ad un legame covalente, un dimero detto cistinadove i due monomeri sono uniti da un pontedisolfuro, questi residui saranno moto idrofobici 4. g ruppi R carichi positivamente, sono basici, i gruppipiù idrofilici sono quelli che contengono cariche nette sia + che -. Sonolisina, ha un secondo gruppo amminico primario sulla catena alifatica,arginina, che haun gruppo guanidinico carico +,istidina, contiene un gruppo imidazolico aromatico, è inoltre l’unico aminoacido con catena laterale ionizzabile con pKa vicino alla neutralità 5. g ruppi R carichi negativamente, sono acidi, sono aspartato e glutammato, ognuno dei quali ha un secondo gruppo carbossilico MINOACIDI NON COMUNI A Le proteine possono contenere residui amminoacidici, formati per modificazione chimica dei residui gia incorporati in un polipeptide. Es:4-idrossiprolina, deriva dalla prolina. 5-idrossilisinaderivato dalla lisina. La 4 si trova nelle proteine della parete cellulare delle cellule vegetali ed entrambe si trovano nel collagene. La6-N-metillisinasi trova nella miosina, una proteina contrattile del muscolo. laγ-carbossiglutammatopresente nella protrombina partecipa al processo di coagulazione del sangue Desmosina, molto complesso, deriva dai 4 residui di lisina presenta nella proteina fibrosa elastina. Selenocisteinaè un caso particolare, sono rari e non sono prodotti da modificazioni biosintetiche, vengono introdotti durante la sintesi della proteine mediante un adattamento insolito del codice genetico. Contiene selenio al posto di N nella cisteina. lcuni residui possono essere modificati transitoriamente nelle A proteine, per regolarne la funzione, le modifiche ne aumentano o ne diminuiscono l’attività. Un Esempio molto comune è la fosforilazione. Nelle cellule sono stati identificati altri 300 aminoacidi, hanno diverse funzioni ma non sono costituenti delle proteine, comel’ornitrinae lacitrullina, sono infatti intermedi fondamentali nella biosintesi dell’arginina e nel ciclo dell’urea AMINOACIDI STANDARD, COMUNI - g licina - f enilalanina - alanina - tirosina - prolina - triptofano - valina - lisina - leucina - arginina - isoleucina - istidina - metionina - glutammato - a spartato - c isteina - serina - asparagina - treonina - glutammina AMINOACIDI NON STANDARD, NON COMUNI - -idrossiprolina 4 - g amma-carbossiglutammato - 5-idrossiprolina - Desmosina - 6-N-metilisina - selenocisteina MINOACIDI ESSENZIALI A Sono chiamati così perché devono essere assunti con la dieta, in quanto l’organismo non è in grado di sintetizzare, il termine essenziale ha significato solo nutrizionale si riferisce == alla necessità che quel aminoacido sia presente nella dieta in quantità sufficiente e non alla sua importanza nel metabolismo. MINOACIDI NON ESSENZIALI A Sono quelli che vengono prodotti dall’organismo in quantità sufficiente per soddisfare le richieste MINOACIDI SEMI ESSENZIALI A Sono quelli che l’organismo sintetizza ma in quantità limitata, sufficienti per un animale adulto ma non per un animale in accrescimento Variano nel metabolismo da animale ad animale EPTIDI P Si tratta dei polimeri degli aminoacidi. I peptidi hanno dimensioni che variano da 2 o 3 fino a migliaia di residui ue molecole di amminoacidi possono unirsi covalentemente D mediante un legameammidicochiamatolegame peptidico,formando un dipeptide. Questo tipo di legame si genera per eliminazione di una molecola di H20 (deidratazione) dal gruppo alfa carbossilico di un aminoacido e dall’alfa amminico dell’altro. L’equilibrio della reazione favorisce gli aminoacidi rispetto al peptide. Per rendere la reazione termodinamicamente favorevole, il gruppo carbossilico deve essere chimicamente modificato in modo che il suo gruppo ossidrilico possa essere eliminato più facilmente. In un peptide il residuo amminoacidico con cui termina la catena può essere: - amminoterminale, se ha un alfa amminico libero - carbossiterminale, se ha un alfa carbossilico libero el legame peptidico si ha C=O, che è effettivamente un doppio legame, che viene però condiviso in N una struttura di risonanza tra l’ossigeno carbonilico e l'azoto adiacente del gruppo amminico. Per questo il legame peptidico è molto simile ad un doppio legame: è più corto di un singolo, ma più lungo di un doppio e NON ESISTE ROTAZIONE attorno a questo legame T re amminoacidi possono essere uniti tra loro mediante due legami peptidici, formando un tripeptide; 4 formano un tetrapeptide… Quando il numero degli amminoacidi è piccolo la struttura viene dettaoligopeptide, se gli aminoacidi sono tanti si chiamapolipeptide, L ’idrolisi del legame peptidico, anche se si tratta di una reazione esoergonica avviene molto lentamente a causa dell’elevata energia di attivazione; per questo i legami peptidici delle proteine sono abbastanza stabili S TRUTTURA Le proteine sono molecole molto grandi, lo scheletro covalente di una proteina contiene numerosi legami, poichè la rotazione attorno a molti di