Amminoacidi
Peptidi
Proteine
Amminoacidi:
Struttura generale
COOH
H
NH2
Centro chiralico
Gli amminoacidi nelle molecole proteiche sono tutti
stereoisomeri L
IDROFOBOCI
IDROFOBOCI
IDROFILICI
Secondo
gruppo
amminico
primario
IDROFILICI
Gruppo
imidazolico
Gruppo
guanidinico
Secondo
Gruppo
carbossilico
FORMAZIONE DEI PONTI
DISOLFURO
PONTE DISOLFURO
PROPRIETÀ ACIDO-BASE DEGLI AMMINOACIDI
Ione dipolare
zwitterione
Sono
molecole
ANFOTERE
Donatore di protoni
Accettore di protoni
La carica degli aminoacidi dipende
dal pH della soluzione
dal proprio punto isoelettrico
carica positiva
al di sotto del pI
carica negativa
al di sopra del pI
carica netta 0
al pI
Peptidi & Proteine
Polimeri di Amminoacidi
Amminoacidi
proteine
Peptidi
Catene di
Amminoacidi
Il legame Peptidico
Il legame Peptidico
Dipolo
Più corto di un legame singolo
Ha parziale carattere di
doppio legame
È rigido, non permette
deformazioni e rotazioni attorno
al legame C-N
Ciascun carbonio α appartiene
contemporaneamente a due piani
peptidici, i quali formano un
angolo diedro
Il legame peptidico è quasi
sempre di tipo trans in quanto
l’impedimento sterico tra gruppi
R di aminoacidi contigui rende
poco stabile la configurazione cis
peptide
Oligopeptide: piccolo numero di Amminoacidi
Polipeptide: elevato numero di Amminoacidi,
Massa molecolare < 10 000
Proteina: elevato numero di Amminoacidi,
Massa molecolare > 10 000
Proteine
Semplici
Contengono solo
amminoacidi
Coniugate
Contengono
gruppi chimici
addizzionali
associati
Proteine:
Livelli strutturali
La sequenza amminoacidica determina il ripiegamento in
una specifica struttura tridimensionale che a sua volta
stabilisce la funzione della proteina
La SEQUENZA con cui si ripetono i residui
amminoacidici definisce la
STRUTTURA PRIMARIA
Proteine con lo stesso numero di residui aminoacidici
che differiscono nella struttura primaria svolgono
funzioni diverse.
Le proteine si distinguono per la COMPOSIZIONE e per la
SEQUENZA dei residui amminoacidici
Struttura secondaria delle proteine
Tipica disposizione spaziale
dei residui amminoacidici che
sono adiacenti nella struttura
primaria.
Ripiegamento della catena
polipeptica la cui catena
principale si dispone nello
spazio tridimensionale formando
una struttura ripetitiva.
Conformazione:
organizzazione spaziale degli
atomi di una proteina.
α-elica,
β-foglietto
Struttura secondaria delle proteine
Per conformazione si intende
l’ organizzazione spaziale
degli atomi di una proteina.
