PARAGONE CON I RISULTATI SPERIMENTALI Dobbiamo correlare i parametri  ed s con variabili sperimentali. Per fare questo assumiamo che la costante di equilibrio.

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1 PARAGONE CON I RISULTATI SPERIMENTALI Dobbiamo correlare i parametri  ed s con variabili sperimentali. Per fare questo assumiamo che la costante di equilibrio s possa essere espressa mediante la relazione di van't Hoff: dove  H g rappresenta la variazione di entalpia dovuta all'addizione di una ulteriore unità elicoidale ad una sequenza elicoidale preesistente.

2 Integrando l'equazione precedente tra T m e T si ha: In questo modo, se  H g è conosciuto, viene stabilita una correlazione tra la temperatura ed s. Il parametro  viene considerato costante; questa non è un'approssimazione irragionevole poiché  riflette in gran parte i fattori conformazionali associati con la difficoltà di iniziare un'elica

3 Il valore di  può essere aggiustato in modo di dare il migliore accordo tra teoria ed esperimenti. In pratica risulta essere anche necessario aggiustare il valore di  H g, poiché in generale non è conosciuto per i casi che ci interessano Vengono paragonati punti sperimentali con curve teoriche di transizione per il poli-  -benzil-L- glutammato con catene lunghe in media 1500, 46 e 26 residui.

4 Per il calcolo delle curve sono stati utilizzati i valori di  = 2x10 -4 e  H g = 890 cal mol -1. Si noti che nel solvente utilizzato per l'esperimento (80% acido dicloroacetico e 20% dicloroetilene) la formazione delle eliche avviene all'aumento della temperatura. Questa anomalia è stata razionalizzata assumendo che l'acido dicloroacetico possa formare dei legami idrogeno con i gruppi ammidici della forma in gomitolo. In questo modo la formazione delle eliche è endotermica, poiché la formazione dell'elica ha un contributo entropico positivo dovuto alla liberazione delle molecole di solvente che in precedenza erano legate alla catena peptidica.

5 Parametri di elicità per gli amminoacidi. Una domanda che ha suscitato notevole interesse è se certi amminoacidi hanno più facilità di altri a formare eliche. L'ipotesi è che se alcuni amminoacidi hanno una maggior tendenza ad adottare una stato  -elicoidale, allora i loro residui sono quelli che più facilmente vengono a trovarsi nelle zone elicoidali delle proteine globulari. Una verifica di questa ipotesi rappresenterebbe un buon passo in avanti verso la comprensione di come una particolare sequenza amminoacidica dia luogo ad una struttura specifica in una proteina nativa.

6 Scheraga ed i suoi collaboratori hanno esplorato a lungo questa ipotesi. Essi suggeriscono che le interazioni a corto raggio sono un fattore chiave nel determinare se un residuo abbia oppure no la tendenza a formare eliche. Le interazioni a corto raggio sono quelle che un residuo può avere con tratti di catena polipeptidica che gli sono immediatamente adiacenti.

7 Per es., un residuo di glicina in una catena polipeptidica possiede un notevole grado di libertà conformazionale (si confronti la mappa conformazionale ,  della glicina). Poiché non vi sono molte interazioni favorevoli per una glicina all'interno dell'  - elica i fattori entropici fanno sì che, per la glicina, una conformazione a gomitolo sia più favorita. Tuttavia se alla catena laterale viene attaccato un gruppo CH 3 (per ottenere una alanina), le interazioni tra atomi non- legati tendono a favorire la preferenza per gli stati  -elicoidali.

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11 La domanda cruciale, naturalmente, è se queste predizioni possono essere controllate sperimentalmente. Si deve notare che non è possibile esaminare la transizione elica-gomitolo in soluzione acquosa per tutti gli omopolimeri dei diversi ammnoacidi perchè spesso sono insolubili. Tuttavia la tendenza a formare eliche può essere studiata mediante il "metodo dell'ospite". Questo metodo consiste nello studiare che effetto fa introdurre un amminoacido in studio (l'ospite) in un omopolimero solubile in acqua che possiede una transizione elica-gomitolo ben caratterizzata. L'effetto del residuo ospite può essere utilizzato per ottenere una misura quantitativa dei parametri  ed s per quel residuo.

12 La figura mostra un esempio di questo approccio dove è riportato il grafico della frazione di elicità in funzione della temperatura per diversi copolimeri statistici di poli- idrossipropilglutammina che portano inseriti residui di L-alanina. La predizione che si può fare è che l'introduzione di un residuo di L- alanina nella catena polimerica dovrebbe portare ad un aumento della temperatura di fusione (T m ), poiché stabilizza la forma  -elicoidale. I dati sperimentali mostrati in figura confermano questa predizione.

13 Dati sperimentali di un esperimento eseguito con il metodo dell’ospite: Host: poli-idrossipropilglutammina Guest: L-alanina Le curve si riferiscono a diversi gradi di polimerizzazione (numero di residui) e diverse percentuali di alanina: 1)422; 14% 2)880; 21% 3)1010; 32% 4)1413; 38% 5)1102;49%

14 La tabella riporta i valori sperimentali di  e s ottenuti a 30° C per la glicina, la L-alanina, la L- serina e la L-leucina.

15 Essi indicano che la glicina ha la tendenza più bassa riguardo l'iniziazione della formazione dell'elica, mentre, in accordo con le previsioni, la L-leucina mostra una tendenza alta a formare eliche. La tendenza relativa a formare  -eliche è stata studiata anche per altri residui di amminoacidi; i risultati ottenuti sono stati utilizzati per studiare la struttura delle proteine.

16 HA, hA, IA, iA: induttori di  -eliche (forte, medio, debole, indifferente) bA, BA: interruttori di  -eliche (deboli e forti) HB, hB, IB, iB: induttori di foglietto  (forte, medio, debole, indifferente) bB, BB: interruttori di foglietto  (debole e forte)

17 L'analisi delle sequenze di un gran numero di Citocromi c di diversi animali lungo la scala evolutiva mostra che la sostituzione di residui di amminoacidi tende ad avvenire in modo che venga conservato nelle giuste posizioni il carattere di iniziatore di elica o di interruttore di elica. Inoltre le regioni elicoidali, analizzate attraverso la struttura cristallina di due Citocromi c, tendono a coinvolgere quei residui che hanno la più alta probabilità di formare un'elica, dedotta con il metodo descritto sopra. Se può essere provato che queste osservazioni sono vere in generale, potrebbe essere possibile predire una parte non minore della struttura di una proteina, basandosi sulla conoscenza della struttura primaria e delle interazioni a corto raggio.