Le proteine: come sono fatte, come funzionano,
e come si sono evolute. Il vero dogma centrale
della biologia: la sequenza determina la
struttura, che determina la funzione
Proteine parte 1a
prof. S. Sorrentino
Le Proteine sono i costituenti principali del corpo umano
carboidrati
5%
lipidi
10%
acidi nucleici ed
altro
2%
proteine
18%
acqua
65%
Pròteios: “primario”
Le proteine sono i costituenti principali
dell’architettura molecolare di tutte le cellule
Le Proteine
sono
macromolecole
ma……
1 nm = 10-9 m
La maggior
parte di esse è
invisibile
anche con il
più potente
microscopio
elettronico
Le proteine sono le macromolecole polimeriche più versatili della cellula,
ma non sono dei semplici polimeri lineari di amminoacidi.
Ogni proteina assume la struttura tridimensionale più adatta alla
funzione che svolge in un determinato organismo
Le Proteine:
- Non sono dei semplici polimeri lineari di amminoacidi.
- Presentano complesse strutture tridimensionali.
- Sono sintetizzate dai ribosomi e, in frazioni di secondo, assumono la
struttura tridimensionale più adatta alla funzione che devono svolgere.
- Già “conoscono” il loro ruolo e “sanno” come organizzare la loro
architettura molecolare.
- L’informazione è contenuta nella sequenza degli amminoacidi che è
stabilita dal tratto di DNA (gene) il quale contiene il “progetto” e le
“istruzioni per il montaggio” di ogni specifica proteina.
Il dogma centrale della biologia
DNA:
detentore dell’informazione genetica
organizzata in unità detti geni.
RNA:
traduce l’informazione genetica nel
linguaggio delle proteine.
trascrizione
Nei virus con patrimonio
genetico a RNA con meccanismo
replicativo che utilizza la
trascrittasi inversa (Retrovirus)
è possibile il passaggio inverso,
cioè ottenere il DNA partendo
da RNA.
traduzione
•La funzione che una proteina svolge è strettamente legata alla
struttura tridimensionale che la proteina assume
•La struttura tridimensionale finale è quella più stabile e viene
raggiunta attraverso vari livelli di organizzazione strutturale
•Tali livelli di organizzazione dipendono dalla sequenza degli
amminoacidi che è geneticamente determinata.
Gli amminoacidi possono
esistere sottoforma di due
enantiomeri o stereoisomeri.
Le proteine contengono solo
amminoacidi
Gli L-amminoacidi possono essere levogiri o destrogiri.
Le proprietà ottiche non dipendono dalla serie stereochimica.
Struttura primaria delle proteine
La sequenza, unica per ogni proteina,
determina la forma degli altri livelli strutturali (secondaria, terziaria e quaternaria)
e quindi, la funzione biologica.
Se un amminoacido in posizione chiave è sostituito con un altro, anche la forma
della proteina cambia e anche la sua funzionalità.
Infatti, anche le parole assumono significato diverso se le stesse lettere sono
poste in una sequenza diversa.
Ad esempio:
-R-O-M-A-
A-M-O-R-
-M-O-R-A-
-R-A-M-O-
Legame peptidico
ΔG = ΔH - TΔS
Limitazioni alla libera rotazione
Impedimenti sterici: i gruppi peptidici e le catene laterali per
particolari valori degli angoli Φ e Ψ vengono a trovarsi a
distanza di contatto.
I piani degli amminoacidi devono ruotare affinché la
proteina si ripieghi assumendo la forma più stabile e cioè
quella a più bassa energia
In natura tutto tende a raggiungere un minimo di energia
ΔG = ΔH – T ΔS
Entropia
Entalpia
Un processo è spontaneo se ΔG<0
- diminuendo ΔH
- aumentando ΔS
I PIANI DEI GRUPPI PEPTIDICI RUOTANO FAVORENDO
LA FORMAZIONE DELLA STRUTTURA SECONDARIA
AVVICINAMENTO DI GRUPPI ATOMICI CAPACI DI FORMARE
LEGAMI A IDROGENO (gruppi N-H e C=O di ogni legame peptidico)
DIMINUISCE ΔH
ΔG = ΔH – T ΔS
ΔG <0
Sequenza –C-C-N-
α Elica
Foglietto β
Struttura secondaria delle proteine
Struttura primaria
amminoacidi
β foglietto
α elica
Struttura secondaria
β struttura
α struttura
Struttura terziaria
Struttura quaternaria
Disposizione
regolare e ripetitiva
assunta dalla catena
proteica nello spazio
E’ stabilizzata da
legami a idrogeno
intracatena tra i
gruppi C=O e N-H
di due a.a. diversi
Struttura secondaria delle proteine
α elica
ripiegamento elicoidale della catena proteica
che si presenta come un nastro avvolto
intorno ad un asse centrale.
E’ stabilizzata da legami a
idrogeno intracatena tra i
gruppi C=O e N-H di dua
a.a. anche lontani
Le catene laterali R dei residui
amminoacidici sono tutte rivolte
verso l'esterno dell'elica
β-foglietto
Si presenta come un ripiegamento
più ordinato a zig zag simile ad un ventaglio
Le catene laterali sporgono
alternativamente al di sopra
e al di sotto del piano
Filamento pieghettato
Struttura secondaria delle proteine
Direzione parallela
NH2
COOH
NH2
COOH
NH2
COOH
Direzione antiparallela
NH2
COOH
COOH
NH2
NH2
COOH