Prof. Fulvio Ursini
Dipartimento di Chimica Biologica
(Vallisneri IV piano Nord)
Viale G. Colombo, 3- 35121 Padova.
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Funzioni delle proteine:
Riconoscimento
Catalisi
Switch Funzionali
Struttura
Gli aminoacidi sono le unita’ strutturali che costituiscono le proteine
Centrale alla struttura degli aminoacidi e’ il carbonio “α” che e’ legato
covalentemente sia al carbonio aminico che carbossilico
La catena laterale (R) da ad ogni aminoacido la sua identita’
In soluzione neutra il gruppo carbossilico esiste come COO- e il gruppo aminico
come NH3+. E’ quindi uno zwitterione
Gli aminoacidi sono molecole chirali
Stereochimica degli aminoacidi
• Tutti gli aminoacidi eccetto la glicina sono
chirali
• Gli L-aminoacidi predominano in natura
• La nomenclatura D,L- e’ basata sulla D- e Lgliceraldeide
• Il sistema di nomenclatura R,S e’ migliore, dato
che gli aminoacidi isoleucina e treonina (che
hanno due centri chirali) possono venir
classificati in maniera non ambigua
Gli aminoacidi si possono legare
tramite legami peptidici
21 aminoacidi compongono le proteine
Le proprieta’ di ogni singola proteina dipendono dagli aminoacidi che le
compongono.
Gli aminoacidi che compongono le proteine possiedono
specifici codoni di lettura sull’mRNA e sono quindi
incorporati nelle proteine durante la traduzione
dell’mRNA.
Possono venire classificati in vari modi. Un tipo di
classificazione si basa sulla polarita’ della catena
laterale:
• Aminoacidi non polari
• Aminoacidi polari non carichi
• Aminoacidi acidi
• Aminoacidi basici
Protein AminoAcids
Name (Residue)
3-letter code Single code
Relative abundance
(%) E.C.
MW
pK
VdW
volume(Å3)
Charged,
Polar,
Hydrophobic
Alanine
Arginine
Asparagine
Aspartate
Cysteine
Glutamate
Glutamine
Glycine
Histidine
Isoleucine
Leucine
Lysine
Methionine
Phenylala.
Proline
Serine
Threonine
Tryptophan
Tyrosine
Valine
ALA
ARG
ASN
ASP
CYS
GLU
GLN
GLY
HIS
ILE
LEU
LYS
MET
PHE
PRO
SER
THR
TRP
TYR
VAL
A
R
N
D
C
E
Q
G
H
I
L
K
M
F
P
S
T
W
Y
V
13.0
5.3
9.9
9.9
1.8
10.8
10.8
7.8
0.7
4.4
7.8
7.0
3.8
3.3
4.6
6.0
4.6
1.0
2.2
6.0
71
157
114
114
103
128
128
57
137
113
113
129
131
147
97
87
101
186
163
99
12.5
3.9
4.3
6.0
10.5
10.1
67
148
96
91
86
109
114
48
118
124
124
135
124
135
90
73
93
163
141
105
H
C+
P
CP
CP
P,C+
H
H
C+
H
H
H
P
P
P
P
H
AMINOACIDI NON POLARI (IDROFOBICI)
AMINOACIDI NON POLARI (IDROFOBICI)
AMINOACIDI POLARI (NON CARICHI
A pH FISIOLOGICO)
pKaR = 13
AMINOACIDI POLARI (NON CARICHI
A pH FISIOLOGICO)
pKaR = 13
pKaR = 8.3
pKaR = 10.1
Selenocisteina (Sec, U)
pKaR = 7.5
AMINOACIDI ACIDI
pKaR = 3.9
pKaR = 4.1
AMINOACIDI BASICI
pKaR = 6.0
pKaR = 12.5
pKaR = 10.5
Naturally occuring chemical modifications of
genetically encoded amino acids
•Hydroxylation of proline and lysine
•Phosphorylation of Serine & Tyrosine
•R-group methylation of lysine, histidine and arginine.
•R-group acetylation of lysine.
•N-terminal methylation of alanine.
•N-terminal acetylation of serine.
•N-terminal formylation of methionine.
•Addition of carbohydrates (at Asparagine and Serine).
•Addition of Lipids (at Cysteine, N-terminal glycine and C-terminal via carbohydrate linker
group)
•Covalent attachment of cofactors (eg. pyridoxal-5-phosphate attached at lysine; hemes
attached at cysteines).
Valori di pKa delle catene laterali R
dissociabili degli aminoacidi
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Serina, Ser, S: pKaR = 13
Treonina, Thr, T: pKaR = 13
Arginina, Arg, R: pKaR = 12.5
Lisina, Lys, K: pKaR = 10.5
Tirosina, Tyr, Y: pKaR = 10.1
Cisteina, Cys, C: pKaR = 8.3
Selenocysteina, Secys, U: pKaR = 7.5
Istidina, His, H: pKaR = 6.0
Acido Aspartico, Asp, D: pKaR = 3.9
Acido Glutammico, Glu, E: pKaR = 4.1
Reazioni degli aminoacidi
La reattivita’ dei gruppi α aminici e α carbossilici non
varia nei diversi aminoacidi:
• I gruppi carbossilici possono formare amidi ed esteri
• I gruppi aminici possono formare basi di Schiff e amidi
Le catene laterali esibiscono specifiche reattivita’
chimiche:
• I residui di Cys possono formare disulfidi e venire
facilmente alchilati
• Alcune reazioni sono specifiche per certe di catene
laterali
Alcune
reazioni
delle
catene
laterali
Proprieta’ spettroscopiche degli
aminoacidi
• Nessun aminoacido assorbe luce nella regione visibile
dello spettro elettromagnetico
• Tutti gli aminoacidi assorbono nella regione infrarossa
• Solo Phe, Tyr, and Trp assorbono la luce UV
• L’assorbanza a 280 nm e’ un buon strumento per la
quantizzazione delle proteine
• Gli aminoacidi aromatici hanno anche una debole
fluorescenza. E’ stato dimostrato recentemente che il
triptofano puo’ esibire anche una certa fosforescenzauna emissione di luce ad emivita lunga
• Gli spettri NMR sono caratteristici per ciascun residuo
in una proteina, e misure di NMR ad alta risoluzione
possono essere usate per elucidare la struttura
tridimensionale delle proteine
Separazione di miscele di Aminoacidi
• Mikhail Tswett, a Russian un botanico russo,
separo per primo pigmenti colorati da estratti
di piante facendo una ‘cromatografia’
• Esistono molti metodi cromatografici per la
separazione di misture di aminoacidi
– chromatografia a scambio ionico (tradizionale)
– High-Performance Liquid Chromatography
(HPLC)
Separazione di aminoacidi su di una
colonna scambiatrice di cationi
Separazione di aminoacidi secondo
Moore e coll., 1958.
Cromatogramma HPLC di aminoacidi
con derivatizzazione precolonna con oftalaldeide(OPA) (Jones e coll., 1981)
Colonna: reverse phase ODS
Fase mobile:A: tetraidrofurano/metanolo/acetato di sodio(0.5 M pH5.9) 1/19/80
B: metanolo/acetato di sodio (0.5M pH 5.9) 4/1
Flusso: 1.7ml/min
