Aminoacidi e proteine
Prof. Giorgio Sartor
Copyright © 2001-2012 by Giorgio Sartor.
All rights reserved.
Versione 1.7.1 – mar 2012
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 2 -Aminoacidi e proteine - 2 -
Le cellule
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 3 -Aminoacidi e proteine - 3 -
Aminoacidi
• Gli α-aminoacidi (AA) sono molecole che presentano almeno due gruppi funzionali,– il gruppo –COOH e – il gruppo –NH2
• Legati al carbonio α
NH2
O
HR
OH
NH3+
O
HR
O
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 4 -Aminoacidi e proteine - 4 -
Aminoacidi
• Gli AA differiscono tra loro per il gruppo R• I mammiferi utilizzano 20 AA diversi il cui
gruppo R ha diverse proprietà polari e/o acido-base:– R alifatico (sei)– R aromatico (tre)– R idrossilato (due)– R contenente zolfo (due)– R acido e derivati (quattro)– R basico (tre)
– R apolare (otto)– R neutro polare (cinque)– R ionizzabile (sette)o
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 5 -Aminoacidi e proteine - 5 -
Aminoacidi alifatici
• Gli AA alifatici sono sei:
NH
O
OHH
GlicinaGly G
AlaninaAla A
NH2
O
CH3
CH3
OHH
NH2
O
CH3
CH3
OHH
NH2
CH3
OCH3
OHH
NH2
O
CH3
H
OHNH2
OH
OH
H
ValinaVal V
LeucinaLeu L
IsoleucinaIle I
ProlinaPro P
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 6 -Aminoacidi e proteine - 6 -
Aminoacidi aromatici
• Gli AA aromatici sono tre:
NH
NH2
O
OHH
NH2
OH
OH
OHNH2
O
OH
H
FenilalaninaPhe F
TriptofanoTrp W
TirosinaTyr Y
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 7 -Aminoacidi e proteine - 7 -
Aminoacidi idrossilati
• Gli AA idrossilati sono due:
NH2
CH3
OH O
OH
H
NH2
OH
O
OH
H
SerinaSer S
TreoninaThr T
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 8 -Aminoacidi e proteine - 8 -
Aminoacidi contenenti zolfo
• Gli AA contenenti zolfo sono due:
NH2
OSCH3
OH
H
NH2
O
SH OH
H
CisteinaCys C
MetioninaMet M
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 9 -Aminoacidi e proteine - 9 -
Aminoacidi acidi (e derivati)
• Gli AA acidi sono due (e due le amidi):
NH2
OO
NH2H
OHNH2
O
O
NH2
OH
H
NH2
OO
OH H
OHNH2
O
O
OH
OH
H
Acido asparticoAsp D
Acido glutamicoGlu E
AsparaginaAsn N
GlutaminaGln Q
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 10 -Aminoacidi e proteine - 10 -
Aminoacidi basici
• Gli AA basici sono tre:
NH2
O
N
NH
OH
H
NH2
ONH
NHNH2
H
OHNH2
ONH2 H
OH
LisinaLys K
ArgininaArg R
IstidinaHis H
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 11 -Aminoacidi e proteine - 11 -
Proprietà acido-base degli AA
• La presenza dei due gruppi funzionali –COOH e –NH3
+ rende gli AA simili, nel loro comportamento acido-base, ad acidi biproticiAH2
+.
NH3+
O
RH
OHNH3+
OH
OR
NH2
O
RO
H
H+
H+
H+
H+
Ka' Ka''
AH2+ AH + H+ A- + H+
Carica +1Catione
Carica 0Anfoione
Carica -1Anione
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 12 -Aminoacidi e proteine - 12 -
Proprietà acido-base degli AA
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 13 -Aminoacidi e proteine - 13 -
Proprietà acido-base degli AA
• Si definisce pI (punto isoelettrico) il valore di pH al quale l’AA ha carica netta 0, nel caso di un AA con catena laterale neutra è dato da:
)''pK'pK(2
1pI
)NH-(aCOOH)(a3++= − αα
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 14 -Aminoacidi e proteine - 14 -
Proprietà acido-base degli AA acidi
• In presenza un gruppo acido oltre ai due gruppi funzionali –COOH e –NH3
+ gli AA si comportano come acidi triprotici AH3
+.
