LEZIONE DEL 04/04/2017
DISTRIBUZIONE DELLE MUTAZIONI NELLE EMOGLOBINE UMANE
- suckle-cell motion;
- sotituzione patologica (amminoacidi di classi
diverse);
- sostituzioni non patologiche (aminoacidi molto
simili: Leucina -> Isoleucina).
Le mutazioni possono implicare la sostituzione di uno
o più amminoacidi. Un cambiamento forte porta ad una
malattia genetica. Emoglobina: patologia che
compromette il trasporto di ossigeno, può essere
fatale.
Anemia falciforme
Alcuni globuli rossi, che si rompono facilmente ->
emolisi, dispersione nel liquido cellulare (perdita
della funzionalità => carenza di ossigeno).
Fuoriescono dei bastoncini cilindrici (come se
l'emoglobina fosse impilata). Ha infatti una
struttura a fibra cilindrica (colonna a tortiglioni,
con fibre di emoglobina attorcigliate). L'emoglobina
ha una protuberanza e una cavità idrofobiche che le
permettono di esporsi al'esterno (così due subunità
si sovrappongono e precipitano). L'interazione
idrofobica, prima per formare un dimero, poi permette
di allungare una catena fatta di subunità (fibra che
cresce e rompe la membrana eritrocitaria).
Mutamento specifico: l'acido glutammico (carico
negativamente) si è cambiato con la valina.
Viene esposto un residuo idrofobico -> polimerizza ->
forma fibrilla -> rompe il globulo rosso e dà la
patologia.
Perché la patologia, la malattia genetica non si
estingue nel tempo? Vi è un vantaggio collaterale
alla malattia genetica (prima la vita era di breve
durata: una malattia che desse dei problemi in età
avanzata non era considerata grave). Le malattie
intervengono col protrarsi della vita grazie ad
artifici come l'igiene, i medicinali… come risposta
il corpo si ammala di demenza senile e altro (non
siamo programmati geneticamente a proteggerci da
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queste patologie).
Protegge da altro? Nelle zone con la malaria,
l'anemia falciforme ci protegge dalla persistenza del
ciclo dei parassiti.
Altro problema: nel feto. Nei mammiferi i feti vivono
all'interno della placenta per molti mesi non avendo
il contatto diretto con l'aria, con l'ossigeno.
Prendono ox dalla madre. Il cuore del feto comincia
la sua circolazione interna (il sangue del feto è
mescolato con quello della madre). Ha bisogno di
ossigeno anche per l'anabolismo della crescita, ma
non essendo i suoi muscoli attivi, non ci sono tutte
le attività regolari nel corpo umano (effetto Bohr ad
esempio). L'evoluzione ha sintetizzato l'emoglobina F
per questo (per i primi mesi), ha una piccola
modifica nella sequenza amminoacidica. Le catene alfa
e beta non ci sono ci sono invece catene gamma (per
una singola mutazione). La configurazione dell’apoemoglobina media la costante di affinità
dell’emoglobina fetale (a parità di pressione
d’ossigeno). La modifica F attiva il gene
dell'emoglobina A1, cambiando l'emoglobina F.
Ipercapnia: troppa CO2 nel sangue => ispiriamo più
aria => aumenta la frequenza cardiaca e si trasmette
più sangue.
Ubiquitina.
[Niente dura per sempre. Anche molte proteine non
durano più di qualche minuto. Le cellule sintetizzano
continuamente nuove proteine, le usano per un solo
compito e poi le eliminano. Per esempio, le proteine
che vengono usate per segnalazione e controllo, come
i regolatori della trascrizione e le cicline che
controllano la divisione cellulare, hanno una
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vita molto breve, portano i loro
messaggi e poi vengono eliminate. Anche gli enzimi
specializzati nella sintesi di particolari molecole
vengono costruiti solo quando sono necessari, e così
permettono alla cellula di controllare quello che
vuole sintetizzare momento per momento. Questa
strategia di invecchiamento programmato può sembrare
uno spreco, ma permette alla cellula di rispondere
rapidamente ad ogni nuova necessità.
Eliminare il vecchio
Naturalmente le cellule hanno bisogno di controllare
la distruzione delle proprie proteine, per eliminare
solo quelle che non sono più necessarie. La piccola
proteina ubiquitina ha un ruolo centrale in questo
meccanismo. L'ubiquitina si lega alle proteine
inutili, segnalando alla cellula che sono pronte per
essere degradate. Come si vede nella figura qui a
lato, una sequenza di molecole di ubiquitina (rosa e
marrone chiaro, file PDB 1ubq) viene legata ad una
proteina vecchia, come la proteina src mostrata qui a
destra (blu, file PDB 2src). L'ubiquitina viene poi
riconosciuta dall'apparato di distruzione della
cellula.
