LE PROTEINE Quando nel XIX secolo gli scienziati rivolsero per la prima volta la loro attenzione alla nutrizione, in breve tempo scoprirono che i prodotti naturali contenenti azoto erano essenziali per la nutrizione degli animali. Nel 1839 il chimico svedese Jacob Berzelius coniò per questa classe di composti il termine di PROTEINA (dal greco Proteius cioè “che occupa la prima posizione).

Gli amminoacidi ( 20) hanno proprietà strutturali comuni Gruppo R: catena laterale che differenzia i diversi amminoacidi. I carboni del gruppo R sono indicati attraverso le lettere dell’alfabeto greco a partire da β Gruppo CARBOSSILICO : gruppo acido Gruppo AMMINICO: gruppo basico Gli amminoacidi ( 20) hanno proprietà strutturali comuni

GLI AMMINOACIDI I venti amminoacidi costituenti le proteine, variano considerevolmente per le loro proprietà chimico-fisiche come la polarità, l'acidità, la basicità, l'aromaticità, la dimensione, la flessibilità conformazionale, la capacità di formare legami crociati e legami idrogeno e la reattività chimica. Queste caratteristiche, molte delle quali sono correlate, sono in gran parte responsabili della varietà di strutture e funzioni delle proteine.

STEREOCHIMICA Tutti gli amminoacidi ad eccezione della glicina sono otticamente attivi, cioè ruotano il piano della luce polarizzata. Le molecole otticamente attive sono asimmetriche cioè non sovrapponibili perché posseggono un atomo di carbonio chiralico I centri chiralici danno origine ad ENANTIOMERI

ISOMERIA Le molecole chirali esistono in due forme isomeriche che sono speculari e non sovrapponibili, dette enantiomeri

GLI AMMINOACIDI Tutti gli a.a., eccetto uno (la glicina), contengo un atomo centrale chirale (carbonio in ) . Gli stereoisomeri di tutte le molecole proteiche esistenti in natura sono L-STEREOISOMERI

luce piano-polarizzata Gli enantiomeri hanno proprietà fisiche identiche ad eccezione nel modo in cui reagiscono con la luce piano-polarizzata La configurazione di un centro di chiralità viene definita assegnando le priorità relative dei quattro gruppi. La molecola a più bassa priorità viene orientata opposta agli altri tre a più alta priorità che si dirigono verso l’osservatore. Se per passare dal gruppo a più alta priorità a quello a più bassa, passando per il gruppo a priorità intermedio, si percorre una curva in senso antiorario, lo steroisomero avrà configurazione S, se in senso orario avrà configurazione R

FORMULE GEOMETRICHE PROIEZIONE DI FISCHER

GLI AMMINOACIDI Gli a.a. sono classificati in base alla capacità del loro gruppo R di interagire con l’H2O Sono presenti 20 catene laterali diverse che variano per: Dimensioni Carica Capacità di formare legami idrogeno Idrofobicità Reattività chimica Suddivideremo gli amminoacidi in quattro gruppi in base alle caratteristiche generali dei loro gruppi R: a.a. IDROFOBICI a.a. POLARI a.a. AROMATICI a.a. CARICHI NEGATIVAMENTE

Gruppi alifatici non polari

AMMINOACIDI POLARI

AMMINOACIDI POLARI La prolina influenza profondamente l’architettura delle proteine poiché la sua struttura ad anello determina più costrizioni conformazionali nelle proteine rispetto agli altri a.a.