NH3+
OH
OHHOOCNH3+
OH
OHOOC
NH3+
O
O
H-OOC
H+
H+
H+
H+
NH2
O
O
H-OOC
H+
H+
Ka' Ka''
AH3+ AH2 + H+ AH- + H+
Carica +1Catione
Carica 0Anfoione
Carica -1Anione
Ka'''
A-- + H+
Carica -2Dianione
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 15 -Aminoacidi e proteine - 15 -
Proprietà acido-base degli AA acidi
• Il pI di un AA acido è dato dalla media dei due valori minori di pKa:
)''pK'pK(2
1pI )COOH-(RaCOOH)(a += −α
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 16 -Aminoacidi e proteine - 16 -
Proprietà acido-base degli AA basici
• In presenza un gruppo basico oltre ai due gruppi funzionali –COOH e –NH3
+ gli AA si comportano come acidi triprotici AH3
++.
NH3+
O
(CH2)4
H
OHH3+N NH3+
OH
O(CH2)4
H3+NNH2
O(CH2)4
O
H
NH3+
H+
H+
H+
H+
NH2
O(CH2)4
O
H
NH2
H+
H+
Ka' Ka''
AH3++ AH2
+ + H+ AH + H+
Carica +2
Dicatione
Carica +1
Catione
Carica 0
Anfoione
Ka'''
A- + H+
Carica -1
Anione
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 17 -Aminoacidi e proteine - 17 -
Proprietà acido-base degli AA basici
• Mentre il di un AA basico è dato dalla media dei due valori maggiori di pKa:
)'''pK''pK(2
1pI
)NH(a)NH(a33++ −−
+= εα
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 18 -Aminoacidi e proteine - 18 -
Proprietà acido-base degli AA apolari
AA pKa’ pKa’’ pI
Gly 2.3 9.6 6.0Ala 2.3 9.7 6.0Val 2.3 9.6 6.0Leu 2.4 9.6 6.0Ile 2.4 9.7 6.1Pro 2.0 10.6 6.3Phe 1.8 9.1 5.5Met 2.3 9.2 5.8Ser 2.2 9.2 5.7Thr 2.6 10.4 6.5Trp 2.4 9.4 5.9
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 19 -Aminoacidi e proteine - 19 -
Proprietà acido-base degli AA polari
AA pKa’ pKa’’ pKaR pI
Cys 1.7 10.8 8.3 5.0Tyr 2.2 9.1 10.1 5.7Asp 2.1 9.8 3.9 3.0Asn 2.0 8.8 - 5.4Glu 2.2 9.7 4.3 3.2Gln 2.0 9.1 - 5.7His 1.8 9.2 6.0 7.6Lys 2.2 9.0 10.5 9.8Arg 2.2 9.0 12.5 10.8
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 20 -Aminoacidi e proteine - 20 -
Proprietà acido-base degli AA polari
AA pKa’ pKa’’ pKaR pI
Cys 1.7 10.8 8.3 5.0Tyr 2.2 9.1 10.1 5.7Asp 2.1 9.8 3.9 3.0Asn 2.0 8.8 - 5.4Glu 2.2 9.7 4.3 3.2Gln 2.0 9.1 - 5.7His 1.8 9.2 6.0 7.6
Lys 2.2 9.0 10.5 9.8Arg 2.2 9.0 12.5 10.8
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 21 -Aminoacidi e proteine - 21 -
Istidina His H
• His presenta un valore di pI vicino al pH fisiologico a causa della stabilizzazione per risonanza del catione imidazolico.
NH3+
O
N+
N
O
H
H
H
NH3+
O
N
N
O
H
H
NH3+
O
N
N+
O
H
H
H
+ H+
pKa = 6.0
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 22 -Aminoacidi e proteine - 22 -
Aminoacidi modificati
• Modificazioni post-traduzionali
– 4-idrossiprolina
– O-fosfoserina
– O-fosfotirosina
– N-Acetillisina
NH
O
OH
OH
NH3+
O
O
PO
OH
O
O
PO
OH
O
NH3+
O
O
O
NH3+
ONH
OO
CH3
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 23 -Aminoacidi e proteine - 23 -
Isomeria ottica
• Tutti gli AA (esclusa la glicina) possiedono almeno un atomo di carbonio asimmetrico, il Cα.
