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Care studentesse e studenti buongiorno a tutti spero che stiate tutti bene ovunque vi troviate ricominciamo
con questa prima lezione registrata ripartendo da dove siamo fermati durante la nostra ultima lezione e
cioè parlando di struttura delle proteine noi avevamo già cominciato a parlare di questo argomento,
avevamo visto già alcuni aspetti che riguardano la struttura delle proteine in particolare avevamo
cominciato a parlare dei diversi livelli di organizzazione strutturale delle proteine, primario-secondarioterziario, poi abbiamo visto che cosa si intende per struttura primaria delle proteine e anche parlato delle
conseguenze anche di alterazioni della struttura primaria delle proteine stesse.
Scorro velocemente queste slide fino ad arrivare appunto alla parte di questo file dal quale dobbiamo
ripartire cioè dalla struttura terziaria delle proteine.
Quando la lunga catena polipeptidica dopo appunto che è stata sintetizzata ha assunto la sua struttura
secondaria laddove è possibile, il polipeptide si ripiega ulteriormente nello spazio assumendo una struttura
tridimensionale.
La struttura tridimensionale di una proteina appare come un groviglio casuale, è una specie di gomitolo
disordinato ma in realtà questo apparente disordine, disordine non lo è, perché anche la struttura terziaria
che una proteina assume, è predeterminata e dipende dalla struttura primaria, quindi nella struttura
primaria della proteina ci sono anche le informazioni che riguardano il suo ripiegamento di tipo terziario e
la struttura terziaria di una proteina che alla fine una proteina assume è quella che tra le numerosissime
possibili ha il minor contenuto energetico che corrisponde alla massima stabilità.
Caratteristica importante della struttura terziaria è quello che viene definito ripiegamento a distanza, il
ripiegamento a distanza comporta l'avvicinamento fisico nello spazio di amminoacidi che si trovano molto
distanti nella struttura primaria e che venendosi a trovare vicini conseguentemente al ripiegamento del
polipeptide possono instaurare fra loro delle interazioni.
Questa proprietà della proteina, cioè la sua possibilità di ripiegarsi e di formare appunto delle entità
tridimensionali derivanti dall'avvicinamento fisico di zone diverse sulla struttura primaria consente alla
molecola proteica di avere uno o più siti importanti a livello dei quali può legarsi con altre molecole, e
ancora una volta il ripiegamento terziario della proteina è quindi strettamente correlato con la sua funzione
biologica.
Un requisito importante della struttura terziaria di una proteina è quello di essere una situazione dinamica
e non statica cioè una proteina può modificare la sua conformazione modificando contemporaneamente la
sua funzione, il ripiegamento a distanza quindi consente la formazione di legami fra catene laterali di
amminoacidi che si trovano lontani sulla struttura primaria ma si vengono a trovare spazialmente vicini in
seguito al ripiegamento tridimensionale della proteina.
L'insieme di questi legami che a parte un'eccezione sono tutti legami non covalenti e quindi legami deboli
consente appunto la stabilizzazione della struttura terziaria stessa.
Che tipo di legame si formano quindi? Il legame ionico, che si forma fra gruppi che portano la carica netta
positiva e quelli che portano una carica netta negativa, quindi le catene laterali degli amminoacidi basici,
lisina, arginina e istidina, il gruppo amminico terminale del polipeptide e le catene laterali degli
amminoacidi acidi quindi glutammato, aspartato e il gruppo carbossilico terminale del polipeptide, tutti
gruppi funzionali che ai valori di pH cellulare sono ionizzati rispettivamente con carica positiva e carica
negativa. L'altro legame che si forma è il legame a idrogeno, che si forma fra gruppi donatori di idrogeno e
gruppi accettori presenti nelle catene laterali degli amminoacidi.