questi legami è libera queste potrebbero assumere un numero infinito di strutture. Ogni proteina ha una specifica funzione chimica o strutturale, e == ogni proteina ha una sola struttura tridimensionale Si diceconformazionela disposizione spaziale degliatomi di una proteina o di una sua porzione, le conformazioni possibili sono tutte le strutture che la proteina può assumere senza rottura di legami covalenti; per esempio variazioni conformazionali si verificano per rotazione intorno ai legami singole. La proteina assume conformazioni diverse tenendo a quelle termodinamicamente più stabili quindi quelle che hanno un valore più basso di energia libera di Gibbs. Quando si trovano in uno dei loro stati conformazionali funzionali le proteine sono dettenative. In alcuni casi la proteina ha delle strutture che sono intrinsecamente disordinate e non posso identificarle in modo chiaro. Lastabilitàdella proteina è la sua tendenza a mantenerela conformazione nativa. La conservazione nativa è mantenuta da interazioni deboli: - interazioni idrofobiche - legami a H - legami ionici - Forze di van der Waals In condizioni particolari di calore, pH o trattamenti chimici la proteina può perdere la sua conformazione con un processo didenaturazione, unfolding.Nel momento in cui queste condizioni vengono rimosse, la proteine riassume la sua struttura iniziale nativa L e interazioni deboli hanno una rilevanza particolare nell’avvolgimento delle catene polipeptidiche in strutture secondarie, terziarie e quaternarie. Infatti la rottura di una interazione debole richiede appena 0,4-3 kJ/mole, decisamente meno rispetto per esempio ai ponti disolfuro. La conformazione proteica con la più bassa energia libera, quindi quella con la conformazione più stabile è quella con il maggior numero di interazioni deboli. Per ogni legame a H che si forma all’interno di una proteina durante il suo avvolgimento un’altro legame H deve essere rotto tra lo stesso gruppo e H2o I residui idrofobici, le catene laterali degli aminoacidi, per lo più si trovano all’interno delle proteine, lontano dall'acqua, quando la proteina ha completato il suo ripiegamento, queste catene laterali vengono raggruppate all'interno formando il nucleo idrofobico della proteina Il numero di legami H che delle interazione ioniche nella proteina è massimo, riducendo in questo modo il numero di legami H e deo gruppi ionici non correttamente appaiati legami peptidici Anche i legami covalenti hanno un ruolo importante nel determinare la conformazione di un polipeptide. Studi hanno dimostrato che il legame peptidico C–N è un po’ più corto del legame C–N delle ammine primarie, e che gli atomi del primo legame sonocomplanari. Queste informazioni indicano la presenza di una risonanza o di una parziale condivisione di due coppie di elettroni tra O carbonilico e N ammidico, infatti le due cariche parziali + e - generano un dipolo elettrico. I 6 atomi del gruppo peptidico giacciono sullo stesso piano e l’atomo di O del carbonilico è in posizione trans rispetto a quello di H legato all'azoto ammidico. Si concluse allora che i legami C–N non possono ruotare liberamente , è invece permessa la rotazione del legame tra C alfa e N. Possiamo allora considerare la catena polipeptidica come una serie di piani rigidi in cui piani consecutivi hanno in comune un punto di rotazione, in corrispondenza di C alfa. La rigidità di questo legame limita il numero di conformazioni che la catena può assumere. L a conformazione del peptide è definita da tre angoli diedrici, detti ancheangoli di torsione, detti phiΦ, psi Ψ, omega ω che riflettono la rotazione intorno a ciascuno dei tre legami che si ripetono nello scheletro del peptide. Tre vettori descrivono due piani, e l’angolo tra questi due è quello che dobbiamo misurare per ottenere la conformazione di una proteina. phi assume diversi valori quando il piano è rotato in senso orario psi quando in senso antiorario I valori di questi 3 angoli determinano la conformazione della proteina Phi e psi possono assumere qualsiasi valore da -180 a +180, ma molti valori non sono permessi a causa degli impedimenti sterici tra gli atomi dello scheletro e delle catene laterali. er questo la conformazione in cui questi angoli hanno valori =0 non è permessa, viene presa solo P come pt di riferimento per gli angoli. I valori permessi vengono descritti nelgrafico diRamachandranesso ci permette di visualizzare in modo semplice la distribuzione degli angoli di torsione in una struttura proteica, e ci dice == anche quelli non permessi. Tale grafico per una proteina può servire anche come indicatore della qualità delle sue strutture tridimensionali Gli angoli di torsione phi e psi forniscono la flessibilità richiesta per lo scheletro polipeptidico per adottare un certo ripiegamento, poiché il legame peptidico è essenzialmente piatto e fissato a 180° (a causa del carattere a doppio legame parziale). Grazie a questo metodo