Le Conformazioni che una
proteina può assumere sono
quelle termodinamicamente
più stabili (minore ΔG)
Le proteine che si trovano
nella loro conformazione
funzionale vengono dette
native
Possiamo quindi definire la stabilità di una proteina come
la sua tendenza a mantenere la conformazione nativa
Struttura secondaria delle proteine
1) INTERAZIONI IDROFOBICHE:
Le catene laterali degli
amminoacidi idrofobici
tendono a raggrupparsi
all’interno delle proteine
2) LEGAMI H
Massimo numero all’interno
della proteina
Struttura secondaria delle proteine:
α elica
N
C
C=O
α - eliche delle
proteine: destrorsa
ogni giro di elica 3,6 residui di
amminoacidi
passo = 3,6 residui
Struttura secondaria delle
proteine: α elica
stabilizzata da legami
idrogeno
il gruppo C=O di un amminoacido
forma un legame H con il gruppo
N-H dell’amminoacido che si
trova 4 residui più avanti nella
stessa catena
Struttura secondaria delle proteine:
α elica
stabilizzata da legami idrogeno
L’atomo di ossigeno del legame peptidico di ogni
aminoacido forma legame idrogeno con l’idrogeno del
legame peptidico del quarto aminoacido successivo
PROLINA & GLICINA:
residui incompatibili con la struttura
dell’α-elica
Dove c’è una prolina c’è un ripiegamento
Struttura secondaria delle proteine:
Stabilizzato tramite legami idrogeno
tra segmenti adiacenti della catena
polipeptidica
Foglietto β
Struttura secondaria delle proteine:
Foglietto β
Ripiegamenti β
Collegano le estremità di
due segmenti adiacenti
con strutture ad α elica
oppure a foglietto β
Struttura terziaria delle proteine
Definisce la disposizione di tutti gli atomi di una
proteina nello spazio tridimensionale
Struttura terziaria delle proteine
Ponte
disolfuro
Legame a
idrogeno
Struttura terziaria delle
proteine
H2N
CH2
CH2
C
O
Interazioni
idrofobiche
CH2
S
S
CH2
CH2
CH2
H
CH2
O
NH3+
Legame
ionico
COO-
CH2
CH2
CH2
CH 2
CH
CH 3
CH 3
CH 3
CH 3
CH
Struttura terziaria:
riguarda la disposizione nello spazio e l’interazione di residui di
amminoacidi distanti tra loro nella sequenza lineare
Struttura terziaria delle proteine
Struttura
terziaria
delle
proteine
le interazioni tra le catene laterali degli aminoacidi determinano il
modo in cui una lunga catena polipeptidica si ripiega nella forma
tridimensionale della proteina
Struttura terziaria delle proteine
la struttura terziaria di una proteina può essere
considerata come un insieme di segmenti peptidici con
conformazioni ad α elica e a foglietto β uniti da tratti di
connessione:
Motivo
Avvolgimento
polipeptidico
caratteristico formato
da due o più elementi
di struttura secondaria
e dalle connessioni che
le uniscono
È ricorrente in
proteine diverse
Struttura terziaria delle proteine
Dominio: parte di una catena polipeptidica di per
se stabile
Struttura terziaria delle proteine
Struttura terziaria delle proteine
Residui Polari
Residui Apolari
Gli amminoacidi apolari tendono a sfuggire il contatto
con l’acqua e guidano interi segmenti della proteina ad
occupare zone più interne della macromolecola ripiegata
Gli amminoacidi polari si trovano più frequentemente
sulla superficie della proteina stessa, a contatto con le
molecole d’acqua
Ripiegamento non corretto delle proteine
Struttura quaternaria delle
proteine
Complessi tridimensionali che derivano
dall’associazione di due o più catene polipeptidiche
SUBUNITA’
Considerando i diversi livelli di organizzazione strutturale
possiamo classificare le proteine in base a
struttura e solubilità
Globulari
Fibrose
la maggior parte degli
enzimi e delle proteine
regolatrici
determinano la resistenza,
la forma e la protezione
esterna delle cellule
Classificazione, Struttura & Funzione
delle proteine
Proteine fibrose:
catene polipeptidiche disposte in lunghi fasci o
foglietti.
Normalmente è presente un solo elemento di
struttura 2a ripetuto più volte.
Prevalente funzione strutturale.
Insolubili in acqua.
Proteine globulari:
Segmenti di una catena o di catene polipeptidiche
diverse si avvolgono l’uno sull’altro
catene polipeptidiche ripiegate e forma sferica.
Normalmente sono presenti più tipi di struttura 2a.
Prevalente funzione regolatoria ed enzimatica.
Gli Enzimi
Gli Enzimi
catalizzatori biologici
rendono possibile da un
punto di vista cinetico
le reazioni chimiche
Sono le proteine più importanti e più
specializzate
Presentano un elevato grado di specificità per
il substrato
Operano in soluzioni acquose con
temperature e pH blandi
Struttura generale degli enzimi
Sono proteine
globulari complesse :
Parte proteica
Addotto
enzima-substrato
Parte
non-proteica
Cofattore
(ione metallico)
Coenzima
(natura organica: vitamina o altro)
Gruppo
Prostetico
SITO ATTIVO:
specifica
porzione
dell’enzima,
deputata al
legame con il
substrato che
porta alla
formazione
dell’addotto ES
Addotto ES
Proprietà dei
Catalizzatori
I catalizzatori sono
sostanze capaci di
abbassare l’energia di
attivazione rendendo piú
facile la formazione
dell’addotto ES: la reazione
diviene quindi piú veloce.