NH2
O
RH
OH
Cα
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 24 -Aminoacidi e proteine - 24 -
Isomeria ottica
• Quindi possono esistere due isomeri D ed L
• . In natura gli AA sono in forma L.
D-Alanina L-Alanina
CH3
H NH3+
O O
CH3
HNH3+
OO
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 25 -Aminoacidi e proteine - 25 -
Isomeria ottica
• Per quanto riguarda la configurazione assoluta degli L-AA 18 sono S e uno (la cisteina) R.
CH3
HNH2
OOH
NH2CH3
COOH
S
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 26 -Aminoacidi e proteine - 26 -
Isomeria ottica
• Per quanto riguarda la configurazione assoluta degli L-AA 18 sono S e uno (la cisteina) R.
CH2SHHNH2
OOH
NH2HSCH2
COOH
R
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 27 -Aminoacidi e proteine - 27 -
Il legame peptidico
O
N
H
Cα1
Cα2
NH2
O
N
H
H
R
CONHC
H
R
AA 1
(aminoterminale)
AA 2
(carbossiterminale)
• Gli AA si legano tra loro con un legame tra il gruppo carbossilico di un AA e il gruppo aminico dell’AA successivo.
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 28 -Aminoacidi e proteine - 28 -
Il legame peptidico
NH2
O
N
H
H
R
CONHC
H
R
AA 1
(aminoterminale)
AA 2
(carbossiterminale)
• Gli AA si legano tra loro con un legame tra il gruppo carbossilico di un AA e il gruppo aminico dell’AA successivo.
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 29 -Aminoacidi e proteine - 29 -
Il legame peptidico
• Il legame peptidico ha caratteristiche elettroniche che ne regolano la geometria.
O
N
H
O
N+
H
O
N
H
Cα1
..
δ +
δ −
Cα1
Cα1
Cα2
Cα2
Cα2
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 30 -
Angoli diedri
Angolo diedro A-B-C-D (+) orario(-) antiorario
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 31 -Aminoacidi e proteine - 31 -
Angoli diedri
• φφφφ (phi) C’-N-Cαααα-C’
• ψψψψ (psi) N-Cαααα-C’-N
• ωωωω (omega) Cαααα-C’-N-Cαααα
C’ corrisponde al C=0
O
N
H
*
H
R
O
N
H
O
N
H
*
H
R
O
N
H
ω1 φ1ψ1Cα1
Cα2
ψ2
φ
Cα3
φ2ω2
ω1 φ1ψ1Cα1
Cα2
ψ2
φ
Cα3
φ2ω2
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 32 -Aminoacidi e proteine - 32 -
Il legame peptidico
• A causa della distribuzione degli elettroni il legame peptidico ha specifiche proprietà geometriche:– I legami hanno lunghezze:
• Cα-C 1.52Å• C=O 1.23Å• C-N 1.33Å• N-Cα 1.45Å
– Il legame ω generalmente trans (180°)
O
N
H
*ωφ
ψ
Cα1
Cα2
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 33 -Aminoacidi e proteine - 33 -
Il legame peptidico
• A causa della distribuzione degli elettroni il legame peptidico ha specifiche proprietà geometriche:– Non vi è libera rotazione
intorno al legame C-N– Vi è libera rotazione solo
intorno ai legami φ e ψ.
O
N
H
CH3ωφ
ψ
Cα1
Cα2
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 34 -
Il legame peptidico
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 35 -Aminoacidi e proteine - 35 -
Il legame peptidico
• L’angolo ω tende ad essere planare Trans (180°) o Cis (0°) a causa della delocalizzazione degli elettroni π.
• Trans è molto più favorito di Cis:– Solo 116 su 32539 angoli ω in 154
strutture (0.36%) sono Cis(Stewart et al. 1990).
– Alcune coppie di AA sono però piùspesso Cis: Tyr-Pro (25%), Ser-Pro(11%), X-Pro (6.5%)
• Questo permette la flessibilità dello scheletro della proteina attraverso gli angoli φ e ψ con la limitazione dell’ingombro sterico.
