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Prof. S. Sorrentino Proteine parte 1b. legami idrogeno legami idrogeno legami ionici legami ionici ponti disolfurici ponti disolfurici interazioni idrofobiche.

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1 prof. S. Sorrentino Proteine parte 1b

2 legami idrogeno legami idrogeno legami ionici legami ionici ponti disolfurici ponti disolfurici interazioni idrofobiche interazioni idrofobiche forze di Van der Waals forze di Van der Waals I ripiegamenti della catena fanno sì che le catene laterali R dei residui amminoacidici possano interagire fra loro formando legami (deboli o forti) che contribuiscono a stabilizzare la conformazione 3D della proteina. Struttura terziaria delle proteine La struttura terziaria dipende dalla struttura primaria. ( ) 4 4

3 Oltre al legame peptidico, un altro tipo di legame covalente fra gli amminoacidi presenti nei peptidi e nelle proteine è il legame disolfuro che collega due unità di cisteina. CISTEINA CISTINA [O] [Rid] PONTI DISOLFURICI

4 Comprendere il processo di FOLDING delle proteine, ovvero il meccanismo di ripiegamento grazie al quale queste molecole raggiungono la conformazione più stabile termodinamicamente e biologicamente attiva.

5 ΔG = ΔH - TΔS Il folding di una proteina è il risultato di grandi variazioni entalpiche ed entropiche La struttura terziaria di una proteina rappresenta la struttura più stabile (a più bassa energia) per quella particolare sequenza primaria.

6 Denaturazione Se sottoponiamo una proteina a valori di pH o temperatura molto diversi da quelli normali, la proteina perde la conformazione nativa e perde la sua funzione. possiede nella struttura primaria le istruzioni Così è stato dimostrato che una proteina possiede nella struttura primaria le istruzioni che deve seguire per ripiegarsi nella sua struttura tridimensionale finale.

7 la sequenza determina la struttura, che determina la funzione Le Proteine conoscono il loro ruolo e sanno come organizzare la loro architettura molecolare. Linformazione è contenuta nella sequenza degli amminoacidi che è stabilita dal tratto di DNA (gene) il quale contiene il progetto di ogni specifica proteina.

8 Molte malattie sono dovute al difettoso ripiegamento (FOLDING) di una proteina A. Alcune patologie derivano da proteine che non sono in grado di raggiungere la loro struttura funzionale e che tendono a formare grossi aggregati (fibrille o forme amiloidi): Alzheimer, encefalopatia spongiforme. B. In altri casi mutazioni del gene generano proteine incomplete che non sono più in grado di svolgere la loro funzione perché incapaci di legare i loro substrati: fibrosi cistica, distrofia muscolare

9 L'encefalopatia spongiforme bovina (Bse) è una malattia neurologica degenerativa che colpisce i bovini E causata dallalterazione di una proteina, il Prione. Pr = proteica ; i = infettiva ; one = particella

10 Si trova in tutti gli organi, principalmente sulla membrana dei neuroni Il prione 1984 Stanley Prusiner Per anni il prione è stato considerato erroneamente un virus Il suo ruolo è quello di coadiuvare la trasmissione dei segnali tra le cellule nervose

11 Quando viene raggiunta una concentrazione sufficiente di proteine PrPSc, queste si aggregano a formare un lungo filamento che gradualmente danneggia il tessuto neuronale. La conversione da PrPc a PrPSc procede poi con una reazione a catena.

12 Unavolta mutata la proteina è infettiva: a contatto con la forma normale, la trasforma, rendendola patologica Una volta mutata la proteina è infettiva: a contatto con la forma normale, la trasforma, rendendola patologica I prioni alterati sono molto resistenti: al calore al calore ai disinfettanti ai disinfettanti alle proteasi alle proteasi

13 Il salto di specie La Bse tra i bovini nasce, probabilmente, dall'uso di carcasse di animali infetti (pecore) per farne mangimi. Scrapie Farine animali Le pecore non sembrano trasmettere la malattia direttamente alluomo infettare luomo I prioni dei bovini sono in grado di infettare luomo Bse NvCJ

14 STRUTTURA QUATERNARIA Le interazioni che si stabiliscono tra le subunità sono dello stesso tipo di quelle che stabilizzano le strutture terziarie: legami idrogeno, interazioni idrofobiche, ponti disolfurici tra i gruppi R dei residui amminoacidici. Collageno Actina-miosina Trp-sintasi Emoglobina

15 Struttura quaternaria (3D) dellEmoglobina 50 x 55 x 65 Ǻ Quattro subunità disposte ai vertici di un tetraedro 1 2 (o 2 1) e 1 1 (o 2 2) (interazioni idrofobiche, legami idrogeno, coppie ioniche); 1 1, 2 2 (interazioni polari).

16 LA DISTROFIA MUSCOLARE La più diffusa è la malattia di Duchenne che si trasmette attraverso il cromosoma sessuale X, dalla madre ai figli maschi; le figlie femmine invece possono essere portatrici sane.

17 La distrofina, una proteina cruciale per la vita e la funzione dei muscoli La distrofina stabilizza la membrana della cellula muscolare durante i cicli di contrazione-rilassamento La malattia è dovuta alla mancanza della distrofina per un difetto del gene che codifica la proteina (anomalo codone di stop). LA DISTROFIA MUSCOLARE

18 Progressiva perdita di forza muscolare con conseguente progressiva perdita delle abilità motorie. Insufficienza respiratoria e cardiaca Degenerazione del tessuto muscolare sostituito da tessuto fibroso e adiposo.