E' chiaro che la possibilità di formazione dei legami dipende dalla distanza fra i gruppi che danno luogo al
legame, e poi sia per il legame ionico che per il legame a idrogeno, la presenza o meno dell'acqua è un
fattore discriminante perché come si sa l'acqua ha una fortissima tendenza a rompere sia legami ionici che
quelli a idrogeno e quindi la possibilità di formazione di questi legami dipende in larga misura
dall'esclusione di contatti con il solvente acquoso quindi questi legami si formano verosivilmente all'interno
del polipeptide della struttura tridimensionale, zone dalle quali l'acqua è esclusa, inoltre la capacità di
formare legami idrogeno può dipendere dallo stato di ionizzazione del gruppo funzionale e quindi
ovviamente dal pH.
Variazioni di pH molto elevate, variazioni di pH che possono discostarsi più o meno dal pH fisiologico della
cellula possono modificare la struttura della proteina ma se queste variazioni sono molto elevate
addirittura distruggerla come poi avremo modo di vedere più avanti altri legami che si possono formare
sono il legame idrofobico questo ovviamente fra catene laterali non polari, catene laterali non polari
immaginando di avere una proteina che sta abitualmente in un ambiente acquoso, il suo ripiegamento
tridimensionale comporta l'esposizione verso l'esterno di residui idrofilici, mentre residui idrofobici o in
genere non polari tendono appunto a ad orientarsi verso l'interno del ripiegamento, e in ogni caso a unirsi
unirsi fra loro in modo da offrire la minore superficie possibile al solvente acquoso, possono formare legami
idrofobici, catene laterali di alanina, valina leucina, isoleucina, fenilalanina.
In alcune proteine che contengono ioni metallici come zinco rame o ferro, i legami coordinativi di questi
ioni, questi ioni possono formare legami coordinativi con catene laterali di amminoacidi e appunto questi
legami coordinativi quindi questi complessi di coordinazione che si formano possono avere un ruolo
importante nel mantenimento della struttura terziaria perché appunto localmente in zone ben definite
della struttura tridimensionale questi complessi di coordinazione stabilizzano fortemente la struttura
stessa.
I ponti disolfuro sono l'unico legame covalente tra tutti quelli che abbiamo citato, il ponte disolfuro è un
legame molto stabile in quanto covalente, si forma per ossidazione dei gruppi sulfidrilici per formare un
ponte disolfuro, è molto importante della stabilizzazione della struttura terziaria e si forma quando la
proteina ha già assunto la sua struttura terziaria tra gruppi sulfidrilici che vengo a trovarsi spazialmente
vicini e che appunto subiscono una reazione di ossidazione.
Ovviamente la quantità di ponti disolfuro che si possono formare in una proteina dipende dal numero di
residui di cisteina presenti ma non solo, ma anche dalla loro disposizione spaziale perché appunto è
necessario come abbiamo già detto che questi residui si vengono a trovare vicini alla giusta distanza per
formare il legame.
Tutto quello che vi ho detto fino adesso riguardo la struttura terziaria delle proteine riguarda una classe di
proteine ben precisa che è quella delle proteine globulari.
In una delle uniche due lezioni frontali che abbiamo avuto modo di fare io vi ho parlato di classificazione
delle proteine e vi ho detto che un tipo di classificazione che si può fare è sulla base del livello di
organizzazione strutturale assunto dalla proteina, su questa base vi ricordate le proteine possono essere
classificate in proteine fibrose e globulari.
A questo punto mi voglio soffermare un attimo su questo tipo di classificazione per dirvi qualcosa in più su
queste due classi di proteine e ancora una volta mette in correlazione la struttura delle proteine con la
funzione di queste proteine, quindi proteine fibrose e globulari, sono due classi diverse che hanno non solo
diversità di tipo strutturale ma anche di tipo funzionali e caratteristiche diverse di idrosolubilità.
Il termine fibroso già ci dà delle indicazioni sul tipo di struttura di queste proteine, fibre quindi si parla di
strutture allungate, nelle proteine fibrose, le due dimensioni sono molto diverse fra loro, la lunghezza
tende ad essere molto più elevata rispetto al diametro della della struttura proteica della larghezza in
generale, nelle proteine fibrose la struttura secondaria è prevalente rispetto ai livelli di organizzazione
superiore, quindi le proteine assumono struttura secondaria e poi si organizzano in livelli di organizzazione
strutturale superiori che non possono però essere diciamo assimilati alla struttura terziaria classicamente
detta che di cui abbiamo parlato precedentemente.
