Proteine: composizione chimica
Le proteine sono delle macromolecole biologiche costituite dall’unione chimica di molecole
semplici chiamate amminoacidi, legati l’uno all’altro da un legame chiamato legame peptidico. In
natura esistono 20 amminoacidi differenti, con i quali possono essere costruite migliaia e migliaia di
proteine di dimensioni differenti e con funzioni specifiche differenti. Le più piccole proteine
contengono almeno una cinquantina di amminoacidi, ma generalmente esse contengono centinaia di
amminoacidi.
Gli amminoacidi sono costituiti da carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto e alcuni contengono anche
zolfo e sono caratterizzati dalla presenza di un gruppo amminico (-NH2) e di un gruppo acido (COOH).
Il gruppo amminico e quello acido sono entrambi legati allo stesso atomo di carbonio, che si lega
anche ad un atomo di idrogeno (-H) e a un residuo aminoacidico (-R) variabile. Nel più semplice
degli amminoacidi il gruppo -R è costituito da un solo atomo di idrogeno, mentre tutti gli altri
amminoacidi presentano gruppi -R più complessi, che possono contenere atomi di carbonio,
idrogeno, ossigeno, azoto e zolfo.
Il legame peptidico si forma fra il carbonio del gruppo acido di un amminoacido con l'azoto del
gruppo amminico del secondo amminoacido; questo legame comporta l'eliminazione di una
molecola d'acqua.
+
+ H2O
Si chiamano dipeptidi, tripeptidi, oligopeptidi, polipeptidi molecole costituite, rispettivamente,
dall'unione chimica di 2, 3, pochi, molti amminoacidi.
Le proteine possono essere unite ad una molecola non proteica indispensabile per lo svolgimento
del compito che è loro assegnato. In questo caso la parte proteica funge da supporto per la molecola
funzionale. Si chiama gruppo prostetico questa molecola aggiuntiva, e la proteina si dice coniugata.
Le proteine che agiscono senza molecole aggiuntive si dicono semplici. Sono esempi di proteine
coniugate l'emoglobina e la mioglobina, che possiedono il gruppo prostetico eme capace di
trasportare ossigeno.
Ogni proteina ha una funzione specifica, e per essere svolta è indispensabile che gli amminoacidi si
susseguano secondo una precisa sequenza: il DNA contenuto nel nucleo delle cellule contiene le
informazioni per indicare come si devono susseguire gli amminoacidi. L'RNA trasporta le
informazioni dal nucleo agli organelli cellulari dove avviene la produzione delle proteine.
Proteine: strutture
Struttura primaria: è data dalla sequenza degli amminoacidi nella catena polipeptidica. I radicali
degli amminoacidi a seconda di come di susseguono interagiscono fra di loro
Struttura secondaria: deriva da interazioni instaurano tra i vari amminoacidi e che fanno assumere
una certa forma ai vari tratti della catena proteica. Nella struttura secondaria vi sono 2 possibili
configurazioni: a-elica , a libro, oppure la struttura secondaria è assente.
Struttura terziaria: è data dalla configurazione della proteina nello spazio e dalla combinazione di
più regioni ad elica collegate tra loro da segmenti che formano delle anse. La struttura terziaria è
stabilizzata da legami secondari che si stabiliscono tra le catene laterali degli aminoacidi. Le
proteine sono organizzate con catene laterali idrofobe all'interno (nascoste all'acqua) e quelle
idrofile sulla superficie (a contatto con l'acqua). La maggior parte delle proteine ha una forma
sferica, globulare, altrimenti è fibrosa. Esempi di proteine fibrose sono la cheratina, presente nello
strato corneo dell’epidermide ed il collagene, presente nel derma.
Struttura quaternaria: relativa alla disposizione reciproca, all’interno di una proteina, di subunità
polipeptidiche caratterizzate, a loro volta, da una struttura primaria, secondaria e terziaria. In pratica
la proteina è formata da più catene unite con lo stesso tipo di legami che stabilizzano le struttura
terziaria. La proteina completa dell’emoglobina, ad esempio, è formata da quattro catene
polipeptidiche ripiegate e serve per il trasporto dell'ossigeno nel sangue. Non tutte le proteine
possiedono una struttura quaternaria: per esempio, la mioglobina, che trasporta l'ossigeno dei
muscoli, è costituita da un solo polipeptide.
LE FUNZIONI DELLE PROTEINE
Strutturale
Alcune proteine partecipano alla costituzione della struttura degli esseri viventi. Ad esempio le
proteine strutturali delle membrane delle cellule, o la cheratina, che costituisce la struttura dei
capelli, delle unghie e dello strato corneo della cute, o il collagene e l'elastina, che appartengono al
tessuto connettivo sottocutaneo... per citarne solo alcune.
Enzimatica
Negli esseri viventi ogni trasformazione chimica avviene grazie alla presenza di particolari proteine:
gli enzimi. Gli enzimi sono catalizzatori biologici, sostanze capaci di:
abbassare l'energia di attivazione di una reazione chimica;
aumentare la velocità della reazione.
Per ogni reazione c'è un enzima specifico. Le reazioni che liberano energia si chiamano
esoergoniche, mentre quelle che richiedono energia sono dette endoergoniche.