La K equilibrio è correlata alla
variazione di energia libera
ΔG°= in condizioni standard: 25°C, 1M
ΔG°= - R T lnKeq
Un ΔG° negativo indica che la formazione dei prodotti è favorita
termodinamicamente, ma non fornisce informazioni sulla velocità
della reazione
ES
EP
E+S
E+P
viene resa più
veloce sia la
reazione
diretta, sia la
reazione
inversa
viene
raggiunto più
velocemente
l’equilibrio
ΔG↨=energia di attivazione
Gprodotti-Gsubstrati (G°’) < 0
Reazione esoergonica
ES
Stato di transizione (ǂ)
Reazione
ESOERGONICA
EP
E+S
E+P
Stato di transizione (ǂ)
Reazione
ENDOERGONICA
A(S)
B(P)
I catalizzatori abbassano
l’energia di attivazione
delle reazioni
favoriscono
lo stato di transizione
formando l’addotto ES
Gprodotti-Gsubstrati (G°’) < 0
Reazione esoergonica
Molti catalizzatori non facilitano la formazione dello stato
di transizione, ma sostituiscono la reazione ‘difficile’ con
2 o più reazioni entrambe con uno stato di transizione
facile da formare
ES
EP
E+S
E+P
Risultato:
accelerazione della
reazione globale.
↨
ΔG =energia di attivazione
A(S)
B(P)
ADDOTTO
Enzima-Substrato
L’energia usata per
aumentare la velocità
enzimatica deriva dalle
interazioni deboli (legami
idrogeno, interazioni
ioniche e idrofobiche) che si
formano tra enzima e
substrato
ENERGIA di LEGAME
Gli enzimi sono
caratterizzati
da elevata
specificità
CATALISI ENZIMATICA
CATALISI ENZIMATICA
CATALISI ENZIMATICA
Adattamento
indotto
Enzimi: Aumentano la velocità di una
reazione ma NON ne modificano l’equilibrio
Consideriamo la generica equazione:
aA+bB
cC+dD
Definiamo costante di equilibrio Keq
c
d
[C ] [ D]
K eq
a
b
[ A] [ B]
a temperatura costante!
Le concentrazioni sono all’equilibrio
La velocità della reazione diretta è uguale
alla velocità della reazione inversa
CINETICA ENZIMATICA
• velocità di una reazione (V):
numero di molecole di substrato che si
trasformano in prodotto nell’unità di tempo.
• (V) si esprime come mmol/L di prodotto
formatosi in un minuto (mM/min).
• Velocità iniziale V0
• Nelle analisi delle reazioni enzimatiche si
utilizzano soltanto le velocità di reazione
iniziali (v0), quelle che si misurano non appena
si mescolano l’enzima ed il substrato.
• In tal modo la variazione di [S] può essere
considerata trascurabile.
CINETICA ENZIMATICA
FATTORI CHE MODIFICANO LA VELOCITA’
DELLE REAZIONI ENZIMATICHE:
1) pH (curva a campana)
2) temperatura (curva bifasica a causa della
denaturazione)
3) [S] (iperbole rettangolare a causa della
saturazione)
4) inibitori
CINETICA ENZIMATICA:
pH
• Ciascun enzima ha un pH ottimale al quale la reazione
è catalizzata con la massima efficienza.
Esso in genere rispecchia il pH dell’ambiente in cui
l’enzima svolge normalmente le sue funzioni.
• La concentrazione degli H+ (pH) influenza l’attività
enzimatica modificando la geometria del sito attivo e la
distribuzione delle cariche elettriche dei gruppi
coinvolti nel legame del substrato o nel processo
catalitico stesso.
• Valori di pH estremi possono anche provocare la
denaturazione dell’enzima.
CINETICA ENZIMATICA:
pH
CINETICA ENZIMATICA:
temperatura
• La velocità di reazione aumenta con
l’aumentare della temperatura fino a
raggiungere un picco.
