amminoacidi
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Transcript of amminoacidi
L’alanina è unL’alanina è un - -amminoacido amminoacido
acido 2(S)-ammino propanoicoacido 2(S)-ammino propanoico
C HH2N
COOH
CH3
Gli amminoacidi che si ottengono dall'idrolisi Gli amminoacidi che si ottengono dall'idrolisi delle proteine sono tutti delle proteine sono tutti -amminoacidi -amminoacidi
Gli amminoacidi che si ottengono dall'idrolisi Gli amminoacidi che si ottengono dall'idrolisi delle proteine sono tutti delle proteine sono tutti -amminoacidi -amminoacidi
C HH2N
COOH
R
Gli -amminoacidi naturali appartengonotutti alla serie sterica Lserie sterica L.
(ad eccezione della glicina, che non ha atomi di carbonio asimmetrici)
C HH2N
COOH
R
Allo stato cristallino gli amminoacidi sono nella forma zwitterionica
Allo stato cristallino gli amminoacidi sono nella forma zwitterionica
HC
OO
C HN
HH
R
-
+
Gli amminoacidi naturali differiscono per la struttura della catena laterale
Gli amminoacidi naturali differiscono per la struttura della catena laterale
GruppoGruppofunzionalefunzionale
C HH2N
COOH
R
R apolareR apolare
COO-
C H
R
H3N+
GlyGlyAlaAlaValValLeuLeuIleIleProPro
GlyGlyAlaAlaValValLeuLeuIleIleProPro
GGAAVVLLIIPP
COO-
C H
R
H3N+
SerSerThrThrCysCysMetMetAsnAsnGlnGln
SerSerThrThrCysCysMetMetAsnAsnGlnGln
R polare non caricaR polare non carica
SSTTCCMMNNQQ
CH2
CH2
COO-
COO-
C HH3N+
Ac. glutammicoAc. glutammicoAc. glutammicoAc. glutammico GluGluGluGlu EEEE
COO-
C H
R
H3N+
LysLysHisHisArgArg
LysLysHisHisArgArg
R carica positivamenteR carica positivamente
KKHHRR
Alcuni amminoacidiAlcuni amminoacidisono essenzialisono essenziali
““o indispensabili”o indispensabili”
glicina [G][G](Gly)
H
COO-
C HH3N+
alanina [A][A](Ala)
CH3
COO-
C HH3N+
isoleucina [I][I](Ile)
C CH3
CH3
CH2
H
COO-
C HH3N+
leucina [L][L](Leu)
CH2
COO-
C HH3N+
CHCH3H3C
valina [V][V](Val)
COO-
C HH3N+
CHCH3H3C
prolina [P][P](Pro)
H HN
CH COO-
CH2
H2C
H2C
+
indispensabiliindispensabili
serina [S][S](Ser)
CH2OH
COO-
C HH3N+
C
CH3
H OH
Treonina [T[T ]](Thr)
COO-
C HH3N+
cisteina [C][C](Cys)
SHCH2
COO-
C HH3N+
Metionina [M][M](Met)
CH2
S
CH3
CH2
COO-
C HH3N+
CH2
(Q)lutammina [Q][Q](Gln)
COO-
C HH3N+
C
CH2
OH2NasparagiNa [N][N](Asn)
COO-
C HH3N+
C
CH2
OH2N
indispensabiliindispensabili
Attenzione!!!:Attenzione!!!: la corruzione del nome di alcuni AA è solo un trucco mnemonico utile a ricordarne i simboli
Tripto(W)fano [W][W](Trp)
tYrosina [Y][Y](Tyr)
Fenilalanina [F][F](Phe)
COO-
C HH3N+
N
H
CH2
COO-
C HH3N+
CH2
OH
COO-
C HH3N+
CH2
indispensabiliindispensabiliAttenzione!!!:Attenzione!!!: la corruzione del nome di alcuni AA è solo un trucco mnemonico utile a ricordarne i simboli
acido aspar(D)ico [D][D](Asp)
CH2
COO-
COO-
C HH3N+
acido glu(E)tammico [E][E](Glu)
CH2
CH2
COO-
COO-
C HH3N+
Attenzione!!!:Attenzione!!!: la corruzione del nome di alcuni AA è solo un trucco mnemonico utile a ricordarne i simboli
(K)lisina [K][K](Lys)
(H)istidina [H][H](His)
CH2
CH2
CH2
CH2
NH3+
COO-
C HH3N+
aRginina [R][R](Arg)
CH2
CH2
CH2
NH
C
NH2
NH2
+
COO-
C HH3N+
COO-