O
N
H
ωφψ
121.1° 123.2°
121.9°
118.2°119.5°
115.6°
Cα2
Cα1
O
N
H
Cα2
Cα1
ω
φ
ψ
121.9° 118.2°
119.5°
Cis
Trans
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 36 -Aminoacidi e proteine - 36 -
Il legame peptidico
• A causa della distribuzione degli elettroni il legame peptidico ha specifiche proprietà geometriche:– È planare.
O
N
H
CH3ωφ
ψ
Cα1
Cα2
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 37 -Aminoacidi e proteine - 37 -
Il legame peptidico
• A causa della distribuzione degli elettroni il legame peptidico ha specifiche proprietà elettriche:– È dipolare.
O
N
H
Cα1
Cα2+ 0.42
- 0.42
- 0.20
+ 0.20
-
+
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 38 -Aminoacidi e proteine - 38 -
Angoli φ ω ψ
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 39 -
N
O
NH2NH
N
H
O CH3
N
H
H
O
*N
H
CH3
*
H
HH
H H
HH
H
χ4
χ2
χ5
χ1
χ3
Angolo χ
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 40 -Aminoacidi e proteine - 40 -
Peptidi e proteine• I peptidi e le proteine sono polimeri di AA
legati tra loro da un legame peptidico.• Fino a 20 AA il polimero è un peptide.
N
C
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 41 -Aminoacidi e proteine - 41 -
Struttura primaria
• Si definisce la struttura primaria di un peptide o di una proteina la sequenza a partire dall’AA aminoterminale (il primo) all’AA carbossiterminale (l’ultimo).
+3HN-G-A-S-T-A-A-K-W-K-COO-
+3HN-Gly-Ala-Ser-Thr-Ala-Ala-Lys-Trp-Lys-COO-
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 2 3 4 5 6 7 8 9
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 42 -
Protein folding
Ripiegamento
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 43 -
Legame idrogeno
X−H∙ ∙ ∙ YX donatore; Y accettore
Distanze:X-H 1.1Å (110 pm)H∙ ∙ ∙ Y 1.6-2.0Å (160-200 pm)in H2O 1.97Å (197 pm)
Angolo:da 46° (H2O-HF) a 180° (HCN-HF)
Energia:da 1–2 kJ ∙ mol−1 a 161.5 kJ ∙ mol−1 (in HF2
-); 21 kJ ∙ mol−1 (in H2O )
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 44 -Aminoacidi e proteine - 44 -
H2O
H
OH
H CH3H Oδ−
δ+
δ−
δ+
δ+
δ+
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 45 -Aminoacidi e proteine - 45 -
Struttura secondaria• La struttura II delle proteine
dipende dalla formazione di legami idrogeno tra atomi di ossigeno di un legame peptidico e atomi di azoto di un altro legame peptidico.
• La formazione dei legami H tra atomi avviene a causa:– della possibilità di rotazione intorno
ai legami che coinvolgono il Cα– della distribuzione delle cariche nel
legame peptidico che rende l’atomo di ossigeno carbonilico con carica parziale negativa e l’atomo di idrogeno con parziale carica positiva, ciò rende la condivisione di un atomo di idrogeno tra l’ossigeno e l’azoto .
O
N
H
O
N
H
δ +
δ −
δ +
δ −
Cα1
Cα2...
...Cαn
Cα n +1
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 46 -Aminoacidi e proteine - 46 -
Struttura secondaria
• La formazione dei legami H tra atomi avviene a causa della possibilità di rotazione intorno al legame tra il Cα e l’atomo di azoto che lo precede (angolo φφφφ) ed intorno ai legami tra il Cα e l’atomo di carbonio (carbonilico) che lo segue (angolo ψψψψ).
