3 Gli amminoacidi 2017

Seconda Università degli Studi di Napoli
DiSTABiF
Corso di Laurea in Scienze Biologiche
Insegnamento di
CHIMICA BIOLOGICA
Antimo Di Maro
Anno Accademico 2016-2017
Lezione 3
GLI AMMINOACIDI PROTEICI
 Le proteine sono la classe di macromolecole più abbondante in una
cellula, rappresentando più del 50% del suo peso totale (acqua
esclusa).
 Non c’è fenomeno biologicamente rilevante dove una o più proteine
non abbiano un ruolo essenziale: dalla catalisi enzimatica
(metabolismo), alla riproduzione della cellula, dall’immnunità ai
processi di trasporto molecolare, ecc.
Le proteine sono POLIMERI
cioè macromolecole costituite da catene di
MONOMERI : GLI AMMINOACIDI
(-amminoacidi)
STRUTTURA DEGLI AMMINOACIDI PROTEICI
La struttura di un -amminoacido è definita da un atomo di carbonio (carbonio )
che lega:
•i due gruppi funzionali carbossilico ed amminico
•un atomo di idrogeno
•una catena laterale R, diversa per ciascun amminoacido.
pH fisiologico (7,4)

Gli amminoacidi proteici sono 20.
La prolina ha una struttura ciclica con la catena laterale legata al gruppo amminico.
E’ dunque un imminoacido, e non un -amminoacido propriamente detto.
STRUTTURA DEGLI AMMINOACIDI PROTEICI
Ad eccezione della prolina e dei suoi derivati, tutti gli amminoacidi che si
trovano comunemente nelle proteine possiedono una struttura di questo tipo.
Organizzazione tetraedrica
I 20 AMMINOACIDI PROTEICI
I 20 amminoacidi, i mattoni costitutivi delle proteine, possono
essere classificati in base alle proprietà della loro catena laterale
come:
NON POLARI (IDROFOBICI)
POLARI NEUTRI
ACIDI
BASICI
GLI AMMINOACIDI CON CATENA LATERALE NON POLARE
GLI AMMINOACIDI CON CATENA LATERALE NON POLARE
GLI AMMINOACIDI CON CATENA LATERALE NON POLARE
GLI AMMINOACIDI CON CATENA LATERALE POLARE NEUTRA
GLI AMMINOACIDI CON CATENA LATERALE POLARE NEUTRA
GLI AMMINOACIDI CON CATENA LATERALE POLARE IONIZZABILE
AMMINOACIDI NON COMUNI PRESENTI IN ALCUNE PROTEINE
H2N
Carbossilazione…..
Idrossi…..
1 AMMINOACIDO (GABA) E 3 DERIVATI DI AMMINOACIDI CHE
AGISCONO COME NEURO-TRASMETTITORI
NEL TESSUTO NEURONALE
Inibisce
l’eccitazione neurale
(Glutammato)
E
La cioccolata
Adrenalina
accellera la frequenza
cardiaca
(Tirosina)
Y
Vasodilatazione
delle arterie
(Istidina)
H
Ormone dell’umore
(Triptofano)
W
STEREOCHIMICA DEGLI -AMMINOACIDI
Nelle proteine si trovano esclusivamente
gli enantiomeri L
PROPRIETA’ OTTICHE DEGLI -AMMINOACIDI
POLARIMETRO
PROPRIETA’ OTTICHE DEGLI -AMMINOACIDI
 Tutti gli amminoacidi (tranne la glicina) ruotano il piano della luce
polarizzata grazie alle proprietà di asimmetria dell’atomo di carbonio .
 Il senso della rotazione non ha alcuna relazione con l’appartenenza dell’amminoacido
a una delle serie steriche D e L.
Si possono infatti ritrovare L-amminoacidi destrogiri (+) o levogiri (-).
