prof. S. Sorrentino

Proteine parte 1b

legami legami idrogeno idrogeno

legami ionicilegami ionici

ponti disolfuriciponti disolfurici

interazioni interazioni idrofobiche idrofobiche

forze di Van forze di Van der Waalsder Waals

I ripiegamenti della catena fanno sì che le catene laterali R dei residui amminoacidici possano interagire fra loro formando legami (deboli o forti) che contribuiscono a stabilizzare la conformazione 3D della proteina.

Struttura terziaria delle proteine

La struttura terziaria dipende dalla struttura primaria.

( )4 4

Oltre al legame peptidico, un altro tipo di legame covalente fra gli amminoacidi presenti nei peptidi e nelle proteine è il legame disolfuro che collega due unità di cisteina.

CISTEINA CISTINA

[O]

[Rid]

PONTI DISOLFURICI

Comprendere il processo di FOLDING delle proteine, ovvero il meccanismo di ripiegamento grazie al quale queste molecole raggiungono la conformazione più stabile termodinamicamente e biologicamente attiva.

ΔG = ΔH - TΔS

Il “folding” di una proteina è il risultato di grandi variazioni entalpiche ed entropiche

- 0 +

La struttura terziaria di una proteina rappresenta la struttura più stabile (a più bassa energia) per quella particolare sequenza primaria.

DenaturazioneDenaturazioneSe sottoponiamo una proteina a valori di pH o temperatura molto diversi da quelli normali, la proteina perde la conformazione nativa e perde la sua funzione.

Così è stato dimostrato che una proteina possiede nella possiede nella struttura primaria le istruzionistruttura primaria le istruzioni che deve seguire per ripiegarsi nella sua struttura tridimensionale finale.

la sequenza determina la struttura, che determina la funzione

Le Proteine “conoscono” il loro ruolo e “sanno” come organizzare la loro architettura molecolare. L’informazione è contenuta nella sequenza degli amminoacidi che è stabilita dal tratto di DNA (gene) il quale contiene il “progetto” di ogni specifica proteina.

Molte malattie sono dovute al difettoso ripiegamento (FOLDING) di una proteina

A. Alcune patologie derivano da proteine che non sono in

grado di raggiungere la loro struttura funzionale e che

tendono a formare grossi aggregati (fibrille o forme

amiloidi): Alzheimer, encefalopatia spongiforme.

B. In altri casi mutazioni del gene generano proteine

incomplete che non sono più in grado di svolgere la loro

funzione perché incapaci di legare i loro substrati: fibrosi

cistica, distrofia muscolare

L'encefalopatia spongiformeL'encefalopatia spongiforme bovinabovina (Bse) è una malattia (Bse) è una malattia neurologica degenerativa che neurologica degenerativa che colpisce i bovini colpisce i bovini

E’ causata dall’alterazione di una E’ causata dall’alterazione di una proteina, il proteina, il PrPriioneone..PrPr = proteica ; = proteica ; ii = infettiva ; = infettiva ; oneone = particella = particella

Si trova in tutti gli organi, Si trova in tutti gli organi, principalmente sulla membrana principalmente sulla membrana dei neuronidei neuroni

Il prioneIl prione 1984 Stanley Prusiner1984 Stanley Prusiner

Per anni il prione è stato Per anni il prione è stato considerato erroneamente un virusconsiderato erroneamente un virus

Il suo ruolo è quello di Il suo ruolo è quello di coadiuvare la coadiuvare la trasmissione dei segnali trasmissione dei segnali tra le cellule nervosetra le cellule nervose

Quando viene raggiunta una concentrazione sufficiente di proteine PrPSc, queste si aggregano a formare un lungo filamento che gradualmente danneggia il tessuto neuronale.

La conversione da PrPc a PrPSc procede poi con una reazione a catena.