In generale le proteine fibrose sono costituite da lunghe catene polipeptidiche disposte in lunghi fasci o
foglietti da cui il termine fibroso.
Hanno una struttura estremamente ordinata e compatta e svolgono la funzione di protezione e sostegno,
queste proteine rappresentano in genere fino al terzo del peso di proteine.
Sono prevalentemente costituite da proteine fibrose, la pelle, le piume, i capelli, le corna, le unghie, le
squame dove le proteine fibrose svolgono una funzione di protezione essenzialmente ma sono costituiti da
proteine fibrose anche la cartilagine, i tendini, le ossa, dove le proteine fibrose hanno una funzione
essenzialmente di sostegno.
Grazie alla loro composizione amminoacidica ricca di radicali di amminoacidi con radicali idrofobici, le
proteine fibrose sono nel loro insieme insolubili in acqua perché appunto le catene laterali degli
amminoacidi idrofobici sporgono verso l'esterno della struttura e quindi conferiscono insolubilità in acqua a
queste proteine, e questo diciamo è abbastanza verosimile perché è giusto che le proteine che hanno
funzione di protezione e sostegno siano fondamentalmente insolubili in acqua pensate che cosa
succederebbe se la cheratina che è il componente come vedremo il componente principale dei nostri
capelli fosse solubile in acqua oppure se il collagene che costituisce un componente fondamentale della
cartilagine del tessuto connettivo fosse appunto insolubile in acqua. Vediamo alcuni esempi di proteine
fibrose, le proteine fibrose sono interamente organizzate come struttura di tipo secondario quindi tutto il
polipeptide è organizzato come struttura secondaria come Alfa elica o come foglietto Beta, la cheratina in
particolare è un Alfa elica tutto il polipeptide della cheratina organizzata sotto forma di alfa-elica, poi
vediamo cosa si intende quando si parla di organizzazione strutturali superiori rispetto alla struttura
secondaria.
Due catene di cheratina si avvolgono su se stesse formando un cordone a doppia catena, due cordoni a loro
volta si associano fra loro per formare un proto-filamento, la struttura del proto-filamento è stabilizzata da
interazioni idrofobiche che si verificano tra i due cordoni, grazie alla presenza di questi radicali idrofobici
che sporgono appunto verso l'esterno di queste strutture.
I proto-filamenti a loro volta si associano per formare le protofibrille, che formano poi filamenti intermedi
che costituiscono la componente principale delle cellule del capello.
La cheratina ha quindi una struttura super compatta, super ordinata, estrema resistenza di tipo fisico anche
all'attrazione fisica, i capelli sono strutture estremamente resistenti, non si strappano se li tiriamo e
insolubili in acqua.
Vediamo ora che cosa succede a livello molecolare quando ci si fa la permanente, trattamento dei capelli
che consente di dare capelli una forma ben precisa in genere serve per arricciare i capelli.
Allora vedete sulla sinistra della della figura due filamenti di cheratina che stanno uniti fra loro attraverso
ponti disolfuro.
Il parrucchiere tratta i capelli con una sostanza riducente che rompe i ponti di solfuro perché riduce
appunto per formare due filamenti temporaneamente separati con gruppi sulfidrilici, poi il fascio di capelli
viene avvolto attorno ad un supporto, in questo modo proprio questa azione meccanica fa slittare i due
filamenti che non sono più uniti dai ponti disolfuro l'uno rispetto all'altro e quindi che cosa succede, cambia
la posizione reciproca dei gruppi sulfidrilici.
Il capello viene trattato con una sostanza ossidante e che forma nuovamente ponti disolfuro, però i ponti di
solfuro non si formano più fra i gruppi sulfidrilici originali ma si formano tra gruppi sulfidrilici diversi cioè i
partner sono diversi rispetto alla situazione originaria perché i due filamenti hanno cambiato la loro
posizione reciproca e quindi il processo di ossidazione fissa formando nuovamente i ponti di solfuro, fissa il
capello in questa forma nuova che è diversa appunto dalla forma originaria.
