Diapositiva 1

Gli aminoacidi
NOMENCLATURA
Abbr. tre Abbr. una
Aminoacido lettere
lettera
Aminoacido
Abbr. tre
lettere
Abbr. una
lettera
Alanina
ALA
A
Lisina
LYS
K
Arginina
ARG
R
Metionina
MET
M
Asparagina
ASN
N
Fenilalanina
PHE
F
Aspartato
ASP
D
Prolina
PRO
P
Cisteina
CYS
C
Serina
SER
S
Glutamina
GLN
Q
Treonina
THR
T
Glutammato
GLU
E
Triptofano
TRY
W
Glicina
GLY
G
Tirosina
TYR
Y
Istidina
HIS
H
Valina
VAL
V
Isoleucina
ILE
I
Asparagina/aspartato
Asparagina/
aspartato
ASX
B
Leucina
LEU
L
Glutamina/glutammato
Glutamina
/glutammato
GLX
Z
Struttura degli aminoacidi
R
H2N
C
COOH
H
Struttura generale di un -amminoacido
amminoacido.
I gruppi R differenziano i 20 amminoacidi standard.
Tratto da D. Voet, G. Voet e C.W. Pratt “Fondamenti di biochimica”
Anche gli amino acidi hanno un C asimmetrico
D. L. Nelson, M. M. Cox, I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER 4/E, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright © 2006
Gli isomeri D ed L: nelle proteine ci sono solo gli L
Berg et al.,
BIOCHIMICA 6/E,
Zanichelli editore S.p.A.
Copyright © 2007
Agli atomi di carbonio sono
assegnate in sequenza le lettere
greche ad iniziare da quello
vicino al gruppo carbonilico
carbonilico..
D. L. Nelson, M. M. Cox, I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER 4/E, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright © 2006
Gli ammino acidi si differenziano per il gruppo R
Tendono a raggrupparsi
all’interno della struttura
proteica, stabilizzandola
mediante interazioni
idrofobiche
La presenza di prolina nelle
proteine, diminuisce la
flessibilità strutturale per la
presenza dell’immino
dell’immino gruppo
in conformazione rigida
La metionina è uno
dei due aminoacidi
contenenti zolfo.
È sempre il primo amminoacido con cui inizia la sintesi proteica; spesso
viene rimosso dopo che la proteina è stata assemblata
D. L. Nelson, M. M. Cox, I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER 4/E, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright © 2006
Gli aminoacidi polari, non carichi
H3N+
I gruppi R sono più idrofili
dei non polari per la
presenza di idrossili
idrossili,, amidi e
sulfidrili .
La cisteina è facilmente
ossidabile e forma il dimero
cistina.
D. L. Nelson, M. M. Cox, I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER 4/E, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright © 2006
Differiscono da asparagina e
glutammina per la presenza di
un gruppo carbossilico che
impartisce carica netta negativa
a pH 7
D. L. Nelson, M. M. Cox, I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER
4/E, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright © 2006
Presentano una catena laterale
che impartisce carica netta
Positiva a pH 7
L’His è il solo aa ad avere una
L’His
catena laterale ionizzabile a pH
vicino alla neutralità.
Facilita molte reazioni enzimatiche
agendo da donatore o accettore di
protoni
Aminoacidi aromatici
Sono relativamente poco polari,
quindi possono dare origine a
reazioni idrofobiche.
La tyr subisce facilmente
reazioni di fosforilazione.
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Aminoacidi non comuni: i post sintetici
Derivano da aa convenzionali
convenzionali.. I
gruppi “extra” sono evidenziati in
rosso
collagene
miosina
trombina
Aminoacidi non comuni: i post sintetici
Desmosina: i residui di
Desmosina:
lisina sono in giallo
elastina
Selenocisteina (contiene
Se al posto dello S).
Introdotta nelle proteine durante la
sintesi, È codificata dal codone
UGA, normalmente un codone di
stop, che tuttavia in presenza di un particolare segmento di mRNA, viene
interpretato come elemento costitutivo. Meccanismi antitumorali?
Aminoacidi non comuni: i non proteici
Neurotrasmettitore
inibitorio
Intermedi del ciclo dell’urea
Omocisteina: uno dei
maggiori fattori di
rischio
cardiovascolare
(proossidante?)
tiroxina: la
forma più attiva
degli ormoni
tiroidei
Ione bipolare o
Zwitterione:: ione ibrido
Zwitterione
Per la presenza del gruppo acido e di
quello aminico
aminico,, gli aa sono composti
anfoteri:: possono accettare (base) o
anfoteri
donare (acido) protoni
protoni.. Spesso vengono
definiti anche anfoliti
A pH fisiologico si ha una prevalenza
dell’una o dell’altra forma a secondo della
struttura di R.