La determinazione del potere ottico rotatorio degli
amminoacidi
è
effettuata
mediante
strumenti
denominati POLARIMETRI
 Il potere ottico specifico di qualunque molecola è definito da:
lλ = Rotazione osservata (gradi · 100)
l·c
l = lunghezza del cammino ottico espressa in dm;
c = concentrazione del campione espressa in grammi per 100 ml di soluzione;
λ = lunghezza d’onda della luce utilizzata.
t = temperatura
caratteristica,
20°C
1- La configurazione degli L-amminoacidi può essere
correlata alla configurazione della L-gliceraldeide.
-NH2
=
-COOH =
-H
=
-CH2OH =
- OH
- CHO
-H
-R
2- CO-R-N: letta in senso orario
(con H verso di noi)
STEREOCHIMICA DEGLI -AMMINOACIDI
3
3- Notazione R-S
“Il numero atomico superiore precede quello inferiore”
SH > OR > OH > NH-COCH3 > NH2 > COOR > COOH >
CHO > CH2OH > C6H5 > CH3 > 3H > 2H > H
3
2
- NH2
- COOH
- R=
1
2
3
1
Configurazione S= sinister
2
1
R= rectus
PROPRIETÀ DEGLI -AMMINOACIDI:
Assorbimento della luce
ONDE ELETTROMAGNETICHE
La
radiazione
elettromagnetica
è,
dal
punto
di
vista
dell'elettromagnetismo classico, un fenomeno ondulatorio dovuto alla
contemporanea propagazione di perturbazioni periodiche di un campo
elettrico e di un campo magnetico, oscillanti in piani tra di loro
ortogonali.
E = h  = h c/ λ
h= costante di Plank
E= Energia
 = Frequenza = numero di onde che passano in punto per unità di tempo
λ= Lunghezza d’onda (A° = Angstrom = 10-10 m = 0,1 nm; nm = 10-9 m; μm = 10-6 m)
1/λ= λ -1 = Numero d’onda
c = velocità di propagazione (3 x 1010 cm /sec2)
PROPRIETA’ DEGLI -AMMINOACIDI:
Assorbimento della luce
SPETTRO ELETTROMAGNETICO
700 nm
340 nm
PROPRIETA’ DEGLI -AMMINOACIDI:
Assorbimento della luce
 Gli amminoacidi proteici non sono colorati, cioè non assorbono la luce nello spettro
del visibile (380-780 nm), ma assorbono tutti la luce violetta (UV) a lunghezza d’onda
sotto i 220 nm.
 La capacità di assorbire luce UV in un
campo spettrale compreso tra i 320 e i
240 nm è una caratteristica degli
amminoacidi aromatici:
TRIPTOFANO
TIROSINA
FENILALANINA
PROPRIETA’ DEGLI -AMMINOACIDI:
Assorbimento della luce
PROPRIETA’ DEGLI -AMMINOACIDI:
Assorbimento della luce
 La proprietà di assorbimento della luce UV da parte di Triptofano, Tirosina e
Fenilalanina è particolarmente utile per il riconoscimento e la determinazione quantitativa
delle proteine.
 L’assorbimento di luce ad una qualunque lunghezza d’onda può essere messo in
relazione con la concentrazione della sostanza assorbente mediante la
RELAZIONE DI LAMBERT E BEER
A=εcl
A = assorbimento ad una determinata lunghezza d’onda;
c = concentrazione della sostanza espressa in moli per litro di soluzione;
l = lunghezza del cammino ottico espressa in cm;
ε = coefficiente di estinzione molare (assorbimento di una soluzione 1M del
composto in esame, quando questa è attraversata per 1cm dalla luce incidente).
 La proprietà di assorbimento della luce UV da parte di Triptofano,
Tirosina e Fenilalanina è particolarmente utile per il riconoscimento e la
determinazione quantitativa delle proteine mediante l’utilizzo dello
SPETTROFOTOMETRO
GLI AMMINOACIDI SONO IONI DIPOLARI
 In ciascun -amminoacido sono presenti almeno due gruppi ionizzabili:
quello - carbossilico ed - amminico.
 In condizioni fisiologiche, gli amminoacidi esistono come zwitterioni, nei quali
il gruppo carbossilico ha ceduto un protone mentre il gruppo amminico ne ha
acquistato uno, formando, così, un “sale interno”. La carica negativa sul carbossile è
delocalizzata tra i due atomi di ossigeno.