matematico vengono calcolate tutte le possibili combinazioni dei valori dell’angolo di torsione, dal loro calcolo si ottengono aree di maggiore probabilità statistica di avere strutture stabili senza impedimento sterico. - Le aree in blu scuro rappresentano le conformazioni consentite stericamente (nessuna sovrapposizione sterile) Sono completamente consentite - Le regioni blu, le conformazioni sempre possibili, ma sono nella massima estensione della stabilità nel contesto di non buoni contatti tra gli atomi. quindi possono avvenire ma solo in certi contesti - Nelle aree blu chiaro sono permesse solo quelle strutture che si verificano solo per la presenza di piccoli residui voluminosi, sono le conformazioni permesse quando è possibile una certa flessibilità degli angoli di legame - le aree bianche sono le conformazioni non consentite s truttura primaria sequenza lineare degli aminoacidi s truttura secondaria Descrive l’organizzazione spaziale della catena principale, senza tener conto della conformazione delle catene laterali o della relazione con altri segmenti della proteina. Una struttura secondaria regolare si ha quando ogni angolo rimane invariato all'interno di un segmento. Le principali sono alfa elica e beta foglietto. Se non posso identificare una struttura regolare allora la definirò casuale, anche se è impropria perché il riarrangiamento assume sempre una struttura specifica e mai completamente casuale LFA A Nella strutturaalfalo scheletro carbonioso polipeptidicosi avvolge strettamente intorno a un asse immaginario che attraversa longitudinalmente la parte centrale della spirale, mentre i gruppi i R dei residui aminoacidici sporgono al di fuori dello scheletro elicoidale. L’unità che si ripete è un singolo giro dell’elica, che si estende per circa 5,4 A° lungo l’asse maggiore, il che corrisponde ad un valore medio di 3.6 aminoacidi per giro E’ quella che si forma più spesso perché in questa la disposizione dei legami H è la migliore possibile. I legami H si formano tra l’atomo di H legato all’azoto elettronegativo di un legame peptidico e l’atomo di O carbonilico del quarto amminoacido successivo. Nell’alfa elica ciascun legame peptidico partecipa alla formazione di legami H. Ciascun giro dell'elica è collegato ai giri adiacenti da 3 o 4 legami H che conferiscono una buona stabilità all’intera struttura Gli H legami stabilizzano la struttura, si formano ogni quattro legami peptidici (quando C=O e N-H sono posti di fronte) iascun residuo amminoacidico ha una intrinseca tendenza a formare un’alfa elica, che dipende dalle C proprietà del gruppo R e dal modo in cui influenzano la capacità degli atomi dello scheletro peptidico di formare i caratteristici angoli. E’ importante anche la posizione di un amminoacido rispetto a quelli adiacenti, le interazioni tra le catene laterali possono stabilizzare o destabilizzare la struttura dell’alfa elica. Ci sono 5 diversi tipi di restrizioni in grado di modificare la stabilità dell’elica. 1. la propensione intrinseca di un residuo amminoacidico a formare un’alfa elica 2. le interazioni tra i gruppi R, specialmente quelli che si trovano lontani 3 o 4 residui 3. l’ingombro sterico di gruppi R adiacenti 4. la presenza di residui di prolina e glicina 5. le interazioni tra residui amminoacidici che si trovano alla fine del segmento dell’elica e il dipolo elettrico dell’alfa elca na limitazione alla formaizone dell’alfa elica è rappresentata dai residui diprolina e glicina, hannola U propensione più bassa a formare strutture ad alfa elica. Nellaprolina, l’atomo di N fa parte di un anellorigido e non è possibile alcuna rotazione attorno al legame N–C alfa. Ogni residuo induce allora un ripiegamento destabilizzante in una struttura ad alfa elica, distorsioni di circa 20 gradi nella direzione dell’asse dell’elica (vengono rotti due legami H nell’elica). Per altri motivi la prolina è presente solo raramente all’interno dell’elica. Nellaglicinasi ha una flessibilità conformazionalesuperiore a tutti gli altri residui, i polimeri di glicina tendono allora ad assumere strutture avvolte casualmente, diverse dall'alfa elica. E’ infatti troppo piccola e destabilizzata per la piccolezza del sostituente, e lascia troppi spazi vuoti nella strututra dell’elica ETA B E’ una conformazione più estesa, definita dalla disposizione degli atomi dello scheletro secondo specifici angoli diedrici. La catena assume una conformazione a zigzag anziché a spirale. Diversi segmenti nella conformazione beta formano il foglietto beta, che appare di forma piatta. I legami H si formano tra regioni adiacenti delle catene polipeptidiche all’interno del foglietto. I singoli segmenti che formano il foglietto sono vicini l’uno all'altro nella catena. Potrebbero però anche trovarsi lontani, oppure trovarsi addirittura in catene diverse. Ho 2 residui di amminoacidi per ogni piega Gli aminoacidi sporgono dalla struttura creando un'alternanza sopra-sotto che