L'altra proteina fibrosa è il collageno che è il componente principale del tessuto connettivo quindi ossa,
tendini, legamenti e vasi sanguigni.
Ciascun filamento di collageno forma una conformazione elicoidale sinistrorsa che è rappresentata vedete
nella figura in alto a sinistra della slide la rappresentazione delle figure A e B Sono due diverse
rappresentazioni che lei legga sinistrorsa una che mette in evidenza la struttura secondaria e l'altra in cui
che diciamo in cui si fa vedere l'ingombro diciamo il volume di ingombro sterico del filamento stesso sono
due tipi di rappresentazione diverse di questo parleremo più avanti.
Ciascun filamento si associa ad altri due quindi tre filamenti di collageno si avvolgono l'uno intorno all'altro
per formare una proteina fibrosa di grande resistenza alla rottura ma con capacità di allungamento poco
elastica diciamo quindi vedete nella figura C nella sezione C è rappresentato il trimero, questo triplo
cordone che è visto dall'alto di taglio insomma nella figura D.
Ciascuna tripla elica del collagene si associa con altre per formare delle strutture molto resistenti che
appunto conferiscono al collagene le sue caratteristiche fisiche.
Il principale costituente dei tendini è l'elastina, l'elastina è molto simile per composizione al collagene ma
rispetto al collagene è molto più elastica, è una proteina elastica, allungabile che conferisce ai tendini la
capacità di potersi allungare, si può allungare perché assume una struttura elicoidale diversa da quella vista
per il collageno che permette l'allungamento di questa elica, e questa sua elasticità è dovuta alla presenza
della desmosina, la desmosina è presente solo nell'elastina ed è proprio la sua presenza che conferisce
elasticità.
La fibroina invece è il principale costituente della seta e della tela del ragno, è una proteina organizzato
esclusivamente come struttura Beta, foglietto Beta, foglietto anti parallelo i tratti di polipeptide sono
associati fra loro in maniera molto ordinata e compatta, le catene sono ricche di alanina e glicina, catene
laterali molto piccole e che quindi consentono un avvicinamento molto elevato dei filamenti fra loro per
formare il foglietto e i diversi foglietti poi sono impilati in maniera estremamente ordinata instaurando fra
loro interazioni di van der walz e questa loro struttura così particolare conferisce alla fibroina un'estrema
flessibilità e resistenza che appunto diciamo consente la funzione fisiologica della funzione naturale della
fibroina ma ne consente anche l'utilizzo insomma per esempio essendo il principale costituente della seta
che ha queste caratteristiche così utili utilizzo di flessibilità e di resistenza.
Le proteine globulari, invece, assumono struttura terziaria e qualche volta anche quaternaria.
Proprio grazie a questo fatto sono delle macromolecole compatte di forma più o meno sferica, hanno una
struttura meno ordinata rispetto alle fibrose ma come abbiamo detto precedentemente questa struttura
apparentemente disordinata è invece diciamo quella che garantisce, è predeterminata a livello di struttura
primaria ed è quella che garantisce la massima stabilità della molecola quindi non è una struttura casuale, e
come abbiamo già detto anche prima, questa struttura è la struttura dinamica che ha la possibilità di
variare in funzione delle variazioni della funzione della proteina stessa.
Le proteine globulari rivestono ruoli diversi nella cellula da quelle delle proteine fibrose, svolgono in
particolare funzione di trasporto, catalisi in generale sono proteine globulari tutte le proteine che
intervengono nella regolazione delle attività delle quali per esempio enzimi, trasportatori di ossigeno nel
sangue quindi emoglobina, lipoproteine plasmatiche, alcuni ormoni, recettori di membrana, gli anticorpi.
Fra le proteine globulari troviamo proteine solubili nel citosol, nella matrice mitocondriale per esempio o
all'interno del nucleo ma ci sono anche proteine che sono localizzate a livello di membrana quindi stanno in
un ambiente lipidico, e quindi questo che cosa ci indica, indica che le proteine globulari possono essere sia
solubili in ambiente acquoso che solubili in ambiente lipidico.