H3N+
O
N
H
HR
H
R
O
N
H
R
COO-
Hφ ψ
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 47 -Aminoacidi e proteine - 47 -
Struttura secondaria
H3N+
O
N
H
HR
H
R
O
N
H
R
COO-
H
O N
H
R
COO-
H
H3N+
O
N
H
H
RH
R
ψφ
ψ
φ
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 48 -Aminoacidi e proteine - 48 -
Struttura secondaria
H3N+
O
N
H
HR
H
R
O
N
H
R
CO
H
NH
O
N
H
HR
H
R
O
N
H
R
COO-
H
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 49 -Aminoacidi e proteine - 49 -
Struttura secondaria
• Poiché non tutte gli angoli di rotazione sono possibili a causa degli ingombri sterici, esistono dei minimi di energia conformazionale che corrispondono a particolari coppie di angoli φφφφ e ψψψψ ed alla formazione di legami H con, in alcuni casi, precise periodicità:
• Esistono diverse strutture II:– Eliche– Strutture β– Ripiegamenti (Turns)
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 50 -Aminoacidi e proteine - 50 -
α-elica• Angolo φφφφ negativo• Angolo ψψψψ negativo• Numero di residui
per giro = 3.6• Passo dell’elica =
5.4 Å• 1.5 Å per residuo
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 51 -Aminoacidi e proteine - 51 -
α-elica
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 52 -- 52 -
Distorsioni α-elica
• Contatti con altre strutture secondarie;• Distribuzione del solvente asimmetrica;
• Presenza nella sequenza di Pro
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 53 -- 53 -
Elica 310
• Tre aminoacidi per giro.
• Il legame H forma un ciclo di dieci atomi.
1
23
4
5
6
78
9
10
1
23
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 54 -- 54 -
β-sheet e β-strand• L’angolo φφφφ è negativo e ψψψψ è
positivo.
• Le strutture β sono caratterizzate dalla formazione di legami idrogeno tra catene adiacenti e non necessariamente orientate nello stesso verso.
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 55 -- 55 -
Diversi tipi di β-sheet• I legami H che si formano dipendono
dall’orientazione relativa delle catene
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 56 -- 56 -
CatecoloO-Metiltransferasi
Urato ossidasi
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 57 -- 57 -
Diversi tipi di β-sheet
• I legami H che si formano dipendono dall’orientazione relativa delle catene
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 58 -
Ramachandran plot
Alanina GlicinaMIN MAX
Scala di probabilità
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 59 -Aminoacidi e proteine - 59 -
Ramachandran plot• Si può
rappresentare la distribuzione degli angoli φφφφ e ψψψψin una qualunque proteina mettendo in grafico gli angoli.
φφφφ
ψψψψ
α-elica destrorsa
α-elica sinistrorsa
β-sheet eβ-strand
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 60 -Aminoacidi e proteine - 60 -
Ramachandran plot• Si può
rappresentare la distribuzione degli angoli φφφφ e ψψψψin una qualunque proteina mettendo in grafico gli angoli.
φφφφ
ψψψψ
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 61 -Aminoacidi e proteine - 61 -
Turns
• I turns sono strutture composte di pochi AA,
• In genere fungono da collegamento tra eliche o strands.– Reverse Turns
– β -hairpin Turns
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 62 -Aminoacidi e proteine - 62 -
Reverse Turns
φφφφ
ψψψψ
i + 1
i + 2sempre glicinai + 1
i + 2Tipo I
Tipo II
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 63 -Aminoacidi e proteine - 63 -
β -hairpin Turns
• Un tipo di turn che interviene tra due β-strand antiparallele.