GLI AMMINOACIDI SONO IONI DIPOLARI
Carica netta = +1
Carica netta =0
Carica netta = -1
(aggiunta di OH-)
GLI AMMINOACIDI SONO IONI DIPOLARI
Punto Isoelettrico
PROPRIETA’ ACIDO-BASICHE DEGLI -AMMINOACIDI
PUNTO ISOELETTRICO DI UN AMMINOACIDO (pI):
Valore di pH al quale un amminoacido si trova nella
forma con carica netta zero.
Valori di pH superiori al
punto isoelettrico:
Valori di pH inferiori al
punto isoelettrico:
Carica netta dell’amminoacido negativa
Carica netta dell’amminoacido positiva
Per un amminoacido con catena laterale non ionizzabile il punto isoelettrico è
la media aritmetica dei valori di pK del gruppo carbossilico e del gruppo
amminico:
pI
=
pK1 – pK2
2
PROPRIETA’ ACIDO-BASICHE DEGLI -AMMINOACIDI
Valori di pK dei gruppi ionizzabili degli -amminoacidi “standard” a 25 °C
-amminoacido
pK1
-COO-
pK2
-NH3+
Alanina
Arginina
Asparagina
Acido Aspartico
Cisteina
Acido Glutammico
Glutammina
Glicina
Istidina
Isoleucina
Leucina
Lisina
Metionina
Fenilalanina
Prolina
Serina
Treonina
Triptofano
Tirosina
Valina
2,35
1,82
2,10
1,99
1,92
2,10
2,17
2,35
1,80
2,32
2,33
2,16
2,13
2,16
2,95
2,19
2,09
2,43
2,20
2,29
9,87
8,99
8,84
9,90
10,78
9,47
9,13
9,78
9,33
9,76
9,74
9,18
9,28
9,18
10,65
9,21
9,10
9,44
9,11
9,74
pKR
Catena laterale
12,48 (guanidinico)
3,90 (-COOH)
8,33 (sulfidrile)
4,07 (-COOH)
6,04 (imidazolo)
10,79 (ε-NH3+)
10,13 (fenolo)
pI
pI
Il pI isoelettrico è il pH in cui la quantità delle
cariche positive e uguale al negativo, quindi la
somma delle cariche di segno opposto è uguale a
zero. Questa cosa è valida per tutte le
macromolecole con cariche positive e negative.
E’ alla base anche della di molte metodologie che
sfruttano il movimento di macromolecole poliioniche in campo elettrico.
PROPRIETA’ ACIDO-BASICHE DEGLI -AMMINOACIDI
I punti isoelettrici dei vari amminoacidi variano notevolmente
in dipendenza della natura della catena laterale.
Amminoacidi basici
Elevato valore del pI
Amminoacidi acidi
Basso valore del pI
Amminoacidi neutri
pI vicino alla neutralità
POTENZIALITA’ DI LEGAME DELLE CATENE
LATERALI DEGLI L--AMMINOACIDI
 Le proprietà chimiche, e cioè la natura dei gruppi funzionali e le dimensioni
molecolari di ciascun amminoacido, sono alla base del loro ruolo nelle proteine.
 Oltre ai legami covalenti che formano tra i gruppi alfa-carbossilici e -amminici,
gli amminoacidi hanno la capacità di interagire chimicamente tra loro, con il
solvente acquoso e con altre molecole, grazie alle loro catene laterali. Tali
interazioni sono in genere di tipo non-covalente e, come già detto, vengono
comunemente denominate legami deboli.
Legami ionici o elettrostatici
Legami a idrogeno
Le catene laterali degli amminoacidi
possono interagire mediante:
Forze di Van der Waals
Interazioni idrofobiche
ALCUNE REAZIONI DI GRUPPI FUNZIONALI
DELLE CATENE LATERALI DEGLI
-AMMINOACIDI
Amminoacidi essenziali
Qualora fosse necessario, il nostro organismo ha
la possibilità di sintetizzare gli amminoacidi a
partire da altri o da cheto-acidi. Dei venti che
partecipano alla sintesi proteica solo otto non
sono sintetizzati dall’organismo (o perlomeno non
lo sono in quantità sufficienti) e vengono per
questo definiti…
AMMINOACIDI ESSENZIALI.