L'aspetto interessante dei polipeptidi e delle proteine globulari è che se voi immaginate di mettere una
proteina in un ambiente di questo tipo, in ambiente acquoso vedrete che il polipeptide si organizza e si
ripiega in modo tale da assumere una conformazione stabile in questo ambiente orientando verso l'esterno
i residui idrofilici ma se la stessa proteina la si sposta in un ambiente lipidico, la stessa proteina andrà a
riorganizzarsi in modo tale da stare stabilmente in ambiente lipidico orientando le sue catene laterali
idrofobiche verso l'esterno verso il solvente, quindi che cosa significa? In pieno accordo con quello che
abbiamo detto prima cioè che la struttura tridimensionale della proteina è una situazione dinamica e non
statica possiamo dire che la struttura tridimensionale di una proteina può variare al variare dell'ambiente in
cui si trova.
In genere la struttura delle proteine globulari è caratterizzata da brevi tratti di alfa elica o di struttura Beta
collegate fra loro da tratti non organizzati in struttura secondaria che uniscono punti diversi tratti di
struttura secondaria e consentono anche in versione di direzione ripiegamento del polipeptide e così via, è
chiaro che una proteina interamente organizzata come alfa-elica come nel foglietto Beta abbiamo visto
essere una struttura estremamente rigida che non consentirebbe l'assunzione della forma globulare quindi
questi tratti di collegamento non organizzati come struttura secondaria sono fondamentali per il corretto
ripiegamento della proteina.
Questa tabella riporta alcune proteine globulari come esempio con la loro struttura di tipo secondario
quindi vedete sono indicate le Alfa eliche e i foglietti Beta espresse come valori percentuali quindi che cosa
vuol dire? Per esempio la chimotripsina il 14% dei suoi residui amminoacidici è organizzato sotto forma di
alfa-elica, il 45% è organizzato sotto forma di foglietto Beta, il resto dei residui amminoacidici costituiscono
tratti di collegamento non organizzati sotto forma di struttura secondaria.
Vedete che alcune proteine per esempio contengono come il citocromo C e la mioglobina contengono solo
Alfa eliche e non foglietti beta e quindi a seconda del tipo di proteine e a seconda anche della struttura
primaria si formeranno Alfa eliche o foglietti Beta insieme a tratti non organizzati.
Qui vediamo riportata l'albumina, una proteina di 585 aminoacidi e un peso molecolare di 64500.
Ci sono le dimensioni della proteina nativa, le sue dimensioni sono dimensioni quasi sferiche, abbiamo un
diametro maggiore di 100, e poi ci sono le dimensioni che la proteina avrebbe se fosse organizzata
interamente come foglietto Beta o come Alfa elica.
In questo caso la proteina sarebbe una lunga fibra di 2000 x 5 nel caso in cui fosse organizzata come il
foglietto Beta e di 900 x 11 se fosse organizzata interamente come Alfa elica, ora poiché l'albumina è una
proteina che si trova nel siero umano e ha la funzione di trasportare gli acidi grassi all'interno del torrente
circolatorio, è chiaro che la forma che la proteina in realtà assume, cioè la forma di piccolo globo, è quella
che più si confà allo svolgimento della sua funzione perché potete immaginare la difficoltà che avrebbe un
lungo fascio, una lunga alfa elica o foglietto beta a muoversi liberamente all'interno del torrente
circolatorio quindi vedete quanto la forma della proteina matura, la conformazione della proteina matura
sia correlata appunto con la sua funzione.