• Un ulteriore innalzamento della
temperatura provoca una
diminuzione della velocità di
reazione a causa della
denaturazione dell’enzima.
CINETICA ENZIMATICA: temperatura
CINETICA ENZIMATICA:
concentrazione del substrato
• La velocità di una reazione catalizzata da un
enzima aumenta all’aumentare della
concentrazione del substrato fino a
raggiungere una velocità massima (Vmax). In
questa condizione i siti attivi dell’enzima sono
saturi del substrato
Quando tutto l’enzima è saturato con il substrato:
[ES] = [Etot]
V0 = Vmax
CINETICA DELLO STATO STAZIONARIO
La curva che esprime la
relazione tra V0 e S ha un
andamento iperbolico ed è
espressa algebricamente dalla
equazione di Michaelis-Menten
Costante di
Michaelis e
Menten
La Km è quella concentrazione
di substrato a cui la V0 è pari a
metà della Vmax
L’equazione di
Michaelis-Menten
• descrive la variazione della velocità
di reazione al variare della
concentrazione del substrato.
v0 = velocità iniziale della reazione
Vmax= velocità massima
Km = costante di Michaelis-Menten
[S] = concentrazione del substrato
Caratteristiche della Km
• La Km è pari alla concentrazione di substrato alla quale
la velocità della reazione (V0) è 1/2 della Vmax.
• La Km riflette l’affinità dell’enzima per il substrato:
Km piccola = alta affinità dell’enzima per il substrato
Km grande = bassa affinità dell’enzima per il substrato.
• Ogni enzima ha una Km caratteristica per un dato
substrato.
• La Km non varia al variare della [E].
I PARAMETRI
CINETICI
POSSONO
ESSERE USATI
PER
CONFRONTARE
LE ATTIVITA’
DEGLI ENZIMI
Inibizione Enzimatica
Inibitori
ostacolano o impediscono il funzionamento degli
enzimi
Inibitore reversibile:
inibitore irreversibile:
Ha un azione
temporanea, è
possibile allontanare
l’inibitore dall’enzima,
consentendo il
regolare esplicarsi
dell’attività catalitica.
la ripresa dell’attività
enzimatica non è
possibile, in quanto
non è possibile in
nessun modo
allontanare l’inibitore
dall’enzima
Inibizione Enzimatica
Un Inibitore di tipo competitivo si lega al sito
attivo dell’enzima, precludendo il legame
dell’enzima stesso col substrato.
Si forma un addotto enzima-inibitore, che non
può evolvere verso il prodotto e che sottrae
enzima alla reazione catalitica.
Inibizione Enzimatica
un inibitore incompetitivo si lega ad un sito distinto
da quello del substrato, legandosi al complesso ES
Inibizione Enzimatica
un inibitore misto si lega ad un sito distinto da
quello del substrato, ma si può legare sia
all’addotto ES sia al solo E
Inibizione Enzimatica
Enzimi regolatori
• un
enzima regolatore è quello che
controlla le quantità di sostanze che
devono essere trasformate in una via
metabolica (catalizza la
reazione più
lenta, in genere la prima di una serie)
• tali enzimi non seguono la cinetica di
Michaelis–Menten e sono responsabili
della modulazione della velocità con cui
decorre l’intero processo metabolico
ENZIMI
ALLOSTERICI
• struttura quaternaria (due o più subunità proteiche)
• in essi esistono più siti chimicamente attivi
• Effettore o MODULATORE: molecola che interagendo
con l’enzima in siti lontani dal sito attivo, esercita un
effetto positivo o negativo sulla sua attività
Enzimi regolatori
Modificazione
allosterica
Enzimi regolatori
Enzimi regolatori
Inibizione retroattiva
Gli enzimi allosterici possono essere inibiti dai
prodotti terminali di una via metabolica
Enzimi regolatori
Inibizione
retroattiva
Enzimi regolatori
modificazione covalente reversibile
Enzimi regolatori
modificazione covalente reversibile
Enzimi regolatori
Scissione proteolitica di un precursore
(zimogeno inattivo)
modificazione covalente
irreversibile
Enzimi regolatori
Enzimi regolatori