è osservabile dalla prospettiva laterale. L e catene adiacenti devono essere oparallele, corrono nella stessa direzione con trattia loop nella stessa direzione oantiparallele, ogni catena polipeptidicacorre in modo opposto al tratto da lei vicina, hanno == orientamento uguale o opposto nel legame carboamidico; le due strutture sono abbastanza simili anche se il periodo che si ripete è più corto per la conformazione parallela, 6,5 A° invece che 7. Tra le due cambia anche la disposizione dei legami H, nell’antiparallelo i legami sono rettilinei, nella variante parallela sono distorti s truttura terziaria E’ la disposizione nello spazio di tutti gli atomi di una proteina, essa tiene conto delle relazioni a lungo raggio nella sequenza amminoacidica. Amm che sono lontani nella sequenza fanno parte di tipi diversi di strutture secondarie, possono però interagire tra di loro nella forma completamente avvolta. Segmenti della catena che interagiscono vengono mantenuti nelle loro caratteristiche posizioni della struttura terziaria tramite diversi tipi di interazioni deboli e a volte anche con legami covalenti, come i ponti disolfuro tra i diversi segmenti di una proteina. s truttura quaternaria Alcune proteine hanno due o più catene polipept diverse, quando si riarrangiano in complessi tridimensionali diventano strutture quaternarie. Possiamo allora dividere le proteine in - LE FIBROSE Hanno le catene disposte lungo fasci o in foglietti, sono fatte da un unico tipo di struttura secondaria e quella terziaria è semplice. Sono quelle che determinano la resistenza, la forma e la protezione esterna delle cellule dei vertebrati. Hanno una struttura secondaria bidimensionale, anche se poi l’organizzazione è tridimensionale. Tutte queste sono insolubili in H2o, data l’elevata presenza di aa idrofobici Alcune proteine sono elementi strutturali di base ed hanno particolari proprietà meccaniche, sono componenti per esempio della pelle, dei vasi del T connettivo, sclera cornea Es: 1. cheratina, compone i capelli, le corna e le unghie.Sono strutture adatte per resistere alla tensione, si trovano solo nei mammiferi. Fanno parte di una classe di proteine detteproteinedei filamenti intermedi. E’ fatta da due eliche destrorse avvolte tra loro con andamento sinistrorso a formare unacoiled-coil, avvolgimento-avvolto,ed organizzate in protofilamenti e protofibrille. Questa struttura aumenta la resistenza. La distanza delle due catene nel superavvolgimento è minima. 2 eliche formano il coiled coil dimerico 2 file di coiled coil associati formano un protofilamento i protofilamenti dimerizzano formando una protofibrilla 4 protofibrille formano una microfibrilla 2. c ollageneE’ la proteina più abbondante dell'organismo il più importante componentedella matrice extracellulare, è anch'essa resistente alle tensioni. E’ presente nei tessuti connettivi, come i tendini, la cartilagine, la matrice organica delle ossa. Si tratta di una struttura secondaria unica distinta dall’alfa elica, è sinistrorsa e ha 3 residui per giro, è coiled coil ma è in grado di assumere una struttura terziaria e quaternaria: tre catene polip separate sono superavvolte le une sulle altre, l’avvolgimento è destrorso mentre le singole catene sono sinistrorse, quindi l’opposto. Questa struttura di tripla elica è definita super alfa elica. Le triple molecole si uniscono per formare le fibre e si associano tra di loro in diversi modi per generare diversi gradi di resistenza alla tensione. Il collagene è una glicoproteina contenente residui digalattosioeglucosiocome componenti carboidratici. La sequenza è particolare e spesso si trova ripetuta G-X-Y G= glicina X=prolina Y=idrossiprolina Il ruolo della prolina e della glicina risulta essere differente da quello normalmente descritto nelle strutture secondarie proteiche prolina= facilita la formazione di una alfa elicaperchè la sua struttura ciclica induce una curva nella catena e == la formazione della superelica glicina= si trova in ogni terza posizione della catena.E’ perfettamente collocata negli spazi ristretti che si formano al momento che le 3 eliche si avvolgono insieme L’idrossilazione di prolina e lisina avviene dopo la loro incorporazione nella catena polipeptidica (modificazione post-traduzionale) con una reazione di idrossilazione indotta dalla prolil idrossilasi e lisil idrossilasi. Dalla reazione della prolina si genera 4idrossiprolinao 3 idrossiprolina, mentre dalla reazione della lisina si genera 5 idrossilisina In una seconda modificazione i gruppi idrossilici di alcuni residui di idrossilisina del collagene sono enzimaticamente glicosilati con l’aggiunta digalattosio eglucosioche costruisconola componente saccaridica. Gli enzimi coinvolti sono glucosiltransferasi e galattosiltransferasi. L ’idrossiprolina dà stabilità al collagene grazie ai ponti idrogeno, senza questa il collagene denaturerebbe a 24°, invece che ai 39° per formare gelatina. Per la