Come si fa per determinare la struttura terziaria di una proteina? Non è questa la sede per parlare di queste
cose ma comunque in generale vi sono delle metodiche di tipo chimico fisico che consentono di
determinare la struttura tipo la cristallografia a raggi-x, la risonanza magnetica nmr oppure le pr associate
appunto anche con tecniche di biochimica classica delle proteine ma attualmente esistono anche degli
approcci di tipo informatico che consentono di fare delle previsioni a riguardo alla struttura terziaria anche
a riguardo della struttura secondaria, quindi sia della struttura secondaria che della struttura terziaria di
una proteina per omologia con proteine la cui struttura è già nota, già stata determinata con metodiche di
tipo chimico fisico, e quindi si parla di molecular modeling proprio per indicare tutti gli approcci che
consentono di fare previsioni sulla struttura terziaria per confronto con proteine note.
La struttura terziaria può essere rappresentata in maniera diversa grazie alla possibilità di usufruire di
programmi bio-informatici che consentono di dare una rappresentazione, di rappresentare dei modelli di
struttura terziaria, ne esistono tanti di programmi bio-informatici e ognuno di loro può dare
rappresentazione di tipo diverso che danno anche informazioni diverse.
Questo tipo di rappresentazione viene chiamato backbone view, ci fa vedere solo il backbone quindi solo
l'ossatura della proteina senza darci un'idea né delle catene laterali degli amminoacidi tantomeno
dell'organizzazione strutturale della proteina, ci da solo un'idea del ripiegamento tridimensionale e vedete
che la proteina, il polipeptide è indicato con colori diversi che vanno dal blu al rosso perché appunto il blu
indica l'estremità ammino-terminale mentre il rosso indica l'estremità C-terminale.
In questo tipo di rappresentazione quindi oltre alla struttura a ripiegamento tridimensionale, la struttura
terziaria si vede anche la struttura secondaria, le Alfa eliche e i foglietti Beta, in particolare le Alfa eliche
sono indicate come cilindri arrotolati quindi sembrano stelle filanti mentre invece il foglietto Beta è indicato
con delle frecce che seguono l'orientamento del polipeptide quindi la punta della freccia è orientata verso
le estremità carbossi-terminale, per esempio nella proteina RAC, regolatore trascrizionale, sono presenti
due alfa eliche e diversi foglietti beta, vedete come le strutture secondarie sono unite fra loro da tratti di
collegamento non organizzati e come appunto proprio grazie a questi tratti di collegamento sia possibile il
ripiegamento tridimensionale poi a destra c'è la triosofosfato-idromerasi, enzima della glicolisi, proteina
enzimatica, qui sono molto più numerose le alfa eliche rispetto ai foglietti beta che sono pochi e piccoli.
In questa slide è rappresenta la struttura terziaria della mioglobina di capodoglio, tutte le figure
rappresentano la mioglobina, ma sono rappresentazioni di tipo diverso e ci danno informazioni diverse
riguardo la struttura della mioglobina intanto vedete che la molecola rossa è l'eme, la proteina contiene un
gruppo eme, emoproteina in cui il gruppo prostetico è il gruppo eme e quindi qui in tutte le
rappresentazioni è ben visibile questo gruppo rappresentano in rosso.
La rappresentazione A e la D sono analoghe, ci fanno vedere l'orgnanizzazione di tipo secondario, ma
mentre appunto la A ci fa vedere solo le alfa eliche, nella D sono visibili anche le catene laterali degli
amminoacidi, ma solo gli amminoacidi importanti per l'organizzazione strutturale e per la funzione della
proteina stessa.
La rappresentazione B e la C ci danno un'idea delll'ingombro complessivo della proteina e ci fanno vedere le
cavità che si formano conseguentemente al ripiegamento tridimensionale in particolare è ben visibile la
cavità dove va a posizionarsi il gruppo eme.
La rappresentazione e rappresenta tutti gli atomi ciascun atomo del polipeptide, e li rappresenta come una
sfera solida e il raggio delle sfere, di ciascuna sfera rappresenta il raggio di van der vals di ciascun atomo e
inoltre si usano dei colori diversi per rappresentare i diversi tipi di atomo.
