PROTEINEdal greco proteios primario

Strutture molecolari più

rilevanti sia dal punto di vista

funzionalefunzionalefunzionalefunzionale che quantitativoquantitativoquantitativoquantitativo

degli esseri viventi costituendo

circa il 15151515 %%%% delladelladelladella massamassamassamassa totale.

FUNZIONI

� Catalisi enzimatica� Trasporto (emoglobina, albumina, lipoproteine, proteine di

membrana)� Protezione (immunoglobuline)� Coagulazione (fribinogeno)� Contrazione (actina, miosina)� Ormonale (insulina, glucagone, vasopressina, testosterone)� Trasmissione impulsi nervosi (acetilcolina, noradrenalina)� Strutturale (collagene, elastina, cheratina..)� Regolazione dell’espressione genica (induttori, repressori)� Organizzazione del DNA nei cromosomi (nucleoproteine)

Aminoacidi

OLIGOPEPTIDI

POLIPEPTIDI

PROTEINE

< 30 aa

+ 30 aa

+ 100 aa

STRUTTURA

Composti organici costituiti da sequenze di aminoacidi

AMINOACIDI

unità strutturali delle proteine

+ NH3 - C - COO -

gruppo

aminico gruppo carbossilico

RI

I

H

caratteristico di ogni a.a.

AMINOACIDI PROTEICI

sono circa una ventina, ma legandosi in un elevatonumero di combinazioni riescono a formare l’enormevarietà di proteine esistenti

AMINOACIDI NON PROTEICI

Non si trovano mai nella composizione delle proteine.Sono composti intermedi di reazioni metaboliche(es. ornitina dal ciclo dell’urea; omocisteina da cuideriva la metionina, etc…)

AMINOACIDI PROTEICI

Gli aminoacidi possono essere classificati in base alla loro carica elettrica e all’affinità per l’acqua della loro catena laterale.

Avremo cosi aminoacidi:

- con carica positiva- con carica negativa- neutri polari (senza carica e idrofilici)- neutri apolari (senza carica e idrofobici)

AMINOACIDI PROTEICI

Neutri apolari Neutri polari Basici(carica-) Acidi(carica+)

Alanina

Valina

Leucina

Isoleucina

Metionina

Fenilalanina

Triptofano

Glicina

Serina

Treonina

Cisteina

Asparagina

Glutamina

Tirosina

Lisina

Arginina

Istidina

Aspartato

Glutammato

* aminoacidi essenziali

* aminoacidi semiessenziali (fanno risparmiare Metionina e Fenilalanina)

* aminoacidi condizionatamente essenziali (in condizioni fisiologiche particolari quando non sono sintetizzati a velocità sufficiente; substrato energetico di macrofagi e linfociti responsabili delle difese immunitarie)

Valina, Leucina, Isoleucina: a.a. ramificati; substrato energetico a livello muscolare con risparmio delle scorte di glicogeno

� ingombro sterico dei gruppi R� affinità tra i gruppi polari ed apolari� attrazione tra gruppi acidi e basici

modellano la conformazione delle

proteine nello spazio dalle quali

dipende in modo essenziale

l’attività biologica delle proteine

stesse

Il legame chimico che unisce 2 aminoacidi (monomeri) a formare un polimero (oligopeptide, polipeptide o proteina) è detto legame peptidico e si instaura tra il gruppo aminico ( -NH3

+ ) di un aa ed il gruppo carbossilico(- COO-) di un altro aa, con liberazione di una molecola d’acqua.

Le reazioni che producono legami covalenti tra monomeri e che liberano una molecola d’acqua per ogni legame covalente formato vengono chiamate reazioni di condensazione.

Una singola catena di aa è chiamata polipeptide (oligopeptide se composta da meno di 30 aa). Ogni polipeptide ha un gruppo aminico libero (estremità N-terminale) e un gruppo carbossilico libero all’altra (estremità C-terminale).

LEGAME PEPTIDICO

+ NH3 – CHR1 – COO -

+NH3 – CHR2 – COO -

+NH3 – CHR1 – C – N – CHR2 – COO -

OII

IH

H2OLegame peptidico

STRUTTURA DELLE PROTEINELa maggior parte delle proteine è costituita da più di una catena polipeptidica.

