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Le proteine
possono contenere oltre agli aa altri
gruppi chimici; esse sono chiamate proteine coniugate
La parte non aminoacidica è detta gruppo prostetico
Classe
Gruppo prostetico Esempio
Lipoproteine
Lipidi
b1-liproteina
Glicoproteine
Carboidrati
IgG
Fosfoproteine
Gruppi fosforici
Caseina del latte
Emoproteine
Eme (ferro-porfirina)
Emoglobina
Flavoproteine
Nucleotidi flavinici
Succinato DH
Metalloproteine
Ferro
Zinco
Calcio
Ferritina
Alcol DH
Calmodulina
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Tra le proteine coniugate hanno una maggiore
importanza biomedica:
 glicoproteine
 lipoproteine
 emoproteine
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Le glicoproteine sono proteine contenenti catene
oligosaccaridiche (glicani) legate covalentemente alla catena
polipeptidica
Funzione
Glicoproteina
Molecole strutturali
Collageno
Agenti lubrificanti
Mucine
Molecole di trasporto
Transferrina, ceruloplasmina
Molecole immunitarie
Immunoglobuline, antigeni di
istocompatibilità
Enzimi
Vari (per
alcalina)
Siti di riconoscimento per
l’attacco delle cellule
Varie proteine implicate nelle
interazioni cellula-cellula
es.
fosfatasi
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Le funzioni delle catene oligosaccaridiche sono svariate:
 Modulano le proprietà chimico-fisiche (solubilità, viscosità,
carica netta, partecipano ai siti di legame per batteri e virus)
 Proteggono dalla proteolisi intra o extracellulare
 Sono implicate in attività biologiche, per esempio nella
gonadotropina corionarica umana (hCG)
 Hanno effetto sull’inserimento nelle membrane, sulla
migrazione e distribuzione intracellulare e sulla secrezione
 Influenzano lo sviluppo e il differenziamento embrionale
 Possono modificare i siti delle metastasi selezionati dalle
cellule cancerose
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LIPOPROTEINE
le proteine possono coniugarsi con
legami covalenti ai lipidi (per esempio
nelle proteine intriseche), di membrana,
oppure
formano
dei
complessi
lipoproteici, in cui le proteine e i lipidi
sono legati in modo instabili.
questo secondo tipo di
lipoproteine possono avere
dimensioni e composizione
variabili, si trovano nel
plasma dove mediano il
trasporto di lipidi non
idrosolubili
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I lipidi sono trasportati nel
plasma come lipoproteine
Ciò è possibile grazie all’aggregazione di lipidi con
proteine idrofiliche (apolipoproteine o apoproteine)
nelle lipoproteine sono presenti
4 principali classi di lipidi:

