Corso di Laurea in: Farmacia Chimica Organica Corso di Laurea in: Farmacia Capitolo Amminoacidi e Proteine

Introduzione Le proteine sono fra i principali componenti degli organismi viventi dove svolgono ruoli sia strutturali sia funzionali

Ad esempio: Gli enzimi che catalizzano le reazioni negli organismi viventi sono proteine Le unghie, i capelli, la pelle sono costituiti principalmente da proteine L’emoglobina, che numerosi organismi utilizzano per trasportare l’ossigeno e gli anticorpi, che gli organismi superiori generano per difendersi da agenti estranei, sono altri esempi di proteine

Le proteine sono strutture polimeriche costituite a partire da 20 differenti monomeri contenente un gruppo amminico ed un acido carbossilico e quindi definiti amminoacidi Il termine amminoacido si potrebbe riferire a qualunque composto organico avente un gruppo amminico (–NH2) e un acido carbossilico (–COOH) tuttavia quando si parla di amminoacidi ci si riferisce genericamente ai venti amminoacidi che sono stati selezionati dalla natura per costruire le proteine

amminoacidi protogenici Questi 20 amminoacidi vengono meglio definiti come amminoacidi protogenici In essi, i due gruppi funzionali sono legati allo stesso atomo di carbonio quindi sono a-amminoacidi a Nella mitologia greca Protogenia il cui significato del nome è «la Prima Nata» (alanina)

Il legame che unisce gli amminoacidi per formare peptidi e proteine è un legame ammidico cioè uguale a quello presente nelle ammidi anche se viene chiamato legame peptidico

Gli oligomeri*, costituiti da un numero limitato di amminoacidi (da 2 a 40, il numero massimo non è rigorosamente definito) si definiscono peptidi Poiché il termine proteine si riferisce a composti naturali, i polimeri sintetici costituiti da numerose unità di amminoacidi vengono definiti polipeptidi *In chimica, un oligomero consiste in un numero finito e ridotto di unità monomeriche ("oligo" in greco significa poco) in contrapposizione a polimero che consiste in un numero elevato di monomeri

Inoltre, la barriera rotazionale intorno al legame ammidico Come tutti i legami ammidici, il legame peptidico ha una notevole stabilità e rigidità conformazionale, dovuta al fatto che presenta un parziale carattere di doppio legame a causa della delocalizzazione per risonanza del doppietto elettronico dell’azoto Inoltre, la barriera rotazionale intorno al legame ammidico è sufficientemente alta da impedire, a temperatura ambiente la libera rotazione

I 20 amminoacidi naturali glicina (Gly, G) alanina (Ala, A) valina (Val, V) leucina (Leu, L) isoleucina (IIe, I) serina (Ser, S) treonina (Thr, T) Fenilalanina (Phe, F) tirosina (Tyr, Y) triptofano (Trp, W) cisteina (Cys, C) metionina (Met, M) prolina (Pro, P)

I 20 amminoacidi naturali acido Aspartico (Asp, D) glutammico (Glu, E) aspargina (Asn, N) glutammina (Gln, Q) lisina (Lys, K) Istidina (His, H) + 2 arginina (Arg, R) 3

Come abbiamo detto questi 20 amminoacidi sono tutti a-amminoaci Un’altra caratteristica comune è che, a eccezione della glicina, priva di stereocentro, sono tutti chirali e presentano stereochimica L, secondo la convenzione di Fischer, ossia hanno la stessa configurazione del carbonio stereogenico della L-gliceraldeide

Configurazione D, L Gli amminoacidi proteogenici hanno quindi tutti [(S)-gliceraldeide] [(S)-amminoacido] Gli amminoacidi proteogenici hanno quindi tutti la seguente formula generale

Nella proiezione di Fischer di un generico a-amminoacido, il gruppo amminico si trova a sinistra (dove è posizionato il gruppo –OH della gliceraldeide) e l’atomo di idrogeno a destra Il gruppo acido carbossilico si trova in verticale rivolto verso l’alto, dove, nella L-gliceraldeide, si trova il gruppo aldeidico Quindi tutti gli amminoacidi hanno stereochimica S (secondo i descrittori di stereochimica previsti dalla IUPAC L’unica eccezione è la cisteina che ha sterochimica R, pur mantenendo la stessa geometria, per il fatto che cambia l’ordine di priorità dei sostituenti

Gli amminoacidi si differenziano tra loro solo per la natura del gruppo R, definito residuo amminoacidico o catena laterale dell’amminoacido Poiché gli amminoacidi dispongono sia di un centro acido sia di un centro basico si va incontro ad una reazione acido-base intramolecolare che porta alla formazione di un sale interno definito zwitterione (o ione doppio)

Questa classificazione vuol tener conto delle proprietà che tali amminoacidi inducono nelle porzioni di proteina in cui si trovano, quali zone idrofobe, zone idrofile, centri acidi o basici ecc.