Anche se una proteina potrebbe assumere un grande numero di forme diverse, dette conformazioni, la maggior parte delle catene peptidiche si ripiega in una determinata, (la sua unica) conformazione detta nativa.

Uno degli elementi che più incidono sulle modalità di ripiegamento di una proteina è la distribuzione delle catene laterali polari e non polari.

Le catene laterali idrofobe tendono a rimanere all’interno della proteina, in modo da evitare il contatto con l’ambiente acquoso, mentre le catene polari (idrofiliche) stanno all’esterno, dove reagiscono con altri gruppi polari o con l’acqua.

STRUTTURA DELLE PROTEINENella struttura delle proteine sono individuabili 4 livelli di organizzazione.

1. Struttura primaria : sequenza lineare di aminoacidi

Ripiegamento delle catene 1ie in strutture regolari (α-elica o foglietto β) a dare una configurazione tridimensionale necessaria per lo svolgimento dell’attività biologica della proteina stessa

2. Struttura secondaria

conformazione a spiraleα - elica

conformazione βfoglietto pieghettato

legami idrogeno

3. Struttura terziaria

Ulteriore ripiegamento ed avvolgimento della catenapolipeptidica 2ia (mantenuto da interazioni elettrostatiche,idrofobiche e legami ad idrogeno) in una conformazionepiù stabile e compatta detta dominio.

Proteine fibrose(strutturali)

collagene: tendini resistenza alla

tensione

elastina: vene, arterie e polmoni estensione e deformazione senza

danni per i tessuti

Proteine globulari(regolatorie)

albumine (trasporto acidi grassi)

α-globuline (protrombina, VLDL,LDL)β-globuline (transferrina, HDL)

γ-globuline (immunoglobuline)

istoni (organizzazione del DNA)

4. Struttura quaternaria

diverse catene polipeptidiche in str. 3ia tenute insieme da forze elettrostatiche si associano a formare una singola proteina

Emoglobina

4 subunità proteicheognuna associata adun gruppo EME (anelloal cui interno c’è loione ferroso che legal’ossigeno)

PROTEINE CONIUGATE

Quando la proteina è associata ad altre molecole organiche o gruppi chimici

� Glicoproteine (responsabili del riconoscimentoantigenico e dei rapporti intercellulari, ormoni ipofisari,globuline)

� Lipoproteine (VLDL, LDL, HDL)

� Fosfoproteine (dentina e caseina)

� Cromoproteine (mioglobina, emoglobina)

FUNZIONE ENZIMATICA

DELLE PROTEINE

� Gli enzimi catalitici sono proteine in grado di accelerare lavelocità di una reazione senza alterarne l’equilibrio, senza entrare afar parte dei prodotti della reazione stessa e senza risultare alterateal termine del processo.

� Viene chiamato substrato la sostanza che subisce una trasformazione durante la reazione catalizzata dall’enzima

� L’enzima possiede un sito di legame che riconosce e lega ilsubstrato e un sito catalitico che lo catalizza.

� Il legame enzima-substrato può avvenire secondo 2 modalità:

• chiave-serratura : enzima e substrato risultano esserecomplementari per forma e carica elettrica

• adesione indotta : il substrato induce l’enzima ad un cambioconformazionale che renda possibile il legame e la conseguentereazione catalitica

substrato

sito attivo

prodottiL’enzima cambia conformazione man mano che

il substrato si lega

Ingresso del substrato nel sito attivo dell’enzima

Complesso enzima-substrato

Complesso enzima-prodotti

Uscita dei prodotti dal sito attivo dell’enzima

� L’attività catalitica degli enzimi non è costante né riguardo ilnumero né riguardo il tipo di reazioni che avvengono, ma vieneregolata in base alle necessità metaboliche della cellula.

� Gli enzimi spesso contengono piccole molecole strettamentelegate dette coenzimi, cofattori enzimatici di natura organica, cheaiutano gli enzimi ad esplicitare la loro attività catalitica.