C HH3N+
H
N
N
CH2H +
Tutti indispensabiliTutti indispensabiliAttenzione!!!:Attenzione!!!: la corruzione del nome di alcuni AA è solo un trucco mnemonico utile a ricordarne i simboli
+
PLP
COH
H
+N
CH2OPO3H2HO
H3C
COOH
C HR
NH2
-amminoacido
aldimmina
HC
COOH
C HR
N
+N
CH2OPO3H2HO
H3C
H
- H2O
+ H2O
+ H2O
- H2O
-chetoacido
chetimmina
H
HC
+N
CH2OPO3H2HO
H3C
COOH
C
H
R
N
COOH
C
R
O
+
H
CH2
+N
CH2OPO3H2HO
H3C
NH2
piridossammina-fosfato
-amminoacido1 + -chetoacido2
-chetoacido1 + -amminoacido2
TransamminasiPLP-dipendenteTransamminasiPLP-dipendente
ninidrina
C
C
O
O
OH
OH C
C
O
O
OH
OH
ninidrina
COOH
C H
R
H2N
amminoacido
pigmento violaceo
N
O
O OH
C
C
O
C
C
CO2R C
O
H3 H2O
riduzione (+2H)ossidazione (-2H)
cistina
SH
CH2
COO-
C HH3N+
SH
CH2
COO-
C HH3N+
S
COO-
C HH3N+
SH2C
COO-
C HH3N+
CH2
cisteina
Allo stato cristallino gli amminoacidi sono Allo stato cristallino gli amminoacidi sono nella forma zwitterionica (anfionica)nella forma zwitterionica (anfionica)
Allo stato cristallino gli amminoacidi sono Allo stato cristallino gli amminoacidi sono nella forma zwitterionica (anfionica)nella forma zwitterionica (anfionica)
HC
OO
C HN
HH
R
-
+
gli amminoacidi sono anfolitigli amminoacidi sono anfoliti
CO
OC
NH3
H
R H2O CO
OHC
NH3
H
R
OH-
CO
OC
NH2
H
R
H3O+
forma anionicaforma anionica forma anfionicaforma anfionica forma cationicaforma cationica
CO OH
C HH3N
R
CO O
C HH3N
R
H3O+ H2OH2O H3O+
CO O
C HH2N
R
Gli amminoacidi*Gli amminoacidi*Gli amminoacidi*Gli amminoacidi* possono essere considerati acidi diproticipossono essere considerati acidi diproticipossono essere considerati acidi diproticipossono essere considerati acidi diprotici
*monocarbossilici e monoamminici*monocarbossilici e monoamminici
Ciascuno dei due equilibri comporta la possibilità che l’amminoacido Ciascuno dei due equilibri comporta la possibilità che l’amminoacido funzioni da tamponefunzioni da tamponeCiascuno dei due equilibri comporta la possibilità che l’amminoacido Ciascuno dei due equilibri comporta la possibilità che l’amminoacido funzioni da tamponefunzioni da tampone
Il pKaIl pKa11 degli amminoacidi è influenzato dal gruppo amminico degli amminoacidi è influenzato dal gruppo amminicoIl pKaIl pKa11 degli amminoacidi è influenzato dal gruppo amminico degli amminoacidi è influenzato dal gruppo amminico
pKa1 = 2.34pKa1 = 2.34glicina (ac. amminoacetico)glicina (ac. amminoacetico)
CO OH
C HH3N
H
CO O
C HH3N
H
H3O+H2O H2O H3O+
CO O
C HH2N
R
pKa = 4.75pKa = 4.75acido aceticoacido acetico
CO OH
C HH
H
CO O
C HH
H
H3O+H2O
0.50.5 11 1.51.5 22
OHOH-- (equivalenti)(equivalenti)
pKpKa1 a1 = 2.34= 2.34
pKpK2 2 = 9.60= 9.60
PuntoPuntoisoelettricoisoelettrico
PuntoPuntoisoelettricoisoelettrico
COOH
C HH3N
H
+
00
77
1212
pH
H2O
Ka1
COO-
C HH3N
H
+
OHOH--
Ka2
COO-
C HH2N
HHH22OOOHOH--
+ NaOH+ NaOH
+ NaOH+ NaOH
Al punto isoelettrico Al punto isoelettrico [AH[AH2 2 ]] = [A = [A--]]Al punto isoelettrico Al punto isoelettrico [AH[AH2 2 ]] = [A = [A--]]+
AHAH22++ A-AH
=
CO OH
C HH3N
H
CO O
C HH3N
H
H3O+H2O H2O H3O+
CO O
C HH2N
R
Ka1 =[AH] [H+]
[AH2+]
.