Tutte le reazioni richiedono energia di attivazione. All'interno degli organismi la temperatura è
relativamente bassa, e le reazioni non avverrebbero se non ci fossero gli enzimi che, appunto,
abbassano l'energia di attivazione. Al termine della reazione l’enzima non si consuma e quindi
rimane invariato e può essere riutilizzato. Grazie a ciò sono sufficienti poche molecole di enzima
per catalizzare in tempi molto brevi un numero elevatissimo di reazioni.
meccanismo d'azione di un enzima
Trasporto
Alcune proteine si legano in modo specifico a delle sostanze per consentirne un efficiente trasporto
attraverso il torrente circolatorio: è il caso dell’emoglobina, che trasporta l’ossigeno dai polmoni ai
tessuti e delle lipoproteine, indispensabili per il trasporto dei grassi nel sangue, perché, essendo i
lipidi idrofobi (insolubili in acqua), tenderebbero ad aggregarsi e ad impedire una corretta
circolazione.
Esistono poi delle proteine di membrana, le proteine carrier, che hanno il compito di permettere il
passaggio di molecole di grandi dimensioni, che altrimenti non attraverserebbero le membrane
cellulari.
Immunitaria
Questa funzione si riferisce alla difesa degli organismi da attacchi esterni, portati da batteri, virus e
tossine proteiche (come ad esempio la tossina tetanica).
Ci sono cellule del sangue specializzate per produrre proteine antircopali (o anticorpi, o
immunoglobine). Le cellule sono i linfociti, un gruppo di globuli bianchi capaci, innanzitutto, di
riconoscere le molecole di natura proteica che ci appartengono (self) e quindi di elaborare una
risposta di rigetto nei confronti delle macromolecole proteiche che non ci appartengono (nonself).
La risposta immunitaria al primo contatto con l’agente estraneo impiega diversi giorni a realizzarsi
e durante questo periodo l’individuo si ammala. Se la malattia non provoca la morte1, l’organismo
ha tempo per sviluppare anticorpi specifici contro l’agente infettante, che permetteranno la
guarigione, e la formazione di una memoria immunitaria. Un secondo attacco dello stesso agente
estraneo è immediatamente neutralizzato da una massiccia e immediata produzione di anticorpi.
Sull'esistenza della memoria immunitaria si basa la preparazione dei vaccini2: si inoculano gli
agenti dell'infezione, attenuati o uccisi, nei bambini. Essi non contraggono la malattia, ma
sviluppano cellule linfocitarie che, in caso di un attacco vero, sono immediatamente capaci di
neutralizzare l'agente patogeno.
Poiché in rari casi i vaccini possono a loro volta essere dannosi, una vaccinazione di massa viene
predisposta solo nel caso in cui i rischi di contrarre una malattia mortale è maggiore rispetto al
rischio del vaccino stesso.
Attualmente i bimbi sono vaccinati contro la poliomielite, il tetano, la difterite, e, le sole bambine,
sono vaccinate contro la rosolia, una malattia di per sé non grave, ma che può generare
malformazioni nel feto se contratta durante i primi tre mesi di gravidanza.
1
La mortalità di una malattia dipende dalla virulenza dell'agente infettante, e anche dalla resistenza
dell'organismo. Una malattia come il morbillo che nei nostri paesi ha un decorso benigno, in Africa,
dove la malnutrizione è diffusa, è causa di un numero maggiore di morti che non il virus dell'AIDS!
2 La possibilità di immunizzarsi contro certi veleni era nota sin dall'antichità: Crautea, medico di
corte di Mitridate (133-64 a. C.), re di Ponto, compose due poemetti sugli antidoti ai veleni. Il
farmaco descritto era composto da circa 50 sostanze attive. Mitridate utilizzava tale farmaco a
scopo di prevenire l’effetto tossico dei veleni. Da allora si definisce mitridatismo, l’abitudine
fisiologica ai veleni, e la conseguente resistenza al loro effetto.
Contrattile
La funzione contrattile è specifica delle proteine contenute nelle cellule muscolari.
La contrazione muscolare è mediata da due proteine che hanno struttura fibrosa:
l'actina, e la miosina
Siccome queste due proteine devono agire insieme sono chiamate complesso acto-miosinico.
L’ordine della contrazione muscolare viene impartito dal sistema nervoso, e quando parte le
proteine si sovrappongono, e tutte le fibrille e tutti i sarcomeri si contraggono contemporaneamente.
L'actina ha anche un'importante funzione strutturale, in quanto costituisce il citoscheletro di tutte le
cellule.
Ormonale
Gli ormoni sono molecole di diversa natura chimica prodotti da organi specifici, le ghiandole
endocrine che riversano il loro secreto nel sangue.
Infatti gli ormoni servono a regolare le reazioni chimiche di organi chiamati “bersaglio” che
vengono raggiunti attraverso il torrente circolatorio e riconosciuti grazie alla presenza di recettori
specifici.
Le principali ghiandole endocrine sono:
l'ipofisi o ghiandola pituitaria, che si trova alla base dell'encefalo e produce numerosi ormoni, fra
cui, ad esempio, l'ormone della crescita;
le isole del Langerhans (gruppi di cellule contenute nel pancreas) che producono l’insulina;
la corteccia surrenale che produce il cortisolo;
la midollare surrenale che produce l'adrenalina;
la tiroide che produce la tiroxina, è situata ai due lati della trachea, sotto la laringe;
le ovaie che producono gli ormoni sessuali femminili (estrogeno e progesterone);
i testicoli che producono gli ormoni sessuali maschili (testosterone).
Gli ormoni dell'ipofisi anteriore e l'insulina sono ormoni di natura proteica.
