Proteine: Classificazione e Struttura PDF

Professore Gilda Aiello Argomento Proteine: classificazione e struttura  Gilda Aiello PROTEINE Le proteine (o protidi) sono macromolecole biologiche costituite da caten...

Professore Gilda Aiello Argomento Proteine: classificazione e struttura  Gilda Aiello PROTEINE Le proteine (o protidi) sono macromolecole biologiche costituite da catene di amminoacidi legati fra loro da un legame peptidico. Le proteine svolgono una vasta gamma di funzioni all'interno degli organismi viventi, tra cui la catalisi delle reazioni metaboliche, la funzione di sintesi come replicazione del DNA, la risposta agli stimoli e il trasporto di molecole all’interno dell’organismo. Le proteine differiscono l'una dall'altra nella loro sequenza di amminoacidi e nella struttura tridimensionale specifica che determina l’attività. Le proteine si caratterizzano per la struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria. Proteine: classificazione e stru7ura 2 di 18  Gilda Aiello Struttura primaria E’ la sequenza di amminoacidi legati da legame peptidico all’interno della catena proteica. Molte proteine contengono tutti i 20 amino acidi, ma in altri casi uno o più amino acidi mancano. Ad es. la seta è una sequenza di sola glicina Ogni proteina ha un terminale basico e uno acido liberi. Dallo scheletro peptidico si dipartono le catene laterali degli amino acidi (gruppi viola) che determinano fortemente le caratteristiche della proteina. Proteine: classificazione e stru7ura 3 di 18  Gilda Aiello Struttura secondaria Sotto-strutture altamente modellate – alfa elica e beta foglietto ripiegato – o segmenti di catena che assumono una forma non stabile. Le strutture secondarie sono definite a livello locale, cioè possono esistere molte diverse sottostrutture ordinate in una singola molecola proteica. Alcune zone invece non assumono strutture ordinate e prendono quindi il nome di random coil. I random coil uniscono tra loro le sotto strutture secondarie La alfa-lattoalbumina contiene numerose alfa-eliche Random coil Proteine: classificazione e stru7ura 4 di 18  Gilda Aiello Struttura secondaria ad a-elica La catena polipeptidica assume nello spazio una disposizione regolare e ripetitiva, stabilizzata da legami …H… tra il gruppo –NH- di un legame peptidico e il gruppo –CO- di un altro Restrizioni dell’a-elica: Repulsione gruppi R carichi in prossimità delle parti C o N terminale 3,6 residui per giro Dimensioni R adiacenti Passo di 5,4 Å Presenza di prolina Legame idrogeno ottimale (2,8 Å) tra C=O e NH di quattro residui successivi Proteine: classificazione e stru7ura 5 di 18  Gilda Aiello Struttura secondaria a b-sheet (foglietto) La beta-lattoglobulina bovina contiene numerosi beta-sheet Proteine: classificazione e stru7ura 6 di 18  Gilda Aiello Struttura terziaria E’ data dalla combinazione di più regioni ad alfa-elica e/o beta-foglietto collegate tra loro da segmenti random coil che formano delle anse. Le regioni ad ansa costituiscono in genere il sito funzionale della proteina: il sito attivo di un enzima o il sito di legame di una proteina di trasporto o di un anticorpo. La struttura terziaria è stabilizzata da legami secondari ponti disolfuro, i legami ionici, i legami a idrogeno e le forze di legame idrofobiche che si stabiliscono tra le catene laterali degli aminoacidi; in alcune proteine abbiamo un legame covalente, il ponte disolfuro che si forma fra due gruppi sulfidrile (SH) di due catene laterali di cisteina (processo ossidativo). Proteine: classificazione e stru7ura 7 di 18  Gilda Aiello Struttura quaternaria In molti casi, la proteina stabile è formata da più catene polipeptidiche (subunità) tenute insieme dagli stessi tipi di legami che stabilizzano le struttura terziaria. Per esempio l’emoglobina è un tetramero formato da due sub-unità identiche alfa e due beta disposte simmetricamente Proteine: classificazione e stru7ura 8 di 18  Gilda Aiello Struttura quaternaria Strutture quaternarie complesse sono anche comuni nei semi. La glicinina è una delle proteine di deposito nel seme di soia. Strutture simili sono comuni nei legumi e in altri semi. Il seme accumula proteine che verranno idrolizzate durante la germinazione. Glicinina di soia Proteine: classificazione e stru7ura 9 di 18  Gilda Aiello Diversi livelli di struttura Riassumendo, le proteine sono una sequenza di amino acidi legati dal legame peptidico, che in alcune zone assumono una struttura secondaria ordinata. Nello spazio assumono una