Che cos'è la struttura supersecondaria? Livello strutturale intermedio fra la struttura secondaria e terziaria,
queste strutture super-secondarie sono presenti nelle proteine globulari e derivano appunto
dall'avvicinamento fisico conseguente ripiegamento tridimensionale di più tratti di struttura secondaria che
si associano fra loro per formare un motivo che è sempre correlato con la funzione, sono strutture
particolarmente stabili ovviamente fra i diversi tratti di struttura secondaria si instaurano delle interazioni
che stabilizzano appunto questi motivi e appunto possono rappresentare un dominio con attività catalitica
oppure un dominio di interazione con altre molecole o con altre proteine.
La struttura quaternaria deriva dall'associazione di due o più catene polipeptidiche per formare un
oligomero nel quale le diverse catene polipeptidiche sono associate fra loro tramite interazioni non
covalenti e appunto quando più polipeptidi si associano si parla di oligomero
Si parla di oligomero, oligo prefisso che deriva dal greco e indica poco quindi deriva dall'associazione di
pochi monomeri, ciascuna subunità, ciascuna catena polipeptica è detta monomero o subunità.
Si parla di dimero, si parla di trimero, tetramero, pentamero esamero a seconda del numero dei monomeri
che costituiscono l'oligomero.
I monomeri che costituiscono l'oligomero possono essere tutti uguali o diversi fra loro, quindi si parla di
omodimero o eterodimero, omotrimero eterotrimero e così via a seconda che l'oligomero sia costituito da
polimeri tutti uguali o da polimeri diversi fra loro etero e quindi se un oligomero nel caso degli omodimeri,
o degli omotrimeri cioè di oligomeri costituiti da catene polipeptidiche tutte uguali, i diversi monomeri
sono codificati dallo stesso gene e quindi hanno struttura primaria, secondaria e terziaria identiche oppure
anche negli eterooligomeri i monomeri possono essere codificati da geni diversi e quindi avere struttura
primaria, secondaria e terziaria completamente diverse.
Quali sono le caratteristiche degli oligomeri, quindi le caratteristiche che stanno alla base della struttura
terziaria? che il numero e tipo di catene è ben programmato e definito, le subunità si associano fra loro
stabilendo dei legami a idrogeno, legami ionici o idrofobici, i rapporti spaziali così come la geometria della
molecola sono ben fissi e definiti e ovviamente il fatto che una proteina raggiunga un livello di
organizzazione di tipo quaternario, non è ovviamente un evento casuale ma è strettamente correlato con la
funzione di questa proteina, in particolare l'unione di più subunità per formare un oligomero permette
l'insorgere di proprietà che non erano possedute dai singoli monomeri.
In più l'unione e la separazione delle subunità può mediare la regolazione di alcuni processi cellulari quindi
alcune proteine oligomeriche possono attivarsi e disattivarsi associandosi o dissociandosi, alcune proteine
sono attive nella forma monomerica e disattivate se associate quando assumono struttura quaternaria
oppure viceversa, alcune proteine sono attive quando possiedeno una struttura quaternaria e disattive
quando sono dissociate.
In questa figura è rappresentata l'emoglobina, tipica proteina con struttura quaternaria, è un tetramero
costituito da 4 monomeri uguali a due a due, due catene di tipo alfa e due di tipo beta.
Vediamo anche qui due tipi di rappresentazione, la rappresentazione a nastri e la rappresentazione a sfere
che ci dà due immagini diverse della proteina, ci fa vedere appunto ancora una volta aspetti diversi di
questa proteina.
In questo tipo di rappresentazione le quattro subunità sono rappresentate con colori diversi appunto per
farle vedere meglio per farvi vedere anche i rapporti spaziali per le subunità ma sappiamo che le subunità
sono uguali a due a due.
La perdita della struttura di una proteina determina anche la perdita della sua funzione, si parla in questo
caso di denaturazione.
La denaturazione cioè la perdita transitoria della struttura di una proteina è un processo che può avvenire
anche in natura in determinati momenti della vita della proteina.
Se vogliamo denaturare una proteina in vitro, il metodo più facile e che è efficace sulla maggior parte delle
proteine è il calore, il calore altera tutti i legami deboli in particolare i legami a idrogeno e in questo modo
causa la perdita della struttura terziaria della proteina.