Affinché la sintesi proteica avvenga le
concentrazioni relative di tutti gli amminoacidi,
compresi gli essenziali, devono essere ottimali.
Se anche uno solo di questi (amminoacido
limitante) è carente la sintesi proteica diventa
inefficace.
Amminoacidi essenziali e non
Amminoacidi
Amminoacidi essenziali nell'alimentazione umana
1. Valina
2. Isoleucina
3. Fenilalanina
4. Leucina
5. Lisina
6. Metionina
7. Treonina
8. Triptofano
9. Istidina
Durante l'infanzia e lo sviluppo sono essenziali anche istidina, arginina,
cisteina, e tirosina. Questi 4 amminoacidi sono essenziali in queste fasi della
crescita perchè vengono sintetizzati in quantità limitata, non sufficiente per
il fabbisogno proteico dell'organismo in accrescimento. Per quanto riguarda
l'istidina invece la necessaria assunzione con la dieta è dovuta al fatto che
può essere prodotta dalle cellule solo quando l'organismo è più avanti nella
crescita.
Pasta e fagioli (la carne dei poveri); i legumi
rappresenta un esempio di un eccellente
abbinamento poiché gli amminoacidi di cui è
carente la pasta vengono forniti dai fagioli e
viceversa.
I cereali sono per esempio carenti di lisina e triptofano,
un amminoacido essenziale la cui carenza può portare ad
un deficit di vitamina B3 (niacina).
I legumi, molto ricchi di proteine di discreta qualità, sono
invece carenti di aminoacidi solforati (metionina e
cisteina) importanti per la crescita di peli, capelli e
unghie e per la sintesi di glutatione, un potente
antiossidante in grado di proteggere le nostre cellule dallo
stress ossidativo (radicali liberi)
Simbolo
nome
tipo di R
PM
pI
pK1
pK2
pKr
A
Ala
Alanina
idrofobico
89,09
6,11
2,35
9,87
C
Cys
Cisteina
idrofilico
121,16 5,05
1,92
10,70
8,37
D
Asp
Acido
aspartico
acido
133,10 2,85
1,99
9,90
3,90
E
Glu
Acido
acido
glutammico
147,13 3,15
2,10
9,47
4,07
F
Phe
Fenilalanina
Idrofobico/aroma
165,19 5,49
tico
2,20
9,31
G
Gly
Glicina
idrofobico
75,07
6,06
2,35
9,78
H
His
Istidina
basico
155,16 7,60
1,80
9,33
I
Ile
Isoleucina
idrofobico
131,17 6,05
2,32
9,76
K
Lys
Lisina
basico
146,19 9,60
2,16
9,06
6,04
10,54
simbolo
nome
tipo di R
PM
pI
pK1
pK2
L
Leu
Leucina
idrofobico
131,17
6,01
2,33
9,74
M
Met
Metionina
idrofobico
149,21
5,74
2,13
9,28
N
Asn
Asparagina
idrofilico
132,12
5,41
2,14
8,72
P
Pro
Prolina
idrofobico
115,13
6,30
1,95
10,64
Q
Gln
Glutammina idrofilico
146,15
5,65
2,17
9,13
R
Arg
Arginina
basico
174,20
10,76
1,82
8,99
S
Ser
Serina
idrofilico
105,09
5,68
2,19
9,21
T
Thr
Treonina
idrofilico
119,12
5,60
2,09
9,10
V
Val
Valina
idrofobico
117,15
6,00
2,39
9,74
W
Trp
Triptofano
idrofobico
aromatico
204,23
5,89
2,46
9,41
Y
Tyr
Tirosina
idrofilico aromatico 181,19
5,64
2,20
9,21
pKr
12,48
10,46