struttura terziaria piuttosto compatta stabilizzata da legami interni. Spesso si associano in aggregati stabili di più subunità che formano la cosiddetta struttura quaternaria. Proteine: classificazione e stru7ura 10 di 18  Gilda Aiello CLASSI DI PROTEINE SEMPLICI Albumine ü Solubili in acqua ü Coagulano a caldo ü Es. alfa-lattoalbumina, ovalbumina, frazione proteica solubile in acuqa delle farine dei cereali e dei legumi Globuline: ü Solubili in soluzioni acquose saline diluite ü Coagulano a caldo ü Es. beta-lattoglobulina, sieroglobulina bovina, ovoglobulina, globuline vegetali da legumi e cereali Proteine: classificazione e stru7ura 11 di 18  Gilda Aiello Gluteline Prolamine ü Insolubili in acqua e nelle ü Insolubili in acqua soluzioni acquose saline diluite ü Solubili in etanolo 70-80% neutre ü Es. gliadina (frumento e ü Solubili in alcali e acidi diluiti, segale), zeina (mais), ordenina coagulano al calore (orzo) üEs. glutenina (frumento), altri cereali Proteine: classificazione e stru7ura 12 di 18  Gilda Aiello CLASSI DI PROTEINE CONIUGATE Fosfoproteine Nucleoproteine ü Per idrolisi liberano acido fosforico ü Il gruppo prostetico è costituito da acidi üEs. caseina del latte nucleici ü Si trovano nel nucleo intracellulare Lipoproteine Glicoproteine ü Coniugate con lipidi ü Coniugate con carboidrati o loro ü Nei mammiferi servono per il derivati (glicosilazione enzimatica) trasporto dei lipidi nel sangue ü Mucina della saliva, anticorpi Proteine: classificazione e stru7ura 13 di 18  Gilda Aiello Proteine native e denaturate Variazioni, anche minime, nella struttura primaria di una proteina alterano la sua forma tridimensionale (in quanto modificano le interazioni tra gli amino acidi) compromettendone la funzionalità. Negli alimenti, tuttavia, le strutture delle proteine sono alterate anche in modo significativo dai processi industriali o domestici = denaturazione. à alle interazioni tra le catene laterali e gli zuccheri riducenti: reazione di Maillard Proteine: classificazione e stru7ura 14 di 18  Gilda Aiello Proprietà nutrizionali delle proteine Forniscono all’organismo amminoacidi essenziali e non, che hanno funzioni: Ø Plastica per la costruzione di proteine umane Ø Regolatrice come precursori di ormoni, neurotrasmettitori etc. Ø Energetica mediante ossidazione nel ciclo di Krebs o conversione a glucosio nella glucogenesi ØLe proteine alimentati si trovano in quasi tutti gli alimenti, ne sono privi oli, zucchero e bevande alcoliche. ØSono nutrizionalmente importanti le proteine delle masse muscolari (carne e pesce) per il 40% costituite da actina e miosina e quelle di deposito (uovo, latte, cereali e legumi). Proteine: classificazione e stru7ura 15 di 18  Gilda Aiello Valore nutrizionale delle proteine alimentari Alimenti di origine animale Þ proteine di alta qualità con composizione di a.a. essenziali simile alle proteine umane, soprattutto la carne (ad alto valore biologico), maggiore digeribilità per proteine globulari che fibrose. Le proteine del latte umano sono il modello per il bambino. Cereali e legumi Þ proteine meno disponibili perché legate a polisaccaridi o in presenza di fattori antinutrizionali (moderato valore biologico). I cereali sono poveri di lisina e legumi di metionina Frutta e ortaggi Þ a basso tenore proteico (3%) con composizione in a.a. essenziali deficitaria. Anche se in eccesso rispetto ai fabbisogni calorici, non riescono a coprire il fabbisogno proteico Proteine: classificazione e stru7ura 16 di 18  Gilda Aiello PUNTO ISOELETTRICO DELLE PROTEINE Nelle proteine che contengono residui amino acidici acidi e basici in grande numero, la carica totale della proteina dipende dal pH dell’ambiente: PUNTO ISOELETTRICO - pI HOOC NH3 OOC NH3 OOC NH2 COOH COOH COO H3N COOH H3N COO H2N COO pH = 1 pH < 7 pH = 13 Carica + Punto isoelettrico Carica - 3 2 (pI) Carica = 0 E’ il punto di minima solubilità Proteine: classificazione e stru7ura 17 di 18  Gilda Aiello Sfruttamento industriale del pI Portando le proteine ad un pH pari al pI, le proteine precipitano. Questa proprietà è sfruttata industrialmente. Caseine del latte: proteine prevalentemente acide (ricche di acido fosforico legato a serina, Precipitazione caseine glutammico, aspartico), pI = 4.6. A questo pH le caseine precipitano: fase iniziale della produzione dei formaggi Proteine di soia: ricche di aspartico e glutammico, possono essere precipitate a pH acido, es. produzione del tofu Precipitazione tofu Proteine: classificazione e stru7ura 18 di 18