β -hairpin
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 64 -Aminoacidi e proteine - 64 -
β -hairpin Turns
φφφφ
ψψψψ
Residuo 1
Residuo 2
Tipo I’
Residuo 1
Residuo 2
Tipo II’
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 65 -
Struttura terziaria
Superstruttura secondaria
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 66 -Aminoacidi e proteine - 66 -
Motivi (Motifs)
• Si dicono motivi (motifs) semplici combinazioni di elementi di struttura secondaria arrangiati geometricamente;
• Spesso, ma non sempre, ai motivi sono associate particolari funzioni o attività
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 67 -Aminoacidi e proteine - 67 -
Alcuni motivi
Four helix bundle Helix-loop-helixCoiled coil
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 68 -Aminoacidi e proteine - 68 -
Funzionalità
NH3+
O
O
O
O
NH3+
O
O
NH2
O
NH3+
OO
NH2
O
NH3+
OO
OH
O
Asparagina sintasi
EC 6.3.5.4
Asparagina
Aspartato
Glutamina
Glutamato
ATP
AMP
PPi
Mg++
NH3+
O
O
O
OtRNA
NH3+
O
O
O
O
Aspartil-tRNA sintasiEC 6.1.1.12
L-Aspartil-tRNAAsp
t-RNAAsp
ATP
AMP PPi
Mg++ Aspartato
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 69 -Aminoacidi e proteine - 69 -
Asparagina sintasi EC 6.3.5.4
12AS
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 70 -Aminoacidi e proteine - 70 -
Aspartil-tRNA sintasi EC 6.1.1.12
ATP binding
1B8A
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 71 -Aminoacidi e proteine - 71 -
Similitudine strutturale
12AS1B8A
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 72 -Aminoacidi e proteine - 72 -
Calcium binding motif
D-x-[DNS]-{ILVFYW}-[DENSTG]-[DNQGHRK]-{GP}-[LIVMC]-[DENQSTAGC]-x(2)-[DE]-[LIVMFYW]
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 73 -Aminoacidi e proteine - 73 -
Heme-binding motif
[FY]-[LIVMK]-x(2)-H-P-[GA]-G
[H è il ligando assiale del gruppo eme]
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 74 -Aminoacidi e proteine - 74 -
Trypsin active site signatures
[LIVM]-[ST]-A-[STAG]-H-C (histidine signature)
[DNSTAGC]-[GSTAPIMVQH]-x(2)-G-[DE]-S-G-[GS]-[SAPHV]-[LIVMFYWH]- [LIVMFYSTANQH]
(serine signature)
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 75 -Aminoacidi e proteine - 75 -
Struttura terziaria
• Ripiegamento (Folding) che porta alla formazione di strutture tridimensionali.
• I legami che sono coinvolti nella stabilizzazione della struttura III sono legami tra catene laterali– Legami H– Van del Vaals– Idrofobici– Coppia ionica– -S-S-– …
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 76 -Aminoacidi e proteine - 76 -
Legami H• È un legame H tra le catene laterali di due
aminoacidi vicini...
• … o con il mezzo
NH
O
O
NH
NH3+ H
NH
OO
O
NH
COO-COO-NH3+
HO
H
NH
OO
O
NH
COO-
NH3+
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 77 -Aminoacidi e proteine - 77 -
NH
O
CH3NH
NH3+
COO-
NH
OCH3
NH
COO-
NH3+
Van der Walls
• È un legame elettrostatico tra le catene laterali
di due aminoacidi vicini.
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 78 -Aminoacidi e proteine - 78 -
Interazione idrofobica
• È un legame elettrostatico tra le catene laterali
di due aminoacidi vicini.
NH
O
NH
COO-
NH3+
NH
O
NH
NH3+
COO-
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 79 -Aminoacidi e proteine - 79 -
Coppia ionica
• È un legame elettrostatico tra le catene laterali
di due aminoacidi carichi vicini.
NH2
O N+
H
NH2
OO
O
NH
NH3+ NH
COO-
H
H
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 80 -Aminoacidi e proteine - 80 -
Ponti disolfuro• È un legame tra due cisteine (anche non
adiacenti) che prevede l’ossidazione del gruppo
SH.
O
SH
NH
HNH
O
O NH H
SH
O
NH
O
S
NH
HNH
O
O NH H
S
O
NH
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 81 -Aminoacidi e proteine - 81 -
Topologia a chiave greca nella superossido dismutasi (SOD)
Topologia
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 82 -Aminoacidi e proteine - 82 -
Stessi elementi diversa topologia
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 83 -Aminoacidi e proteine - 83 -
Domini• Unità fondamentale del folding• È la combinazione di diversi
elementi di struttura secondaria e/o motivi, non necessariamente contigui, che sono impaccati in una struttura globulare.
• Un dominio può ripiegarsi indipendentemente in una struttura tridimensionale stabile con una specifica funzionalità.
α/β barrel
β barrel
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 84 -Aminoacidi e proteine - 84 -
β barrel
• LIPOCALINE–Odorant Binding Protein From Nasal
Mucosa Of Pig 1A3Y–Retinol-Binding Protein (Rbp) From
Pig Plasma 1AQB–Bovine β-Lactoglobulin 1B0O–Pheromone binding to rodent urinary
protein 1MUP
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 85 -Aminoacidi e proteine - 85 -
Alcune Lipocaline
1A3Y
1AQB
1B0O
1MUP
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 86 -Aminoacidi e proteine - 86 -
Una proteina con domini multipli
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 87 -Aminoacidi e proteine - 87 -
Cores delle proteine
• Il “core” di una proteina e il motivo comune, strutturalmente conservato che distingue una classe di proteine.