� La maggior parte degli enzimi ha suffisso in – asi (ligasi, liasi, etc)e derivano dal nome della sostanza su cui agisce l’enzima(substrato) e dal nome della reazione che catalizza (es. malicodeidrogenasi).

� Spesso un enzima che catalizza una reazione viene inibito o attivato dal prodotto ultimo della reazione mediante un meccanismo di feed-back (retroazione) negativo o positivo.

L’inibitore compete con il substrato

L’enzima lega l’inibitore

inibitore

enzima

Inibizione competitiva

ACIDI NUCLEICI

Macromolecole di grande complessità chiamate cosìperché sono collocate nel nucleo delle cellule.L’unità di base è il NUCLEOTIDE

radicale fosforico

zucchero pentosoribosio o

desossiribosio

A adenina

G guanina

C citosina

T timina

U uracile

DNAZucchero: desossiribosio Gruppo fosfatoBasi: adenina

guaninacitosinatimina

RNA

Zucchero: ribosio Gruppo fosfatoBasi: adenina

guaninacitosinauracile

Basi azotateSono suddivise in due gruppi a seconda della loro struttura:

PURINE PIRIMIDINE

Costituite da due anelli appaiatiA = adeninaG = guanina

Costituite da un solo anelloC = citosinaT = timina (solo nel DNA)U = uracile (solo nel RNA)

Nucleoside = base azotata + zucchero pentosoNucleotide = base azotata + zucchero pentoso + gr. fosfato

MODEDLLO A DOPPIA ELICA

2 filamenti nucleotidici paralleli

Il collegamento avviene tra le basicomplementari dei due filamentiche si abbinano a coppie esclusive

A T C G

DNAacido desossiribonucleico

� Trasmissione dell’informazione genetica

� Non esce mai dal nucleo

RNAacido ribonucleico

� Trasporta fuori dal nucleo le informazioni genetiche dopo averle ricopiate dal DNA

� È responsabile della sintesi delle proteine

MODEDLLO A SINGOLA ELICA

1 solo filamento di nucleotidi

RNAacido ribonucleico

RNA messaggeromRNA

RNA di trasportotRNA

RNA ribosomialerRNA

singolo filamento complementare di DNA

trasferisce fuori dal nucleo le informazioni

genetichetrasporta gli

aminoacidi nella sintesi proteica

insieme a proteine costituisce i ribosomi

dove avviene la sintesi proteica

ATPadenosin trifosfato

NADPnicotinamide-adenindinucleotide

fosfato

FADflavin-adenin-dinucleotide

accumulatore di energiatrasporto di ioni H +

trasporto di ioni H +

I nucleotidi, sono altresì molecole in grado di fornire energia a tutte quelle reazioni di sintesi che lo richiedono (sintesi delle proteine, degli ac.nucleici, dei polisaccaridi, etc…) perciò entrano nella composizione anche di…

VITAMINEComposti organici eterogenei

� necessari in dose minime, ma indispensabili per lasopravvivenza delle cellule

� no valore energetico� ottenibili attraverso una dieta equilibrata� bioregolatori (cofattori enzimatici)� fattori di crescita (A, D)� strutture nervose (B, PP)� resistenza ad infezioni e radicali liberi (A, C, E)� protezione della pelle� prevenzione da tumori� suddivise in 2 gruppi a seconda della solubilità in acqua o

nei grassi

IDROSOLUBILILIPOSOLUBILI

VITAMINE LIPOSOLUBILI

VIT. PRINCIPALIFUNZIONI

SINTOMI DA CARENZA

PRINCIPALIFONTI ALIMENTARI

Interviene nel meccanismo della visione, favorisce il mantenimento degli epiteli, immunostimolante, protegge dal cancro

Anemia, diarrea, cecità notturna, depressione del sistema immunitario,lesioni oculari

Fegato, uova, burro, spinaci ed altri vegetali a foglie verde scuro, broccoli, meloni, albicocche, carote ed altri frutti color arancio