formazione dell’idrossiprolina e dell’idrossilina è richiesta la presenza della vitamina C perchè è il cofattore delle due idrossilasi, è richiesta però anche la presenza di ferro. Se manca la vitamina C è compromessa la formazione dei legami H e non si forma nemmeno una 3 elica stabile. Inoltre le fibrille non possono formare il reticolo di impalcatura e viene ridotta la resistenza alla trazione delle fibre assemblate. La mancanza di vitamina C altera mor funzionalmente il tessuto connettivo dando righe, rallentando il tempo di guarigione delle ferite, perdendo elasticità nei tessuti, disorganizzando le macromolecole e perdendo matrice extracellulare. Nei casi più gravi si hanno lesioni della pelle, ferite, lassità grave del connettivo e dei tendini.. tutti gli aspetti delloscorbuto, questa malattia si presenta come sintomi i malattia e letargia, poi ho la formazione di macchie sulla pelle, gengive spugnose e sanguinamento d delle mucosa. Questi soggetti hanno spesso lividi agli arti per la fragilità capillare che da stravasi sottocutanei Inoltre nel collagene le catene laterali amminoacidiche devono essere esposte in modo radiale sulla superficie della superelica, questo consente la formazione di legami tra i gruppi R esposti di diversi monomeri di collagene posti vicini tra loro, facendoli aggregare nellefibrille. Nel collagene inoltre i legami covalenti crociati di tipo insolito si stabiliscono tra le catene alfa all’interno di una molecola di collagene e quella di collagene di una fibra, la quantità ed il tipo di legami varia con il tipo e l’età del tessuto. Questi legami creano dei residui non comuni come la deidro-idrossi-lisi norleucina 3. elastinafibra non strutturata che dà elasticità aitessuti 4. fibroioninaè la proteina della seta, prodotta dainsetti e ragni, le catene si trovano quasi esclusivamente sulla beta, è ricca di residui di alanina e glicina che consentono un impacchettamento tra i diversi foglietti beta, perchè le R si integrano perfettamente. La struttura è flessibile ed elastica molto più della cheratina a causa delle numerose interazioni deboli che tengono insieme i foglietti a differenza dei legami covalenti dei ponti sulfidrilici della cheratina Le proteine possono formare molti tipi di aggregati, possono formare eliche, fibre ed anelli - L E GLOBULARIhanno le catene ripiegate ed assumonoforme globulari o sferiche, contengono più tipi di struttura secondaria. Sono quelle che determinano gli enzimi e le proteine regolatrici. Hanno struttura terziaria o quaternaria La comprensione di queste proteine nasce dallo studio sulla mioglobina, la proteina muscolare che lega O, essa immagazzina l’ossigeno e ne facilita la diffusione nei muscoli in rapida contrazione. E’ fatta da 153 amminoacidi e da 1 singola protoporfirina o gruppo eme, è lo stesso gruppo dell’emoglobina. La mioglobina si avvolge fino ad assumere una struttura tridimensionale caratteristica che corrisponde alla sua terziaria. Il suo scheletro è composto da 8 segmenti compatti di alfa elica interrotti da ripiegamenti, alcuni dei quali sono beta. La maggior parte dei gruppi R idrofobici si trova all’interno della molecola lontano dal contatto con H2O. Tutti i gruppi polari, tranne 2, sono all'esterno a contatto e == sono idratati. Si è visto allora che tutti i legami peptidici sono trans, le alfa eliche osservate nella mioglobina sono state la prima evidenza sperimentale diretta dell’esistenza di questo tipo di struttura secondaria. La molecola è così compatta che dentro c’è spazio solo per 4 molecole di H2O, questo denso nucleo idrofobico è tipico di tutte le globulari eterminando le strutture delle mioglobine di molte specie diverse è stato possibile D osservare le correlazioni tra la struttura di una proteina e la sua funzione. La funzione biologica di alcune molecole è determinata dalla presenza di più catene polipeptidiche, proteinemultimeriche, le catene possonoessere identicheomodimeroo diverseeterodimerola loro stabilizzazione dipendedalle stesse interazioni presenti nelle strutture terziarie e secondarie legami crociati di stabilita, i collegamenti trasversalipossono essere tra due parti di una proteina o tra 2 subunità, come tra due cisterne. Il legame disolfuro (S-S) è un legame che deriva da un processo ossidativo che collega -SH di cisterne non adiacenti presenti in una proteina ponti idrogenosi possono formare tra - atomi coinvolti nel legame peptidico - atomi di legame peptidico e gruppi R - gruppi R Il ripiegamento delle catene polip. è sottoposto a delle costrizioni chimico-fisiche abbastanza severe. Le interazioni idrofobiche contribuiscono in modo essenziale alla stabilità della struttura delle proteine, il posizionamento delle catene laterali, gruppi I dei residui idrofobici all’interno della catena, per escluderli dal contatto con H2O, deve prevedere l’esistenza di almeno 2 elementi di struttura secondaria, sia alfa elica che beta foglietto ripiegato. Le