UnaUna volta mutata la proteina è volta mutata la proteina è infettivainfettiva: a contatto con la forma : a contatto con la forma normale, normale, la trasformala trasforma, rendendola , rendendola patologicapatologica

I I prioni alteratiprioni alterati sono molto resistenti: sono molto resistenti:

al calore al calore

aiai disinfettanti disinfettanti

alle proteasialle proteasi

Il salto di specieIl salto di specie

La Bse tra i bovini nasce, probabilmente, dall'uso di carcasse di animali infetti (pecore) per farne mangimi.

ScrapieScrapie

Farine animaliFarine animali

Le pecore non sembrano trasmettere la malattia direttamente all’uomo

I prioni dei bovini sono in grado di infettare l’uomoinfettare l’uomo

BseBse

NvCJNvCJ

STRUTTURA QUATERNARIALe interazioni che si stabiliscono tra le subunità sono dello stesso tipo di quelle che stabilizzano le strutture terziarie: legami idrogeno, interazioni idrofobiche, ponti disolfurici tra i gruppi R dei residui amminoacidici.

Collageno

Actina-miosina

Trp-sintasi

Emoglobina

Struttura quaternaria (3D) dell’Emoglobina50 x 55 x 65 Ǻ

Quattro subunità disposte aivertici di un tetraedro

12 (o 21) e 11 (o 22) (interazioni idrofobiche, legami idrogeno, coppie ioniche); 11, 22 (interazioni polari).

LA DISTROFIA MUSCOLARELa più diffusa è la malattia di Duchenne che si trasmette attraverso il cromosoma sessuale X, dalla madre ai figli maschi; le figlie femmine invece possono essere portatrici sane.

La distrofina, una proteina cruciale per la vita e la funzione dei muscoli

La distrofina stabilizza la membrana della cellula muscolare durante i cicli di contrazione-rilassamento

La malattia è dovuta alla mancanza delladistrofina per un difetto del gene che codifica la proteina (anomalo codone di stop).

LA DISTROFIA MUSCOLARE

LA DISTROFIA MUSCOLARE

Progressiva perdita di forza muscolare

con conseguente progressiva perdita delle

abilità motorie.

Insufficienza respiratoria e cardiaca

Degenerazione del tessuto muscolare

sostituito da tessuto fibroso e adiposo.

I neuroni cominciano a produrre una proteina (β-amiloide), con formazione di placche (agglomerato di filamenti proteici). Iniziano così una serie di eventi programmati che portano alla morte del neurone (“Suicidio programmato”)L’App (precursore della proteina amiloide) normalmente serve per il normale funzionamento dei neuroni.

1906 Alois Alzheimer descrisse per primo tale malattia definendola “un processo degenerativo che distrugge progressivamente le cellule cerebrali, rendendo a poco a poco l’individuo che ne è affetto incapace di una vita normale"

Morbo di AlzheimerMorbo di Alzheimer

MECCANISMO DEL PROCESSO DI DEGENERAZIONE

Difetto nella proteina transmembrana che agisce come un canale degli ioni cloro nelle cellule epiteliali (CFTR: Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator, 1480 amminoacidi). La mutazione più comune è la delezione di un amminoacido (Phe 508) e la proteina mutata non si avvolge correttamente.

Fibrosi cisticaFibrosi cisticaMalattia autosomica recessiva grave più comune nella popolazione italiana malati 1/3000 portatori 1/28

Le manifestazioni cliniche della malattia sono caratterizzate dalla presenza di secrezioni esocrine mucose dense che portano a una malattia polmonare cronica ostruttiva con evoluzione verso l’insufficienza respiratoria

Esempi di proteine fibrose.Funzioni e Meccanismi.

……LA CONTRAZIONE MUSCOLARELA CONTRAZIONE MUSCOLARE

SARCOMERO: unità funzionale del muscolo

Muscolo striato: la contrazione si basa sulla struttura del sarcomero, in cui i filamenti di actina e di miosina si intercalano e scivolano gli uni sugli altri. TEORIA DELLO SCORRIMENTO DEI FILAMENTI

ACTINA

MIOSINA

I microfilamenti, con un diametro di 7 nm, sono polimeri della proteina actina: servono alla struttura della cellula ed al movimento.