Ricordiamo che
R-COOH
K1 =
K1
R-COO- + H+
[R-COO- ] [ H+]
[R-COOH
COOH]]
R-NH3+
K2 =
K2
R-NH2 + H+
[R-NH2] [ H+]
[R-NH3+]
K1 e K2 sono costanti di dissociazione
Effetto dell’ambiente chimico sul valore di pKa
D. L. Nelson, M. M. Cox, I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER 4/E, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright © 2006
Lo stato di ionizzazione dipende dal pH,
dal pKa e dal gruppo R
Equazione di Henderson-Hasselbalch
pH = pKa + log
[ A-]
[HA
HA]]
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Gli aminoacidi hanno curve di titolazione caratteristiche
+1
0
-1
pI= punto isoelettrico
isoelettrico:: pH al
quale
la
carica
netta
dell’aminoacido è nulla .
Le zone ombreggiate indicano le
regioni in cui si ha un potere
tamponante maggiore
maggiore.. Si applica
l’equazione
di
Henderson-Henderson
Hasselbalch
Gli aminoacidi hanno curve di titolazione caratteristiche
Il valore del pKa del gruppo R
è indicato con pKR
Il gruppo R dell'istidina ha il 10% di
probabilità di essere carico + a pH 7, ma la
probabilità aumenta fino al 50% in soluzioni
a pH 6. Per questo l'istidina è molto
sensibile alle variazioni di pH nell'intervallo
fisiologico
Ma si può calcolare il pI di un aminoacido?
pI = pK1 + pK2
2
Calcoliamolo negli esempi precedenti:
GLY
2,34 + 9,60
= 5,97
2
HYS
GLU
2,19 + 4,25
= 3,22
2
9,17 + 6,00
= 7,59
2
AMINOACIDI NON ESSENZIALI
AMINOACIDI ESSENZIALI
arginina
istidina
isoleucina
leucina
lisina
metionina
fenilalanina
treonina
triptofano
valina
(tirosina)
simbolo
nome
tipo di R
PM
pI
pK1
pK2
pKr
A
Ala
Alanina
idrofobo
89,09
6,11
2,35
9,87
C
Cys
Cisteina
idrofilo
121,16
5,05
1,92
10,70
8,37
D
Asp
Aspartato
acido
133,10
2,85
1,99
9,90
3,90
E
Glu
Glutamato
acido
147,13
3,15
2,10
9,47
4,07
F
Phe
Fenilalanina
165,19
5,49
2,20
9,31
G
Gly
Glicina
idrofobo
aromatico
idrofilo
75,07
6,06
2,35
9,78
H
His
Istidina
basico
155,16
7,60
1,80
9,33
I
Ile
Isoleucina
idrofobo
131,17
6,05
2,32
9,76
K
Lys
Lisina
basico
146,19
9,60
2,16
9,06
L
Leu
Leucina
idrofobo
131,17
6,01
2,33
9,74
M
Met
Metionina
idrofobo
149,21
5,74
2,13
9,28
N
Asn
Asparagina
idrofilo
132,12
5,41
2,14
8,72
P
Pro
Prolina
idrofobo
115,13
6,30
1,95
10,64
Q
Gln
Glutammina
idrofilo
146,15
5,65
2,17
9,13
R
Arg
Arginina
basico
174,20
10,76
1,82
8,99
S
Ser
Serina
idrofilo
105,09
5,68
2,19
9,21
T
Thr
Treonina
idrofilo
119,12
5,60
2,09
9,10
V
Val
Valina
idrofobo
117,15
6,00
2,39
9,74
W
Trp
Triptofano
204,23
5,89
2,46
9,41
Y
Tyr
Tirosina
181,19
5,64
2,20
9,21
Idrofobo,
aromatico
Idrofilo,
aromatico
R
i
a
6,04
10,54
s
s
u
m
12,48
e
n
d
o
10,46
Lavoriamo con gli aminoacidi: cromatografia a
scambio ionico
P. Champe, R. Harvey, D. R.
Ferrier, LE BASI DELLA
BIOCHIMICA, Zanichelli
Editore S.p.A. Copyright ©
2006
Legami o
interazioni???