Ka2 =[A-] [H+]
[AH]
.
AH2+ AH + H +
Ka1
A-AH + H +Ka2
Per calcolare a quale valore di pH si abbia il punto isoelettricodell’amminoacido si può ricorrere ad un “artificio matematico”
K1=[AH] [H+]
[AH2+]
.K2=
[A- ] [H+][AH]
.
K1·K2 =[AH] [H+]
[AH2+]
.· [A- ] [H+]
[AH]
.
Dal prodotto delle due equazioni si ottiene la seguente :
Elidendo i termini che compaiono sia al numeratore che al denominatore ...Elidendo i termini che compaiono sia al numeratore che al denominatore ...
K1·K2 =[AH] [H+]
[AH2+]
.· [A- ] [H+]
[AH]
.
=[AH2+] [A-]
[H3O+]2 = K1 · K2deriva che :
pK1 + pK2pI =2
E considerando che al punto isoelettrico
E quindi: E quindi:
R non polare
R aromatico
R polare non carico
R negativo
R positivo
glicina 2.34 9.60alanina 2.34 9.69valina 2.32 9.62leucina 2.36 9.60isoleucina 2.36 9.68prolina 1.99 10.96fenilalanina 1.83 9.13tirosina 2.2 9.11 10.07triptofano 2.38 9.39serina 2.21 9.15 13.6treonina 2.11 9.62 13.6cisteina 1.96 8.18 10.28metionina 2.28 9.21asparagina 2.02 8.80glutammina 2.17 9.13aspartato 1.88 9.60 3.65glutammato 2.19 9.67 4.25lisina 2.18 8.95 10.53arginina 2.17 9.04 12.48istidina 1.82 9.17 6.0
pK1 pK2 pKR
Gli amminoacidi si legano contraendolegami peptidici
Gli amminoacidi si legano contraendolegami peptidici
R
CN
H
CO
OH
H
H
R
CN
H
CO
OHH
H
R
CN
H
COH
H
H OH
OC
H
N C
R
R
CN
H
COH
H
H OH
OC
H
N C
R
R
CN
H
CH
H
H OH
OC
H
N C
RO
Mesomeria delMesomeria delgruppo funzionalegruppo funzionalepeptidicopeptidico
Planarità delPlanarità delgruppo funzionalegruppo funzionalepeptidicopeptidico
C
CH2OH
H3N
H
C
O
N
H
C
H
H
C
O
N
H
C
CH2
H
COOH
C
O
N
H
C
CH3
H
C
O
N
H
C
H
CH2
CHH3C CH3
COO-
seril-glicil-aspartil-alanil-leucina
SS GG DD AA LL
amminoacido N-terminaleamminoacido N-terminaleamminoacido C-terminaleamminoacido C-terminale
SGDAL
2,4-dinitro-fluorobenzene
identificazione dell'amminoacido N-terminale
F
NO2
NO2
NH
HC H
R
CO N
H
C
R
H
CO N
H
NO2
NO2
NH
C H
R
CO N
H
C
R
H
CO N
H
+ HF
NO2
NO2
NH
C H
R
CO N
H
C
R
H
CO N
H
NO2
NO2
NH
C H
R
CO OH
idrolisiidrolisi
dinitrofenil-peptide
dinitrofenil-AA
+ gli altri AA+ gli altri AA
SGDAL
GDAL / GDLA / GADL / GALD / GLDA / GLADDALG / DAGL / DGAL / DGLA / DLAG / DLGA ADLG / ADGL / AGLD / AGDL / ALGD / ALDG LDAG / LDGA / LGDA / LGAD / LAGD / LADG
24 combinazioni24 combinazionipossibili degli possibili degli altri 4 AA altri 4 AA (n!)(n!)