Ubiquitina ubiquitaria
Come dice il suo nome, l'ubiquitina si trova in tutte
le cellule eucariote e quindi anche in ogni cellula
del nostro corpo. Il Premio Nobel per la Chimica di
quest'anno è stato assegnato ai tre ricercatori che
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hanno scoperto la sua funzione essenziale nel 1980.
Negli anni seguenti, è divenuto chiaro che
l'ubiquitina oltre che nel suo ruolo di marcatore di
proteine è usata anche per altri scopi,
come dirigere il trasporto di proteine dentro e fuori
dalla cellula. Connettendo insieme più ubiquitine in
catene corte o lunghe, o usando connessioni diverse
tra le molecole, possono essere codificati segnali
molto diversi. A causa dei compiti importanti che
svolge, l'ubiquitina è cambiata molto poco nel corso
dell'evoluzione, così si possono trovare ubiquitine
quasi identiche nelle cellule di lievito, nelle
cellule vegetali e anche nelle nostre cellule.
Ubiquitinazione
Il segreto di questo processo sta nell'assicurarsi
che l'ubiquitina si leghi solo alle giuste proteine.
Molti enzimi specializzati passano in rassegna le
proteine nella cellula e scelgono solo quelle che
devono essere eliminate. Ci sono tre tipi di questi
enzimi, chiamati E1, E2, ed E3. L'enzima E1, mostrato
qui a fianco in alto (file PDB 1r4n) è l'enzima che
attiva l'ubiquitina e avvia il processo. Utilizzando
l'energia di un ATP (rosso), si lega sulla coda
dell'ubiquitina (marrone chiaro) con uno dei propri
amminoacidi, una cisteina (verde; notate però che, in
questa struttura, la cisteina è stata sostituita con
una alanina). Poi E1 passa l'ubiquitina attivata ad
uno dei molti enzimi E2, un enzima che unisce
l'ubiquitina alle proteine (file PDB 1fxt). Gli
enzimi E2 lavorano con un gran numero di enzimi E3
diversi per riconoscere la proteine inutili e per
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legarle all'ubiquitina. L'enzima E3 mostrato qui
(file PDB 1ldk e 1fqv) ha la forma di una tenaglia.
La proteina bersaglio viene legata nell'apertura
(indicata da un asterisco). Il lato sinistro
dell'enzima riconosce la proteina ed il lato destro
posiziona E2 per permettere il trasferimento della
sua ubiquitina.
Distruzione totale
Le proteine che sono diventate inutili vengono
dapprima marcate con almeno quattro molecole di
ubiquitina e poi vengono distrutte dai proteasomi. I
proteasomi, anche chiamati AAA+ Proteasi (mdm
8-2006), sono insaziabili frantumatori di proteine,
ma il loro apparato distruttivo è molto ben protetto
in modo che non possa attaccare le normali proteine
nella cellula. Il proteasoma mostrato qui a destra ha
la forma di un cilindro, coi suoi siti attivi che
tagliano le proteine nascosti all'interno del tubo. I
due tappi agli estremi controllano l'entrata nella
camera di distruzione, dove le proteine vengono
tagliate in pezzi lunghi da 3 a 23 amminoacidi.
Esplorando la Struttura
La figura qui a lato mostra come le molecole di
ubiquitina sono legate insieme per formare delle
catene. Il cristallo di ubiquitina che ha generato
questa struttura è stato prodotto con tetraubiquitina
(quattro proteine concatenate), ma si è osservato che
esiste un legame solo tra due delle quattro molecole
di ubiquitina.
Nell'immagine ravvicinata, si può vedere che il
legame formato è insolito, infatti il carbossile (C
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grigio e O rosso) dell'ultimo amminoacido di glicina
(Gly) nella catena A è legato al gruppo amminico (N
blu) della catena laterale della lisina 148 (Lys), al
centro della catena B.
Si tratta quindi di un legame ammidico anomalo,
infatti le proteine sono formate da amminoacidi
legati tra loro con il carbossile e il gruppo
amminico posti entrambi in posizione alfa e mai con
quelli in catena laterale].
Ricordiamo che le proteine, i protidi in generale,
hanno una funzione di immagazzinamento e una
trasformazione strutturale genetica).
CARBOIDRATI
Fungono da riserva energetica e hanno una funzione
strutturale. Mi servono, per costruire gli zuccheri,
carboni non completamente ossidati, parzialmente o
totalmente idrogenati dunque. Se il carbonio è
l'ultimo della catena, esso può fare un legame con
l'ossigeno.