P. Champe, R. Harvey, D. R. Ferrier, LE BASI DELLA BIOCHIMICA,
Zanichelli Editore S.p.A. Copyright © 2006
Le interazioni
idrofobiche
P. Champe, R. Harvey, D. R. Ferrier, LE BASI DELLA BIOCHIMICA,
Zanichelli Editore S.p.A. Copyright © 2006
Formazione di legami
trasversali: il ruolo delle
cisteine
Sequenza primaria dell’insulina bovina
Berg et al., BIOCHIMICA 6/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2007
La condensazione tra due aminoacidi
aminoacidi:: Formazione del
legame peptidico o carbamidico
Si potrebbero produrre catene di lunghezza infinita!
Si definisce:
Dipeptide,….., decapeptide per catene fino a 10 aa o
Dipeptide,…..,
oligopeptide se fino a 11 aa
Polipeptide per catene con un numero di aa > 11
Proteina per catene costituite da più di 50 aa
Berg et al., BIOCHIMICA 6/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2007
La forma TRANS è maggiormente favorita in
quanto le interferenze steriche sono minori
rispetto alla forma CIS
Berg et al., BIOCHIMICA 6/E, Zanichelli editore S.p.A
S.p.A.. Copyright © 2007
La direzionalità
delle sequenze
aminoacidiche
Una catena polipetidica ha uno scheletro con una
struttura ripetitiva e catene laterali variabili
Berg et al., BIOCHIMICA 6/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2007
Il legame peptidico è
planare
il legame CC-N è più breve (1.32 Å)
di un normale legame CC-N (1.46 Å)
e il legame C=O è leggermente
più lungo (1.24 Å) di un normale
doppio legame C=O (1.20 Å). Ciò
significa che il legame peptidico
ha parziali caratteristiche di
doppio legame (oltre il 40%),
mentre il doppio legame C=O si
comporta in parte (40%) come un
legame singolo.
singolo.
Berg et al., BIOCHIMICA 6/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2007
Tutto ciò trova giustificazione nel fenomeno della risonanza del
gruppo peptidico fra due strutture limite:
Le parziali caratteristiche di doppio
legame impediscono la libera rotazione
attorno al legame peptidico, CC-N, che
costituisce così un punto di rigidità
della catena polipeptidica
polipeptidica..
La barriera energetica che si oppone
alla libera rotazione è circa 20
kcal/mole (84 kJ
kJ/mole).
/mole).
Berg et al., BIOCHIMICA 6/E, Zanichelli editore S.p.A
S.p.A.. Copyright © 2007
Rotazione intorno ai legami di un polipeptide
Nonostante la rigidità imposta dal legame peptidico, i piani in
successione che contengono i vari gruppi peptidici sono liberi di ruotare
intorno ai vertici costituiti dai Cα, che rappresentano così una sorta di
"snodo".
Ψ
C -C

N-C
In questo modo, ogni
piano delle unità
peptidiche ha due
rotazioni possibili:
una intorno al legame
Cα-C' (angolo di
rotazione ψ, psi), ed
una intorno al legame
N-Cα (angolo di
rotazione ϕ, phi).
Questo implica che le proteine possono
assumere strutture ripiegate, con rilevanza
termodinamica.
Per motivi di reciproco ingombro sterico dei grossi gruppi laterali R
e affinché sia ottimizzata la stabilizzazione del peptide attraverso
la formazione di legami H intracatena
intracatena,, gli angoli ψ e ϕ possono
assumere solo determinati valori.
valori.
La conformazione della catena polipeptidica è definita da questi
valori.
Riportando in un grafico ψ in funzione del
corrispondente ϕ, si ottiene il cosiddetto
grafico di Ramachandran in cui si
individuano 3 regioni ben definite
corrispondenti alle coppie di valori
consentiti.
Le regioni sono definite β, α e L e
corrispondono rispettivamente a
strutture β, α-eliche destrorse e α-eliche
sinistrorse.
Il grafico di Ramachandran analizza il valore di
eψ
La
rigidità
del
legame
peptidico e il ristretto
numero di angoli ψ e 
possibili, fa sì che la
proteina possa assumere un
unico ripiegamento corretto
corretto::
la conformazione nativa
nativa..
In queste restrizioni non rientrano le sequenze con la glicina che,
avendo limitato ingombro sterico, può assumere angoli “non consentiti”
ad altri amminoacidi.
La glicina può così avere un ruolo importante nella struttura proteica,
potendo far assumere alla catena angolazioni "insolite".
Berg et al., BIOCHIMICA 6/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2007