• Il “core” è definito come una regione stutturale comune ad un gruppo di sequenze.
• Proteine con simili funzioni hanno simili “cores”.
• Le regioni periferiche (fuori dal “core”) possono avere struttura anche molto diversa.
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 88 -Aminoacidi e proteine - 88 -
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 89 -Aminoacidi e proteine - 89 -
Struttura quaternaria
• Proteine formate da piùcatene polipeptidiche
• Stechiometria definita• Legami ionici ed idrofobici• Gli oligomeri sono più
stabili delle subunitàdissociate
• Siti attivi si possono formare tra le catene
• Il legame di ligandi può cambiare la struttura.
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 90 -Aminoacidi e proteine - 90 -
Gruppi prostetici
• Metalli– Legati direttamente (Fe++, Fe+++,Zn++, Ca++, Co++,
Cu++, Mg++, Mn++ …)– Attraverso un gruppo eme (Fe++, Fe+++, Mg++…)– Come complessi con lo zolfo (Fe++, Fe+++)
• Biotina• Acido lipoico• Retinale• Piridossale• …
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 91 -Aminoacidi e proteine - 91 -
Legati direttamente
• Cu++ nell’emocianina
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 92 -Aminoacidi e proteine - 92 -
Legati direttamente
• Zn++ nel zinc finger bindingdomain
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 93 -Aminoacidi e proteine - 93 -
Legati attraverso un gruppo eme
• Fe++ nell’emoglobina
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 94 -Aminoacidi e proteine - 94 -
Come complessi FeS
• Clusters Fe++-S nella citocromo ossidasi
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 95 -Aminoacidi e proteine - 95 -
Gruppi prostetici
• Biotina
• L’acido lipoico (può essere ossidato o ridotto)
• Retinale
• Piridossale
S S
O
N
H
S S
O
N
H
H H
Legame amidico
S
O
N
H
N N
O Legame amidico
HNH
CH3
CH3
CH3 CH3
CH3
Base di Shiff
N
OH
CH3H
NH
OPO
O
O
Base di Shiff
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 96 -Aminoacidi e proteine - 96 -
Gruppi prostetici
• Biotina
• L’acido lipoico (può essere ossidato o ridotto)
• Retinale
• Piridossale
V.1.7.1 © gsartor 2001-2012 Aminoacidi e proteine - 97 -
Crediti e autorizzazioni all’utilizzo• Questo materiale è stato assemblato da informazioni raccolte dai seguenti testi di Biochimica:
– CHAMPE Pamela , HARVEY Richard , FERRIER Denise R. LE BASI DELLA BIOCHIMICA [ISBN 978-8808-17030-9] – Zanichelli
– NELSON David L. , COX Michael M. I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER - Zanichelli – GARRETT Reginald H., GRISHAM Charles M. BIOCHIMICA con aspetti molecolari della Biologia
cellulare - Zanichelli– VOET Donald , VOET Judith G , PRATT Charlotte W FONDAMENTI DI BIOCHIMICA [ISBN 978-
8808-06879-8] - Zanichelli
• E dalla consultazione di svariate risorse in rete, tra le quali:– Kegg: Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes http://www.genome.ad.jp/kegg/– Brenda: http://www.brenda.uni-koeln.de/– Protein Data Bank: http://www.rcsb.org/pdb/– Rensselaer Polytechnic Institute:
http://www.rpi.edu/dept/bcbp/molbiochem/MBWeb/mb1/MB1index.html
• Il materiale è stato inoltre rivisto e corretto dalla Prof. Giancarla Orlandini dell’Università di Parma alla quale va il mio sentito ringraziamento.
Questo ed altro materiale può essere reperito a partire da:http://www.ambra.unibo.it/giorgio.sartor/ oppure da http://www. gsartor.org/
Il materiale di questa presentazione è di libero uso per didattica e ricerca e può essere usato senza limitazione, purché venga riconosciuto l’autore usando questa frase:
Materiale ottenuto dal Prof. Giorgio Sartor
Università di Bologna a RavennaGiorgio Sartor - [email protected]
Top Related