Mineralizzazione delle ossa e corretta utilizzazione del calcio e del fosforo

Rachitismo nel bambino e fragilità ossea nell’adulto

Fegato, uova, pesce azzurro(sardine).Proviene anche dalla sintesi endogena del colesterolo

Antiossidante, blocca la formazione dei radicali liberi, protegge le membrane cellulari

Anemia, debolezza, crampi

Olii vegetali non raffinati, germe di grano, semi, noci, vegetali a foglia verde

Interviene nel meccanismo della coagulazione del sangue, antiemorragica

Emorragie o ritardato tempo di coagulazione

Broccoli, cavoli, vegetali a foglia verde, fegato.Viene anche sintetizzata dai batteri del tratto intestinale.

Are

tinolo

D

erg

oca

lci-

fero

lo

E

toco

fero

lo

K

VITAMINE IDROSULUBILI

VIT. PRINCIPALIFUNZIONI

SINTOMI DA CARENZA

PRINCIPALIFONTI ALIMENTARI

Cofattore nel metabolismo energetico dei carboidrati, stimola l’appetito e le funzioni del sistema nervoso

Problemi cardiaci, inappetenza, debolezza, insonnia, irritabilità degenerazione del sistema nervoso

Presente in moltissimi alimenti, soprattutto cereali integrali, legumi, maiale, noci

È in molteplici reazioni metaboliche, aiuta la visione e la pelle

Lingua magenta, ferite agli angoli della bocca, arrossamento degli occhi

Latte e derivati, carne, cereali integrali, vegetali verdi

Coenzima nella respirazione cellulare(componente del NADP), aiuta la pelle e i sistemi digerente e nervoso

Diarrea, debolezza, alterazioni mentali fino al delirio, glossite, pellagra

Olatte, carne, uova,pesce, cereali integrali,frutta secca ed altri alimenti proteici

Costituisce il coenzima A utilizzato nel metabolismo energetico

Insonnia, vomito, disturbi intestinali

Largamente diffuso negli alimenti

Ha un ruolo essenziale nella regolazione del metabolismo delle proteine e dei grassi ed è la più importante per il sistema immunitario, regolazione dell’umore.

Anemia, glossite, irritabilità, convulsioni, deterioramento dell’immunità umorale e cellulo-mediata

Cereali integrali, vegetali verdi, legumi, carne, pesce

B1

tiam

ina

B2

ribofla

vina

B3/P

Pnia

cina

B6

pirid

oss

ina

B5

aci

do

panto

tenic

o

VITAMINE IDROSULUBILI

VIT. PRINCIPALIFUNZIONI

SINTOMI DA CARENZA

PRINCIPALIFONTI ALIMENTARI

Ha un ruolo importante nella formazione dell’emoglobina ed azione stimolante sul sistema immunitario

Disturbi intestinali, depressione del sistema immunitario, anemia megaloblastica, confusione mentale, spina bifida nel feto

Vegetali a foglia verde, legumi, semi, fegato

Fa parte di un coenzima utilizzato nella sintesi di nuove cellule. Interviene nella formazione dei globuli rossi.

Anemia, glossite, affaticamento, degenerazione del sistema nervoso, depressione

Alimenti di origine animale: carne, pesce, latte, formaggi, uova

Fa parte di un coenzima utilizzato nel metabolismo dei grassi e dei carboidrati e coinvolto nella sintesi degli aminoacidi

Inappetenza, nausea, depressione, debolezza,perdita di capelli,dermatiti, anomala attività cardiaca

Largamente diffusa negli alimenti, in modo particolare in: legumi, uova, fegato, funghi, cacao, mandorle.

Antiossidante, interviene nelle sintesi del collagene e della tiroxina, aumenta la resistenza alle infezioni, aiuta l’assorbimento del ferro, contrasta lo stress.

Frequenti infezioni, anemia, gengive sanguinanti, depressione, fragilità capillare e ossea, scorbuto

Agrumi, broccoli, cavoli, melone, fragole, kiwi, pomodori, papaia, mango, peperoni, patate, lattuga.

B9

aci

do folic

o

Hbio

tina

Caci

do a

scorb

ico

B12

cobala

min

a