19 I neuroni cominciano a produrre una proteina (β- amiloide), con formazione di placche (agglomerato di filamenti proteici). Iniziano così una serie di eventi programmati che portano alla morte del neurone (Suicidio programmato) LApp (precursore della proteina amiloide) normalmente serve per il normale funzionamento dei neuroni Alois Alzheimer descrisse per primo tale malattia definendola un processo degenerativo che distrugge progressivamente le cellule cerebrali, rendendo a poco a poco lindividuo che ne è affetto incapace di una vita normale" Morbo di Alzheimer Morbo di Alzheimer MECCANISMO DEL PROCESSO DI DEGENERAZIONE

20 Difetto nella proteina transmembrana che agisce come un canale degli ioni cloro nelle cellule epiteliali (CFTR: Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator, 1480 amminoacidi). La mutazione più comune è la delezione di un amminoacido (Phe 508) e la proteina mutata non si avvolge correttamente. Fibrosi cistica Malattia autosomica recessiva grave più comune nella popolazione italiana malati 1/3000 portatori 1/28 Le manifestazioni cliniche della malattia sono caratterizzate dalla presenza di secrezioni esocrine mucose dense che portano a una malattia polmonare cronica ostruttiva con evoluzione verso linsufficienza respiratoria

21 Esempi di proteine fibrose. Funzioni e Meccanismi.

22 …LA CONTRAZIONE MUSCOLARE SARCOMERO: unità funzionale del muscolo Muscolo striato: la contrazione si basa sulla struttura del sarcomero, in cui i filamenti di actina e di miosina si intercalano e scivolano gli uni sugli altri. TEORIA DELLO SCORRIMENTO DEI FILAMENTI ACTINA MIOSINA

23 I microfilamenti, con un diametro di 7 nm, sono polimeri della proteina actina: servono alla struttura della cellula ed al movimento. Lactina è presente in tutte le cellule eucariotiche, dove rappresenta il 5% delle proteine cellulari. ACTINA

24 Le singole molecole di actina si chiamano actina G (actina globulare). In condizioni adeguate, le molecole di actina G polimerizzano a formare i microfilamenti; sotto questa forma, l'actina è chiamata actina F (actina filamentosa) ACTINA Actina G Actina F

25 La miosina è composta da sei catene polipeptidiche: due catene pesanti e due coppie di catene leggere. La testa ha attività ATPasica e motrice. Controlla la contrazione muscolare, la contrattilità nelle fibre da stress e lanello contrattile durante la citochinesi. MIOSINA

26 INTERAZIONE ACTINA-MIOSINA I PONTI TRASVERSALI sono formati da legami tra lactina F dei filamenti sottili e le teste di miosina dei filamenti spessi Ogni testa della miosina presente sul filamento va incontro a ripetuti cicli di legame alle subunità di actina sul filamento sottile; subisce un cambiamento conformazionale che richiede energia. La contrazione è controllata dallATP e dalla presenza degli ioni calcio

27 La forza che guida la formazione dei ponti trasversi è lidrolisi dellATP, catalizzata da unATPasi attivata dallactina, localizzata nella testa della miosina. Una testa di miosina non legata ad ATP si ancora saldamente allactina (rigor): stadio breve a cui segue il legame dellATP. Quando lATP si lega alla testa di miosina, lassociazione actina- miosina si rompe

28 La miosina idrolizza lATP: la testa di miosina cambia posizione rispetto al resto della molecola La miosina si riattacca debolmente ad un altro monomero di actina, rilascia Pi e questo fa aumentare la sua affinita per lactina Il legame genera un cambiamento conformazionale che sposta la coda della miosina verso il centro del sarcomero

29 Fine del ciclo: si stacca l ADP e la testa di miosina si ancora di nuovo saldamente allactina (rigor) in una posizione diversa sul filamento di actina. La contrazione muscolare richiede tanta energia, e il muscolo scheletrico contiene tanto ATP, che viene prodotto dai mitocondri durante i periodi di riposo. Nel sarcoplasma vi sono anche abbondanti riserve lipidiche e di glicogeno. Se le riserve di ATP finiscono durante I periodi di contrazione prolungata, lADP generata dallidrolisi dellATP viene riconvertito in ATP attraverso glicolisi anerobica, che porta allaccumulo di acido lattico.

30 Il sito di legame della miosina sul filamento di actina è normalmente mascherato dalla tropomiosina, che deve essere rimossa per permettere lattacco della miosina. La dipendenza dal calcio è regolata dalla troponina C (TnC), che si associa agli ioni calcio ed, una volta legata, va incontro ad un cambiamento conformazionale che si trasmette alla tropomiosina, inducendola a muoversi verso il centro dellelica del filamento sottile. In questo modo i siti di legame sullactina si rendono disponibili al legame con la testa della miosina, permettendo la contrazione. REGOLAZIONE DELLA CONTRAZIONE DA PARTE DEGLI IONI CALCIO

31 Le cheratine sono un esempio di come la funzione biologica di una proteina riflette la struttura delle catene polipeptidiche

32 Collageno Responsabile di unelevata resistenza allo stiramento Un altro esempio di come la funzione biologica di una proteina rifletta la sua struttura

33 Sezione di una molecola di tropocollageno H OH idrossiprolina 2


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