L’actina è presente in tutte le cellule eucariotiche, dove rappresenta il 5% delle proteine cellulari.

ACTINAACTINA

Le singole molecole di actina si chiamano actina G (actina globulare). In condizioni adeguate, le molecole di actina G polimerizzano a formare i microfilamenti; sotto questa forma, l'actina è chiamata actina F (actina filamentosa)

ACTINAACTINA

Actina G Actina F

La miosina è composta da sei catene polipeptidiche: due catene pesanti e due coppie di catene leggere. La testa ha attività ATPasica e motrice. Controlla la contrazione muscolare, la contrattilità nelle fibre da stress e l’anello contrattile durante la citochinesi.

MIOSINAMIOSINA

INTERAZIONE ACTINA-MIOSINAINTERAZIONE ACTINA-MIOSINA

I PONTI TRASVERSALI sono formati da legami tra l’actina F dei filamenti sottili e le teste di miosina dei filamenti spessi

Ogni testa della miosina presente sul filamento va incontro a ripetuti cicli di legame alle subunità di actina sul filamento sottile; subisce un cambiamento conformazionale che richiede energia.

La contrazione è controllata dall’ATP e dalla presenza degli ioni calcio

La forza che guida la formazione dei ponti trasversi è l’idrolisi dell’ATP, catalizzata da un’ATPasi attivata dall’actina, localizzata nella testa della miosina.

Una testa di miosina non legata ad ATP si ancora saldamente all’actina (rigor): stadio breve a cui segue il legame dell’ATP.

Quando l’ATP si lega alla testa di miosina, l’associazione actina-miosina si rompe

La miosina idrolizza l’ATP: la testa di miosina cambia “posizione” rispetto al resto della molecola

La miosina si riattacca debolmente ad un altromonomero di actina, rilascia Pi e questo fa aumentare la sua affinita’ per l’actina

Il legame genera un cambiamento conformazionale che sposta la coda della miosina verso il centro del sarcomero

Fine del ciclo: si stacca l’ ADP e la testa di miosina si ancora di nuovo saldamente all’actina (rigor) in una posizione diversa sul filamento di actina.

La contrazione muscolare richiede tanta energia, e il muscolo scheletrico

contiene tanto ATP, che viene prodotto dai mitocondri durante i periodi di

riposo. Nel sarcoplasma vi sono anche abbondanti riserve lipidiche e di

glicogeno. Se le riserve di ATP finiscono durante I periodi di contrazione

prolungata, l’ADP generata dall’idrolisi dell’ATP viene riconvertito in ATP

attraverso glicolisi anerobica, che porta all’accumulo di acido lattico.

Il sito di legame della miosina sul filamento di actina è normalmente mascherato dalla tropomiosina, che deve essere rimossa per permettere l’attacco della miosina.

La dipendenza dal calcio è regolata dalla troponina C (TnC), che si associa agli ioni calcio ed, una volta legata, va incontro ad un cambiamento conformazionale che si trasmette alla tropomiosina, inducendola a muoversi verso il centro dell’elica del filamento sottile.

In questo modo i siti di legame sull’actina si rendono disponibili al legame con la testa della miosina, permettendo la contrazione.

REGOLAZIONE DELLA CONTRAZIONE REGOLAZIONE DELLA CONTRAZIONE DA PARTE DEGLI IONI CALCIODA PARTE DEGLI IONI CALCIO

Le cheratine sono un esempio di come la funzione biologica di una proteina riflette la struttura delle catene polipeptidiche

CollagenoCollageno

Responsabile di un’elevata resistenza allo stiramento

Un altro esempio di come la funzione biologica di una proteina rifletta la sua struttura

Sezione di una molecola di tropocollageno

HOH

idrossiprolina

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