connessioni tra elementi di struttura secondaria non possono incrociarsi tra di loro e non possono formare nodi L e proteine globulari hanno varie strutture terziarie, infatti abbiamo detto ogni proteina ha una forma propria legata alla sua funzione, tutte le proteine globulari sono però legate da una forma compatta con el catene laterali idrofobiche localizzate all’interno e le catene idrofiliche sulla superficie; ler strutture sono poi stabilizzate da legami H e interazioni ioniche. Per semplificare questa struttura possiamo vederla come un insieme di segmenti polip. assemblati in alfa elica e confor azione beta, uniti da elementi di connessione. La struttura di ogni proteina può essere descritta definendo il modo con cui i diversi segmenti si dispongono uno rispetto all’altro e come sono uniti tra loro dagli elementi di connessione. - motivo: è ilripiegamentoo la struttura supersecondaria,è fatto da un avvolgimento polip. caratteristico e == ben riconoscibile, formato da due o più elementi di struttura secondaria e dagli elementi di connessione tra essi. Può essere fatto anche da due soli elementi di struttura secondaria ripiegati uno sull’altro, così come può essere una struttura elaborata formata da diversi segmenti uniti insieme che assumono una disposizione caratteristica come ilbarile beta,una struttura toroidale stabilizzatada interazioni deboli e molti ponti idrogeno, gran parte dei tratti sono arrangiati in modo antiparallelo. - dominio, è una parte di una catena polip. di per séstabile, che potrebbe comportarsi come un’entità indipendente rispetto al resto della proteina. Spesso, in proteine di grandi dimensioni, anche quando vengono separati i domini continuano a mantenere la loro struttura tridimensionale (proteolisi), ma non è detto che mantenga la sua funzione S e in una proteina ne sono presenti tanti possono essere divisi, ma se interagissero tra loro allora diventerebbe difficile distinguerli; spesso domini diversi svolgono funzioni diverse, come il legame di piccole molecole o l’interazione con altre proteine. Proteine di piccole dimensioni solitamente hanno un solo dominio, == il dominio risulta essere la proteina stessa ENATURAZIONE D Le proteine si sono evolute per svolgere la loro funzione nelle particolari condizioni ambientali della cellula, in ambienti diversi esse possono andare incontro a variazioni strutturali anche di notevole entità, questo fenomeno è la denaturazione. Questa non implica necessariamente il completo srotolamento della struttura proteica e l'acquisizione di una struttura casuale. Nella maggior parte dei casi le proteine denaturate assumono conformazioni parzialmente ripiegate. L a maggior parte delle prot. si denatura con ilcaloreche produce effetti complessi sulle interazioni deboli, si tratta di un processo cooperativo, la perdita di struttura in una regione favorisce la destabilizzazione di altre regioni; l’effetto del calore non è facilmente prevedibile. Le proteine dei batteri termofili non vengono denaturate dal calore Le proteine possono denaturarsi anche perpH estremio in solventi organici,questi però rappresentano trattamenti blandi perché tengono intatti i legami covalenti delle catene polip. infatti agiscono sulle interazioni idrofobiche. I pH invece alterano la carica netta delle proteine causando repulsioni elettrostatiche e la rottura dei legami H alterando le proprietà dei gruppi che stabilizzano la struttura terziaria e quaternaria. Anche gliagenti chimicipossono dare denaturazione,come gli agenticaotropicicome lo ione guanidinio e l’urea, a concentrazioni tra 5M e 10M aumentano la solubilità di sostanze apolari in H2o disgregando le interazioni idrofobiche. Agenti riducenti comebeta mercaptoetanolooditiotreitolo rompono e == riducono i ponti disolfurici delle proteine ueste condizioni portano spesso alla precipitazione della proteina con conseguente formazione di Q aggregati proteici spesso molto disordinati. Una proteina che è stata denaturata può peròrinatuarsie == ritornare alla sua forma nativa stabile, questo accade però solo in una minoranza di proteine di piccole dimensioni e dotate di stabilità che sanno ripiegarsi da sole; infatti ci sono 2 fattori che sembrano prevenire e ostacolare la corretta ripiegatura di proteine più grandi e sono - la tendenza a formare aggregati insolubili - la propensione a intraprendere percorsi diversi che portano a una ripiegatura errata, questo processo infatti potrebbe portare alla produzione di proteine mal ripiegate instabili e non funzionali o stabili e funzionali ma con funzione non corretta eversibile, la rimozione dell’agente denaturantepermette di riprendere spontaneamente la R struttura nativa Irreversibile: la proteina non ritorna più alla condizioneoriginale nativa Una proteina che si ripiega passa da uno stato di elevata energia ed entropia ad uno stato di bassa energia ed entropia.folding funnel, un polipeptidenon ripiegato esibisce