Idrocarburo – gruppo alcolico – gruppo aldeidico –
acido. Gli zuccheri contengono tutto quello che si
trova dal gruppo alcolico in poi.
Gliceraldeide : ha un carbonio asimmetrico (è uno
stereoisomero che ammette forme D e L).
Diidrossiacetone: non è asimmetrica.
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Il primo fa parte degli aldosi, il secondo dei
chetosi.
Dalla gliceraldeide proseguo col costruire un
adotrioso, un aldotetroso… analogamente per i chetosi
(quelli da sapere sono quelli evidenziati in blu sul
libro).
Il fruttosio è una tappa successiva della
sintetizzazione del glucosio (salta una tappa
evolutiva, e ciò implica il rilascio più rapido di
energia).
Se si fermenta lo zucchero, si ottiene l'alcol
(processo anaerobico). Tutto questo finisce nel
metabolismo del fegato, che dovrà trasformare l'alcol
in zucchero. Si ha una civilizzazione del glucosio:
l'aldeide e l'alcol, reagendo, provocano il
ripiegamento della molecola (struttura né uguale al
cicloesano, né al benzene, ma simile al pirano).
Aspetti tautomerici: due isomeri alfa e beta
(ossidrile sotto/sopra) per ognuna delle forme D e L.
Forme anomeriche. Formule si Haworth e Fisher.
Il carbonio 6 non partecipa al ciclo.
I pentosi vengono detti furanosi e hanno una
ciclizzazione che deriva dai chetosi. Forme a sedia e
a barca: la prima, per tenere lontani i gruppi OH.
[Non studiare i gruppi alcolici. Studiare gli esteri
degli zuccheri e gli amminozuccheri. Deossizucchero
(fa la differenza tra DNA e RNA). Esteri fosforici.
Il ribosio 5-fosfato è la base di tutto il DNA. La
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glucosammina e la galattosammina sì. Emiacetali ed
emichetali sì. Formule anomeriche].
La maggior parte degli zuccheri ha come minimo una
forma disaccaridica. Prendo le estremità riducenti di
di ossigeni semplici, ad esempio per formare il
lattosio, di due galattosio. Ho diminuito così la
pressione osmotica che dipende dalla concentrazione
individuale.
[Al compito: disaccaride con nome completo, da
disegnare… cellobiosio, maltosio e isomaltosio].
Si possono formare legami di ossigeno sia sul
carbonio 1 che sul C4 (posso fare una catena infinita
di saccaridi).
Amilosio – polisaccaride con legami lineari del
glucosio (in acqua forma un'elica stabilizzata da
legami idrogeno).
Amilopectina.
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Amidi (depositi di energia). Tuberi: la parte di
carboidrati complessi. Per l'evoluzione si sfruttano
gli amidi. Possiamo spezzare i legami e avere
glucosio, già con la saliva (betamilasi) – non
avviene con le proteine.
Cellulosa. Se continuiamo ad incrociare i
polisaccaridi, otteniamo strati che si legano anche
in verticale (non si scioglie con l'amilasi, neanche
se lo ingeriamo, il pH dello stomaco lo decompone
leggermente).
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Tutto quello che viene da forti legami crociati nei
polisaccaridi forma una massa fibrosa.
I carboidrati sono sintetizzati dalla CO2 nell'aria,
le piante purificano gli zuccheri dalla CO2.
Batteri:
Microbioma , che permette agli erbivori di digerire
la cellulosa.
Chitina, che usa la glucosammina per formare i legami
crociati (crostacei).
Polisaccaridi della parete batterica.
Eparina: anticoagulante.
Condoitina: nei cartilagini.
Acido ialuronico.
Glicoproteine: solo il primo paragrafo.
CAPITOLO 8
Lipidi (acidi grassi). Rappresentano il modo più
economico per immagazzinare energia. Sono gli oli e i
grassi che mangiamo. Vi è un recettore degli acidi
grassi specifici. Sono idrofobi (tranne che nella
testa, in cui vi è un gruppo acido).
Acido palmititico, arachidico, stearico hanno tutti
legami saturi.
Se introduciamo un legame doppio, la molecola diventa
insatura. I due carboni che stanno a valle o a monte
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possono essere trans o cis. Linoleico. Linolenico.
Palmitoleico. Oleico.
I saturi hanno più energia: scaldati fanno residui
idrocarburici.
Gli insaturi si idrogenano, formano una protezione
dai radicali liberi.
Struttura insatura con composti solforati: la
quantità di radicali liberi è 0 (aglio…).
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