Quello che è stato visto inducendo sperimentalmente la denaturazione della proteina attraverso la
somministrazione progressiva di calore è che la perdita della struttura della proteina non avviene in
maniera graduale, ma avviene in maniera brusca e in corrispondenza di un intervallo di temperatura molto
ristretto, tant'è che per ogni proteina nota è stato individuato e determinato un valore di melting
temperature, cioè della temperatura di fusione.
La perdita della struttura terziaria di una proteina conseguentemente al calore avvenga in maniera brusca
indica un meccanismo particolare che sottosta a questo fenomeno è che viene definito meccanismo di tipo
cooperativo, vuol dire che al momento in cui si raggiunge un valore di temperatura tale da provocare la
rottura di un primo legame, questo evento innesca velocemente, provoca velocemente la rottura di tutti gli
altri legami presenti nella struttura terziaria, provocando quindi rapidamente la perdita della struttura
terziaria della proteina, questo indica che all'interno della molecola proteica c'è una comunicazione fra i
diversi legami fra le diverse zone della proteina quindi all'interno del polipeptide c'è una comunicazione che
viene trasmessa da una parte all'altra della proteina e che tipo di linguaggio si usa per comunicare
all'interno della proteina, un linguaggio di tipo conformazionale, cioè la rottura di un legame all'interno
della struttura tridimensionale provoca una perturbazione conformazionale che si propaga velocemente
lungo il polipeptide e quindi innesca un meccanismo a cascata, una serie di eventi a cascata che portano
rapidamente alla rottura di tutti i legami e alla denaturazione della proteina.
Oltre che dal calore la proteina può essere denaturata da valori di ph estremi che provocano alterazioni
dello stato di ionizzazione delle catene laterali, alterazione della carica netta della proteina che
determinano quindi le pulsioni elettrostatiche e rottura di legami a idrogeno. Oltre a questo anche solventi
organici tipo alcool acetone urea e cloruro di guanidina e detergenti, tutti questi agenti provocano
alterazioni delle interazioni idrofobiche che stabilizzano il nucleo interno delle proteine globulari e quindi
anche questi portano alla denaturazione.
Ovviamente tutti questi fattori agendo in maniera diversa causano stati di denaturazione diversi anche sulla
base della natura della proteina del tipo di proteina, della struttura primaria e del tipo di interazioni che si
instaurano.
I ponti disolfuro che sono legami covalenti che si sono formati appunto per ossidazione, possono essere
rotti solo aggiungendo trattando la proteina con un forte riducente tipo Beta mercaptoetanolo per
esempio.
La cosa interessante che è stata vista è stata dimostrata sperimentalmente è che la denaturazione è un
processo reversibile, questo è stato visto con la ribonucleasi, una piccola proteina enzimatica che allo stato
nativo, catalicamente attivo esiste in forma globulare nella quale ci sono ben quattro ponti disolfuro che
stabilizzano questa struttura. Allora la ribonucleasi è stata trattata con un beta mercaptoesanolo in urea,
che ha denaturato la proteina e ha rotto i ponti di solfuro, ha ridotto i ponti di solfuro e l'urea ha
contribuito allo srotolamento della proteina.
La proteina srotolata è catalicamente inattiva perché ha perso la sua struttura terziaria ma questa stessa
proteina così denaturata, spostata dall'ambiente denaturante e messa in un ambiente che potesse favorire
il suo riavvolgimento, ha assunto nuovamente la sua struttura terziaria compresa la formazione dei ponti e
quindi tutte le interazioni sono state ristabilite compresa la formazione dei ponti disolfuro esattamente
nella stessa posizione originaria, facendo in modo che la proteina recuperasse anche la sua attività
catalitica.
Questo cosa significa? Significa che la proteina possiede dentro di sé le informazioni che comandano la sua
organizzazione strutturale e che non vengono perse durante la denaturazione e questa è la prova provata
che le informazioni, è una ulteriore conferma del fatto che le informazioni che determinano i diversi livelli
di organizzazione strutturale di una proteina correlati strettamente con la sua funzione.