numerose conformazioni, a un alta entropia, man mano che si ripiega in un numero sempre minore di conformazioni la sua h entropia ed energia libera diminuiscono. ROTEIN FOLDING P In che modo il polip. può assumere la sua conformazione nativa? E’ chiaro che il ripiegamento non può essere un processo casuale per tentativi ed errori. Esistono infatti delle scorciatoie Nel 1968 Cyrus Levinthal si fa questa domanda, egli fu infatti il primo ad assumere che a causa del grande numero di gradi di libertà di un polip non ripiegato questa molecola dovrebbe presentare un numero astronomico di possibili conformazioni finali. Da qui il ‘’paradosso di levinthal’’ , è l’enigma relativo alle dinamiche del folding proteico. Infatti se una proteina ha N residui e per ogni legame peptidico ci sono due angoli torsionali, phi e psi, e ciascun angolo ha 3 conformazioni stabili allora le conformazioni possibili per la proteina sono 32 N * 10N, il che rappresenta anche un valore sottostimatoperché non sono considerate le catene laterali. Sapendo che la proteina può esplorare una conformazione in 10-13 sec (velocità con cui si riorientano i legami singoli) allora teoricamente il tempo impiegato dalla prot per ripiegarsi passando la tutte le conformazioni possibili è t= 10n*10-13 sec e quindiun tempo lunghissimo, infatti per una prot con soli 100 residui dovrei metterci 1087 sec tipo miliardidi anni hahaha S appiamo invece che le proteine impiegano meno di un qualche secondo per ripiegarsi, questo perché avviene secondo una via diretta e non con una scelta casuale della struttura. Le principali vie di ripiegamento infatti hanno un carattere gerarchico: - Il ripiegamento inizia con la formazione di segmenti locali di struttura secondaria ( 5 millisecondi), alcune sequenze aminoacidiche si ripiegano in alfa elica o foglietti beta, la scelta è influenzata dalle interazioni ioniche che interessa i gruppi carichi vicini nella sequenza lineare - Questo favorisce il successivo collasso idrofobico dei nuclei idrofobici compatti all’interno della proteina - Seguono poi le interazioni ad ampio raggio, per es tra due elementi di una struttura secondaria a formare strutture supersecondarie stabili, quindi seguono un cammino ben definito caratterizzato da conformazioni via via più stabili, diminuzione di G - Il processo continua fino a che non si formano domini completi e l’intero peptide assume la conformazione native La struttura nativa è quella termodinamicamente più stabile tra quelle cineticamente accessibili. rocesso assistito p Non tutte le proteine si avvolgono spontaneamente dopo la loro sintesi nella cellula. Talvolta la proteina può riassumere la sua struttura tridimensionale solo nell'ambiente intracellulare per la presenza di altre proteine particolari che coadiuvano e partecipano al ripiegamento della proteina, queste proteine sono iCHAPERONImolecolario chaperonine, operano attraverso un meccanismo di legame e rilascio dipendente dall’atp, esse legano le catene polip non ripiegate o solo parzialmente ripiegate allo scopo di prevenire l'associazione non corretta di segmenti idrofobici esposti che potrebbero causare una errata rinaturazione od aggregazione e precipitazione dei polip umerosi chaperoni molecolari sono stati identificati comeproteine da shock termicopoiché la loro N sintesi aumenta in cellule esposte a temperature elevate presumibilmente per prevenire un errato ripiegamento in condizioni di stress ambientale. Impediscono anche il ripiegamento di certe proteine che devono rimanere non ripiegate fino a che non sono state trasferite attraverso la membrana Alcuni chaperoni molecolari facilitano anche l'organizzazione in strutture quaternarie delle proteine oligomeriche. Il legame di un polip non ripiegato da parte di un chaperone può rompere un aggregato di proteine o impedire la formazione di un nuovo aggregato. Quando viene rilasciato il polip legame esso ha la possibilità di riportare il ripiegamento alla sua struttura nativa, se questo non avviene in modo sufficientemente rapido il polip può essere nuovamente lato e il processo può essere ripetuto. In alternativa il polip può essere trasferito a unachaperonina, queste sono complessi proteici sofisticati necessari per il ripiegamento di alcune proteine cellulari che non si ripiegano spontaneamente. Nell’escherichia coli una parte delle proteine cellulari richiede per avvolgimento in condizioni normali l’intervento di un sistema di chaperonine detto GroEl/GroEs. Le chaperonine vennero scoperte quando si scoprì che esse servivano per la crescita di certi virus batterici. Questi chaperoni sono fatti da una serie di anelli multisubunità che formano due camere orientate schiena contro schiena. Una proteina non ripiegata viene prima legata a una superficie idrofobica esposta vicino all'estremità apicale di una camera di GroEl; la proteina viene poi intrappolata all’interno della camera, dove viene momentaneamente chiusa