Triacilgliceroli

Fosfolipidi

Colesterolo

Esteri del colosterolo
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I complessi lipoproteici sono classificati in
5 gruppi:
• chilomicroni
• VLDL (very low density lipoprotein)
• IDL (intermediate density lipoprotein)
• LDL (low density lipoprotein)
• HDL (high density lipoprotein)
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1) Chilomicroni, derivanti dall’assorbimento intestinale dei
triacilgliceroli
2) Lipoproteine a bassissima densità (VLDL), prodotte dal fegato
con funzioni di trasportatori dei triacilgliceroli.
3) IDL, che derivano dalle VLDL
4) Lipoproteine bassa densità (LDL) che rappresentano la tappa
finale nel catabolismo delle VLDL.
5) Lipoproteine ad alta densità (HDL o a-lipoproteine), coinvolte
nel metabolismo del VLDL e dei chilomicroni e nel trasporto del
colesterolo.
I triacilgliceroli rappresentano i lipidi predominanti nei
chilomicroni e nelle VLDL, mentre il colesterolo e i fosfolipidi
rispettivamente nelle LDL ed HDL
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2
10
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Oltre all’uso di tecniche basate sulla loro densità le
lipoproteine possono essere classificate in base alle
proprietà elettroforetiche specifiche in α β, e pre-β
lipoproteine, e possono essere più accuratamente
identificate per mezzo dell’immunoelettroforesi.
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I lipidi anfipatici sono componenti
essenziali delle lipoproteine
Una lipoproteina tipica come un chilomicrone
o una VLDL, è costituita da :
1. un
nucleo
di
lipidi,
soprattutto
triacilgliceroli non polari ed esteri del
colesterolo
2. circondato da un singolo strato di
fosfolipidi
anfipatici
e
molecole
di
colesterolo, orientati in modo che i loro
gruppi polari siano rivolti verso il mezzo
acquoso come nella membrana cellulare.
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La porzione proteica di una lipoproteina è nota
come apolipoproteina o apoproteina e
costituisce:
1. circa il 70% di alcune HDL
2. meno dell’1% di chilomicroni
Alcune apolipoproteine sono integrali e non
possono essere rimosse mentre altre sono
libere di passare ad altre lipoproteine
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Sezione parziale di una lipoproteina plasmatica, nella quale un
singolo strato di componenti portanti gruppi idrofilici
(proteine, fosfolipidi, colesterolo libero, racchiude una
massa di lipidi completamente idrofobici (trigliceridi,
colesterolo esterificato)
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La distribuzione delle apolipoproteine
caratterizza ciascuna lipoproteina
Le apolipoproteine hanno diverse funzioni:
Possono formare parte della struttura delle lipoproteine
come l’apo B
Possono essere cofattori enzimatici come la C-II per la
lipoproteina lipasi, l’A-I per la lecitina-colesterolo
aciltrasferasi e
Possono agire da ligandi nell’interazione con i recettori
delle lipoproteine nei tessuti, come apoB-100 e apoE per
il recettore delle LDL, apoE per il recettore dei residui
di chilomitroni e apo A-I per il recettore delle HDL.
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Emoproteine
Sono proteine molto importanti, coniugate con una o più unità di
eme (ferro-porfirina); questo gruppo prostetico contiene un
nucleo centrale metallico (ione ferroso, Fe2+) chelato da un
tetrapirrolo ciclico (porfirina).
eme
citocromo-c
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Le funzioni dell’emo-proteine possono essere diverse a seconda
del tipo:
 trasporto di O2
 riserva di O2
 trasporto elettronico tramite reazioni redox
 degradazione di radicali liberi e xenobiotici
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fra i numerosi esempi di emo-proteine umane e
animali ricordiamo:
Proteina
Funzione
Emoglobina
Trasporto dell’ossigeno nel sangue
Mioglobina
Riserva di ossigeno nel muscolo
Citocromo C
Coinvolto nella catena di trasporto
degli elettroni
Citocromo P450
Idrossilazione Xenobiotici
Catalasi
Degradazione dell’acqua
ossigenata
Triptofano pirrolasi
Ossidazione del triptofano
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 nell’emoglobina e nella mioglobina il nucleo metallico
dell’eme è sempre uno ione ferroso, l’ossidazione di questo
compromette la funzione delle due emo-proteine
 nei citocromi invece il nucleo centrale dell’eme può
alternativamente ossidarsi (ione ferrico, Fe3+) e ridursi (ione
ferroso, Fe2+) permettendo il trasporto di elettroni da una
molecola all’altra
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Struttura di alcune emo-proteine di interesse
biomedico:
Mioglobina: piccola molecola compatta costituita da una singola
catena polipeptidica (17 KDa), di forma approssimativamente
sferica
questa molecola è presente nel
tessuto muscolare striato svolge
una
funzione
importante:
immagazzina l’ossigeno che, in
condizioni
di
scarsa
ossigenazione (per es. durante
lo sforzo fisico), è rilasciato per
essere utilizzato dai mitocondri
per la sintesi dell’ATP
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La mioglobina funziona come carrier di ossigeno tra il sangue
extracellulare e il mitocondrio
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L’atomo di ferro 2+ al centro del gruppo eme è coordinato
a 4 atomi di azoto delle porfirine e ad un quinto atomo di
azoto della catena laterale della istidina prossimale. Il sesto
legame di coordinazione serve per legare l’ossigeno.
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Il nucleo di ferro dell’eme è chelato da 2 residui istidinici,
His93 e His64; la posizione dell’His93 nella mioglobina è sempre
conservata. L’atomo di ferro è posizionato fuori dal piano
dell’anello tetrapirrolico della porfirina. Durante il legame
con l’ossigeno, il ferro si inserisce all’interno del piano della
porfirina. Questo determina un effetto di trazione sulla istidina
prossimale (a cui il ferro è legato) e dei residui ad esso legati
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determinando una modificazione strutturale delle proteine.
le mioglobine dei mammiferi costituiscono un esempio di proteine
con identità di struttura altamente “conservata”
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Legame dell’ossigeno sulla mioglobina
 l’istidina distale protegge il complesso eme-ferro2+
dall’ossidazione eme-ferro3+, incapace di legare l’ossigeno
 l’istidina distale inoltre protegge contro il binding con il
monossido di carbonio, riducendone l’affinità di legame di circa
mille volte
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Emoglobina: le emoglobine sono proteine tetrameriche composte
da coppie di polipeptidi diversi (a, b, g, d, s); le forme
tetrameriche umane più comuni sono le seguenti:
• HbA emoglobina normale dell’adulto
(a2b2)
• HbF emoglobina fetale (a2 g2)
• HbS emoglobina
falciformi (a2s2)
delle
cellule
• HbA2 emoglobina minore dell’adulto
(a2d2)
la molecola dell’emoglobina riesce a
legare 4 molecole di ossigeno grazie
alla presenza di 4 gruppi eme, uno per
29
ogni subunità
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Il feto ha emoglobine diverse. Poco dopo il concepimento sintetizza
catene zeta, simili alla catena a e le catene ε simili alle catene β. Nel
corso della vita fetale, la catena zeta è sostituita dalla catena α e la ε
dalla catena γ che poi a sua volta è sostituita dalla β.
L’emoglobina più importante durante gli ultimi 2/3 di vita fetale,
l’emoglobina F, ha la composizioni in subunità a2γ2.
Le catene a e zeta sono formate da 141 aminoacidi, le catene β γ e δ
contengono 146 residui.
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tetramero costituito da 2 coppie di monomeri uguali a 2 a 2; così
a1 e a2 presentano strutture primaria, secondaria e terziaria
34
identiche
Le associazioni tra le varie subunità dell’emoglobina sono
governate da interazioni non covalenti; le subunità sono legate
mediante legami ad H, le interazioni ab sono relativamente forti,
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quelle aa e bb sono più deboli
Nell’interazione ab intervengono il
residuo Asn102 della catena b e il
residuo Asp94 del polipeptide a
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