L’uomo, come molti organismi superiori, non è in grado di biosintetizzare alcuni amminoacidi che devono essere quindi assunti con la dieta e che vengono pertanto definiti amminoacidi essenziali

Da notare, inoltre il fatto che la prolina (Pro) Oltre ai 20 amminoacidi proteogenici riportati, nelle proteine sono presenti altri 2 amminoacidi, l’idrossiprolina a la cistina Essi vengono generati per ossidazione, rispettivamente, della prolina e della cisteina dopo che la proteina è stata formata Da notare, inoltre il fatto che la prolina (Pro) è l’unico amminoacido in cui l’azoto fa parte di un ciclo a cinque termini

Negli organismi viventi sono presenti altri amminoacidi che non si trovano nelle proteine, ma svolgono ruoli diversi Tiroxina Presente nella tiroide con un ruolo ormonale, raro esempio di composto naturale contenente Iodio

Un altro esempio è l’omocisteina, presente nel sangue o la selenocisteina, insolito esempio di composto naturale contenente selenio

Molto importante, infine, è l’acido g-amminobutirrico (GABA) un g-amminoacido che svolge il ruolo di neurotrasmettitore nel cervello Come dice il nome, nel GABA i gruppi amminico e carbossilico si trovano distanti tre atomi di carbonio GABA (sigla dell'ingl. Gamma-AminoButyric Acid)

hanno punti di fusione elevati e bassa solubilità in solventi organici Proprietà acido-base Data la presenza di un gruppo -COOH e di un gruppo -NH2 gli amminoacidi sono anfoteri Gli amminoacidi con un solo gruppo amminico ed un solo gruppo carbossilico hanno struttura ionica dipolare (zwitterione) hanno punti di fusione elevati e bassa solubilità in solventi organici forma cationica forma zwitterionica forma anionica + H+

A restare fermo, se si trova al suo punto isoelettrico Se un amminoacido in soluzione viene sottoposto all’azione di un campo elettrico, esso tenderà: A muoversi verso l’elettrodo negativo, se la sommatoria delle sue cariche è positiva A muoversi verso l’elettrodo positivo, se la sommatoria delle sue cariche è negativa A restare fermo, se si trova al suo punto isoelettrico

Punto isoelettrico Si definisce punto isoelettrico il valore del pH al quale la molecola ha carica elettrica netta pari a 0 Per gli amminoacidi neutri, il punto isoelettrico (pI) è rappresentato dalla media dei pKa

Elettroforesi Una miscela di amminoacidi può essere risolta, sfruttando il diverso punto isoelettrico, sotto l’azione di un campo elettrico mediante una tecnica chiamata elettroforesi

Peptidi Come anticipato all’inizio del capitolo, l’unione di due o più amminoacidi attraverso un legame peptidico porta alla formazione di peptidi Il legame peptidico ha l’importante caratteristica di avere un parziale carattere di doppio legame che impedisce la rotazione dei gruppi attorno a questo legame 120°

Scrittura di un peptide per convenzione Dipeptidi - 2 amminoacidi Oligopeptidi - fino a 40 amminoacidi Polipeptidi > 40 amminoacidi Scrittura di un peptide per convenzione

Un tetrapeptide

Legame peptidico (ammidico) e STRUTTURA PRIMARIA (costituita dalla sequenza degli amminoacidi nella catena)

STRUTTURA SECONDARIA delle proteine Descrive la conformazione dei segmenti dello scheletro della proteina Tre fattori determinano la struttura secondaria: La planarità dei singoli legami peptidici (ammidici) La massimizzazione del numero di gruppi coinvolti in legami idrogeno Le interazioni steriche dei vari gruppi -R

Struttura a foglietto ripiegato Struttura secondaria Struttura a foglietto ripiegato

Struttura ad a-elica, stabilizzata dai legami idrogeno Struttura secondaria Struttura ad a-elica, stabilizzata dai legami idrogeno

Ponti disolfuro Struttura terziaria I ponti disolfuro (insieme a legami idrogeno, interazioni elettrostatiche, interazioni idrofobiche) contribuiscono a determinare la forma tridimensionale delle proteine (struttura terziaria)

Le interazioni che stabilizzano le strutture secondaria e terziaria della proteina

Fine