AMMINOACIDI POLARI ossidoriduzione

AMMINOACIDI POLARI

AMMINOACIDI POLARI

AMMINOACIDI aromatici

AMMINOACIDI carichi positivamente

AMMINOACIDI carichi positivamente Sono a.a. carichi positivamente a pH neutro La lisina termina con un gruppo amminico primario L’arginina con un gruppo guanidinico guanidinio

AMMINOACIDI carichi positivamente L’istidina contiene un gruppo IMIDAZOLICO che vicino a pH fisiologico può prendere o rilasciare protoni

AMMINOACIDI carichi MEGATIVAMENTE

AMMINOACIDI proprietà Gli amminoacidi in soluzione a pH neutro esistono in forma di ioni dipolari chiamati ZWITTERIONI

GLI AMMINOACIDI TAMPONI Quando un amminoacido che non possiede un gruppo R ionizzabile viene posto in acqua a pH neutro, si trova in soluzione sottoforma di ione bipolare, o ZWITTERIONE. Possiede uno ione basico ( gruppo amminico) ed uno acido (groppo carbossilico) perciò può comportarsi come acido o come base. In soluzione acquosa gli a.a. si comportano cioè come basi ed acidi deboli TAMPONI

GLI AMMINOACIDI

IL LEGAME PEPTIDICO

IL LEGAME PEPTIDICO Nel 1953 Frederick Sanger determinò la sequenza degli amminoacidi dell’insulina, un ormone proteico. Il suo lavoro è stato una pietra miliare nello sviluppo della biochimica perché ha dimostrato per la prima volta che le proteine hanno sequenze amminoacidiche definite con grande precisione, costituite da L-amminoacidi legati con legame peptidico. Le catene polipeptidiche sono flessibili ma hanno restrizioni conformazionali

IL LEGAME PEPTIDICO Due molecole di amminoacidi possono unirsi covalentemente mediante un legame ammidico, chiamato LEGAME PEPTIDICO, formando un DIPEPTIDE

Il legame peptidico è essenzialmente planare Questo tipo di legame avviene tra il gruppo carbossilico di un amminoacido ed il gruppo amminico del secondo amminoacido per eliminazione di una molecola di acqua

IL LEGAME PEPTIDICO Struttura planare Del legame peptidico Struttura rigida planare per le interazioni di risonanza che forniscono al legame peptidico circa il 40% di carattere di doppio legame

Caratteristiche del legame peptidico IL LEGAME PEPTIDICO Caratteristiche del legame peptidico I legami peptidici non si rompono nelle condizioni che denaturano le proteine: riscaldamento o concentrazioni elevate di urea. Per idrolizzare questi legami, non enzimaticamente, occorrono esposizioni a acidi o basi forti con temperature elevate

Nomenclatura dei polimeri amminoacidici IL LEGAME PEPTIDICO Nomenclatura dei polimeri amminoacidici I polimeri (di tipo poliammiacidico) contenenti due, tre, pochi (da tre a dieci) oppure molti residui amminoacidici sono detti rispettivamente dipeptidi, tripeptidi, oligopeptidi oppure polipeptidi. I polipeptidi sono polimeri lineari che possono contenere da circa 40 fino a più 4000 residui amminoacidici e, poiché la massa media degli amminoacidi è di 110 Da, essi hanno masse molecolari che variano da circa 4 a 440 kDa. I polimeri (di tipo poliammiacidico) contenenti due, tre, pochi (da tre a dieci) oppure molti residui amminoacidici sono detti rispettivamente dipeptidi, tripeptidi, oligopeptidi oppure polipeptidi. I polipeptidi sono polimeri lineari che possono contenere da circa 40 fino a più 4000 residui amminoacidici e, poiché la massa media degli amminoacidi è di 110 Da, essi hanno masse molecolari che variano da circa 4 a 440 kDa.

IL LEGAME PEPTIDICO Nel peptide, il residuo amminoacidico con cui termina la catena polipeptidica, viene chiamato residuo AMMINOTERMINALE (n-terminale), ha il gruppo amminico libero; il residuo all’altra estremintà ha un gruppo α-carbossilico libero e viene chiamato residuo CARBOSSITERMINALE (C-terminale). Quando si riporta la fotografia di un polipeptide l’estremità amminoterminale viene posta a sinistra quella carbossiterminale a destra

IL LEGAME PEPTIDICO