C
CH2OH
H3N
H
C
O
N
H
C
H
H
C
O
N
H
C
CH2
H
COOH
C
O
N
H
C
CH3
H
C
O
N
H
C
H
CH2
CHH3C CH3
COO-
SS GG DD AA LL
Determinazione della sequenza mediante Determinazione della sequenza mediante ““degradazione di Edman”degradazione di Edman”
N C S H2N C
R1
H
C
O
N
H
C
R2
H
C
O
N
H
C
R3
H
C
O
N
H
C
R1
H
C
O
N
H
C
R2
H
C
O
N
H
C
R3
H
C
O
N
H
N
H
H
C
S
N
N
H
C
R2
H
C
O
N
H
C
R3
H
C
O
N
H
H
H
C
S
N
N HC
RH
CO
idrolisiidrolisiidrolisiidrolisi
oligopeptide di n-1 AAoligopeptide di n-1 AA(pronto per il ciclo successivo)(pronto per il ciclo successivo)
fenilisotiocianato
Nei polipeptidi, oltre al legame peptidico, esistono anche altre interazioni fra amminoacidi.
Queste interazioni danno origine a strutture superiori
-SCALIQAFTYKESENQPCTGWDFSIMDFIFESGDAL
C
CH2OH
H
C
O
N
H
C
H
H
C
O
N
H
C
CH2
H
COOH
C
O
N
H
C
CH3
H
C
O
N
H
C
H
CH2
CHH3C CH3
COO-N
H
C
O
C
CH2
CH2
COOH
H
N
H
C
O
C
CH2
H
N
H
C
O
Ogni polipeptide allo stato nativo ha uno Ogni polipeptide allo stato nativo ha uno specifico specifico foldingfolding, che è determinato dalla sua , che è determinato dalla sua struttura primariastruttura primaria
Le quattro interazioni deboli implicate nel folding Le quattro interazioni deboli implicate nel folding di un polipeptide in ambiente acquosodi un polipeptide in ambiente acquoso
Legame HLegame H
Interazione idrofobicaInterazione idrofobica
Forze di van der WaalsForze di van der Waals
fra catene lateralifra catene laterali
fra gruppi amidici fra gruppi amidici 3-73-7 kcal/mole kcal/mole
1-21-2 kcal/mole kcal/mole
< 1 < 1 kcal/molekcal/mole
Legame ionicoLegame ionicoattrazioneattrazione
repulsionerepulsione≈≈1010 kcal/mole kcal/mole
La ribonucleasi batterica barnasi, un piccolo polipeptide di 110 aminoacidi e 12.4 kDa di massa molecolare, è un buon modello per descrivere il folding di un polipeptide
Forze implicate nel folding della barnasi
Phe7 Val10Ala11 Leu14Leu20 Tyr24Ala74 Ile76Ile88 Tyr90Trp94 Ile96Ile109
Effetto idrofobicoEffetto idrofobico
Forze implicate nel folding della barnasi Core Core idrofobico della barnasiidrofobico della barnasi
Phe56 Leu63Trp71 Leu89Tyr97 Tyr103Phe106
Forze implicate nel folding della barnasi Legami idrogenoLegami idrogeno
Barnase – helix I
Phe7-Asp-Gly-Val-Ala-Asp-Tyr-Leu-Gln-Thr-Tyr-His18
Amphipathic
Forze implicate nel folding della barnasi Interazioni elettrostaticheInterazioni elettrostatiche
Arg69
Asp93
Rompendo questo legame ionico la proteina diventa unfolded
• Planarità e isomeria cis/transPlanarità e isomeria cis/trans
• Angoli diedri di torsione intorno ai legami Angoli diedri di torsione intorno ai legami e e
Conseguenze della mesomeria del gruppo funzionale peptidico
Queste torsioni sono limitate dall’ingombro sterico Queste torsioni sono limitate dall’ingombro sterico (e da interazioni elettrostatiche). (e da interazioni elettrostatiche). La piccola catena laterale della alanina impedisce le modificazioni conformazionali molto meno di quella, “più ingombrante”, del triptofano.La glicina gode della massima libertà conformazionale mentre la prolina, per la struttura ciclica in cui è compreso l’azoto del gruppo funzionale, ha una libertà di modificazioni conformazionali fortemente limitata.