dal coperchio GroEs. Il primo va in contro ad una variazione conformazionale accoppiata all’idrolisi dell’atp, neldominio atpasioco che regola a che il legameed il rilascio del cappuccio. Dentro la camera la proteina ha a disposizione circa 10 secondi per ripiegarsi, lo stesso tempo necessario per l’idrolisi dell’atp legata. Il fatto che la prot sia costretta li dentro impedisce che si appai non correttamente. La proteina viene rilasciata quando il cappuccio si stacca, però nel caso in cui il ripiegamento non fosse avvenuto correttamente il cappuccio può riattacarsi velocemente per ricominciare un nuovo ciclo uesto processo avvine grazie all’idrolisi Q di 7 molecole di atp S TRUTTURA PRIMARIA E MUTAZIONI GENETICHE Tutte le funzioni delle proteine necessitano del riconoscimento tra zone o domini della proteina con altre molecole o parti di molecola: enzima substrato, anticorpo antigene… Il dominio preposto al riconoscimento e la molecola da riconoscere devono essere complementari in termini dis truttura e di carica Il riconoscimento dipende dalla distribuzione ei gruppi R e dalla sequenza degli aminoacidi Una mutazione della struttura primaria può impedire o rendere difficile il riconoscimento, causando disfunzioni più o meno gravi. Se ne deriva uno stato patologico, quella mutazione interessa il dominio di riconoscimento Se la mutazione è silente, == non genera malattie o disfunzioni allora è possibile che l’amminoacido mutato non sia nel dominio di riconoscimento Spesso è sufficiente la mutazione di un solo aminoacido Tutte le malattie causate da tali mutazioni sono genetiche Tutte le malattie genetiche originano una mutazione della struttura primaria della proteine L e malattieamiloididerivano da un non corretto ripiegamentodelle proteine, le proteine non correttamente ripiegate formano fibrille contenenti strutture beta estese. Almeno 35 patologie umane, solitamente con esito fatale, sono associate alla deposizione extracellulare in determinati tessuti di proteine, di norma solubili, sottoforma di aggregati fibrosi insolubili,amiloidi - morbo di alzheimer: proteina beta amiloide, condizione neurodegenerativa contraddistinta dalla presenza nel tessuto cerebrale di depositi amiloidi, placche, circondate da neuroni morti - sclerosi laterale amiotrofica: superossido dismutasi - malattia di Parkinson: alfa sinucleina S i è recentemente scoperto che certe infezioni associate a patologie neurologiche sono trasmesse da agenti simili ai virus ma costituiti solo da proteine. Il peptide beta amiloide è il maggior costituente delle placche amiloidi, ed ha origine della proteina APP con un processo a due stadi,questa è una proteina di membrana codificata in un gene situato sul cromosoma 21. aderisce alla membrana cellulare attraversandola: una parte resta all’esterno e una all'interno Gli agenti che causano queste malattie sono chiamatiprioni, strutture costituite dalla proteina PrP normalmente presente nel cervello con funzione ignota. I prioni sono forme aggregate della proteina Prp, questa normalmente contiene estese regioni ripiegate in alga elica, mentre negli aggregati alcune regioni della proteina si convertono in strutture beta che si associano a formare aggregati o fibrille amiloidi. EMOGLOBINA E MIOGLOBINA L e proteine non sono statiche, ma interagiscono con altre molecole modificando anche la propria forma e funzione. Per alcune interazioni il risultato è una reazione che modifica la configurazione chimica della molecola che interagisce, e la proteina agisce invece come catalizzatore, oenzima. L e funzioni di molte proteine richiedono il legame reversibile con altre molecole; una molecola legata ad una altra reversibilmente viene dettaligando,può essere qualsiasi tipo di molecola, anche una proteina. I ligando si legano a specifici siti sulla proteina detti siti di legamecomplementari al ligando. L’interazione è specifica per mantenere ordine nella molecola. Le proteine sono flessibili, le modificazioni che avvengono potrebbero essere impercettibili per questo si dice che una proteina ‘’respira’’, oppure le modifiche possono essere evidenti con grandi movimenti. Spesso quando avviene il legame con il ligando la proteina si modifica per rendere il sito più complementare al ligando, avviene cioè unadattamentoindotto; sappiamo però che la modificazione di una subunità può portare alla modificazione delle altre vicine o lontane, questa interazione può avvenire anche per più ligandi che agiscono sulla stessa proteina. Le molecole su cui agiscono gli enzimi sono dettesubstratied il sito che lega il ligando è dettosito cataliticoosito attivo legame con O2 Emoglobina e Mioglobina sono tra le proteine più studiate e meglio caratterizzate. Sono le prime di cui è stata determinata la struttura tridimensionale, sono importanti per la relazione che instaurano con altre molecole: legame reversibile proteina-ligando. Sono importanti per capire come le proteine