R R
Il paradosso di LevinthalPer un polipeptide di 101 amminoacidi : 8100 = 2x1090 conformazioni possibili.Con una frequenza di modificazione conformazionale = 1013 s-1 (diecimila milardi di volte al secondo) al polipeptide occorrerebbero poco meno di 1070 anni per assumere tutte le conformazioni possibili
Ogni polipeptide allo stato nativo ha uno Ogni polipeptide allo stato nativo ha uno specifico specifico foldingfolding, che è determinato dalla sua , che è determinato dalla sua struttura primariastruttura primaria
Ogni polipeptide allo stato nativo ha uno Ogni polipeptide allo stato nativo ha uno specifico specifico foldingfolding, che è determinato dalla sua , che è determinato dalla sua struttura primariastruttura primaria
Legame H dellastruttura secondaria
Legame H dellastruttura secondaria
C O
N
R
C
H
H N
C O
C
H
N
H
C C
--sheet antiparallelosheet antiparallelo --sheet parallelosheet parallelo
Struttura secondaria a “foglietto pieghettato”
STRUTTURA CARATTERISTICHE ESEMPI
-elica con cross-linking di cistina
0,54 nm/giro dell’elica0,54 nm/giro dell’elica3,6 residui AA/ giro dell’elica3,6 residui AA/ giro dell’elicaCatene laterali rivolte all’esternoCatene laterali rivolte all’esterno
-cheratina (peli, unghie, piume)durezza e rigiditàdurezza e rigidità (variabili)
-sheet distanza fra i residui:distanza fra i residui:0,65-0,70 nm o 0,34 nm0,65-0,70 nm o 0,34 nmCatene laterali alternativamente Catene laterali alternativamente sopra e sotto il pianosopra e sotto il piano
Fibroina della setaFilamenti flessibiliFilamenti flessibili
Tripla elica del collageno
Coiled-coils determinati da legami non-covalenti (talora anche da ponti disolfuro)
Collagene dei tendini, proteine della matrice osseaAlta resistenza alla tensioneAlta resistenza alla tensione
Effetti della struttura secondaria sulle caratteristiche dei polipeptidi
Si definiscono legami della struttura terziaria tutti i legami che si stabiliscono fra catene laterali di amminoacidi costituenti la stessa catena polipeptidica
R non polare
R aromatico
R polare non carico
R negativo
R positivo
prolinaprolinaglicinaglicinaalaninaalaninaleucina leucina valinavalinaisoleucinaisoleucinatirosinatirosinatriptofanotriptofanofenilalaninafenilalaninaasparaginaasparaginaglutamminaglutamminaserinaserinatreoninatreoninametioninametioninacisteinacisteinaaspartatoaspartatoglutammatoglutammatoarginina arginina lisinalisinaistidinaistidina
- 1.6- 1.6- 0.4- 0.4 1.81.8 3.83.84.24.24.54.5
- 1.3- 1.3- 0.9- 0.9
2.82.8- 3.5- 3.5- 3.5 - 3.5 - 0.8- 0.8- 0.7- 0.7 1.9 1.9 2.5 2.5
- 3.5- 3.5- 3.5- 3.5- 4.5 - 4.5 - 3.9- 3.9- 3.2- 3.2
indice idropatico
La soluzione proteica viene risolta nelle sue La soluzione proteica viene risolta nelle sue componenti mediante focalizzazione isoelettrica su componenti mediante focalizzazione isoelettrica su
un gradiente di pH immobilizzato un gradiente di pH immobilizzato
pH 3 pH 10
++ --proteine acideproteine acide proteine basicheproteine basiche
Ogni proteina migra nel campo elettrico fino a raggiungere la zona Ogni proteina migra nel campo elettrico fino a raggiungere la zona il cui pH (immobilizzato) corrisponde al suo punto isoelettricoil cui pH (immobilizzato) corrisponde al suo punto isoelettrico
gradiente di pH immobilizzatogradiente di pH immobilizzato
SDS – 2D PAGE
Mr (kD)Mr (kD)
1010
2020
3030
4040
44 55 66 77 88pIpI
5050
100100
Ad ogni proteina (spot) corrisponde uno specifico valore di MrMr e di pIpI
Una procedura semplice per l’analisi proteomicaUna procedura semplice per l’analisi proteomica
coltura coltura cellularecellulareo tessutoo tessuto
estratto proteico estratto proteico elettroforesi
bidimensionale
““spot picking”spot picking”
digestionedigestionetripticatriptica
ricerca in banca-datiricerca in banca-dati
Spettrometria di massaSpettrometria di massaidentificazioneidentificazione