LE PROTEINE - PARTE 1

le proteine sono tra le macromolecole che compiono più ruoli nel nostro organismo, hanno molte funzioni, enzimatiche, ormonali, trasportatrici e recettoriali.

il fatto che possano compiere un cosi gran numero di compiti è determinato dal fatto che esistono migliaia di proteine diverse di diversa lunghezza e con una forma tridimensionale tale che possono quindi svolgere compiti diversi in vari ambiti cellulari.

Iniziamo con analizzarne la struttura, come abbiamo già detto le proteine sono macromolecole polimeriche, cioè sono formate da diverse sub-unità chiamate monomeri, questi monomeri sono gli amminoacidi, una struttura formata da un gruppo amminico e uno carbossilico, proprio come si vede in figura qua sotto.

Come vediamo in figura i due gruppi funzionali sono quello che caratterizzano la struttura come amminoacido, ma quello che da le diverse propietà a un amminoacido è il gruppo R in questo caso segnato come ch3, questo gruppo è diverso per ogni amminoacido, e diversi amminoacidi permettono di formare diverse proteine. 

Gli amminoacidi in natura sono 64, ma l'evoluzione del nostro sistema biologico ha portato a usarne sono 20 di questi, la diversa combinazione di questi 20 amminoacidi genera le migliaia di strutture proteiche che il nostro organismo sfrutta per le sue necessità.

Questi 20 amminoacidi si dividono in essenziali e non, cioè alcuni amminoacidi il nostro corpo non è  in grado di produrre e quindi è necessario introdurli con una dieta  corretta.

Studiare gli amminoacidi e cosa determina la loro presenza è a dir poco fondamentale, per esempio un alta concentrazione dell'acido glutammico nel cervello è segno della possibilità del morbo di Alzheimer, altri invece sono necessari per le vie biosintetiche fondamentali della cellula, quindi gli amminoacidi sono fondamentali anche come tali e non per forza come strutture proteiche.

La stereoisomeria degli amminoacidi è importante per lo studio di questi, con l'eccezione della glicina, per la quale R è un atomo di idrogeno, gli amminoacidi sono molecole chirali, di ciascuna delle quali esistono due enantiomeri.
Come convenzionalmente avviene per le molecole di interesse biochimico, gli enantiomeri degli amminoacidi sono contrassegnati dalle lettere D o L a seconda che i sostituenti legati all'atomo di carbonio asimmetrico abbiano disposizione simile a quella della L-gliceraldeide o a quella della D-gliceraldeide.
La stragrande maggioranza delle proteine sintetizzate da organismi viventi è formata da amminoacidi L. Qualche amminoacido D è stato trovato in proteine prodotte da organismi che vivono negli abissi marini e nelle pareti cellulari di alcuni batteri. Amminoacidi D sono presenti anche nel veleno di alcuni animali come molluschi (coni).
la stereoisomeria degli amminoacidi determina anche le strutture che le proteine poi determinano.

Come abbiamo gia detto gli amminoacidi presentano un gruppo R, questo gruppo è quello che da la caratteristica acida, basica, o neutra all'amminoacido.

L'ingombro dei vari gruppi R che sporgono dalla catena polipetidica, l'affinità reciproca tra gruppi polari e tra gruppi apolari, l'attrazione tra gruppi basici e gruppi acidi sono alcune delle forze che concorrono a modellare la conformazione della proteina nello spazio (la strutturaterziaria), conformazione dalla quale dipende in modo essenziale l'attività biologica della proteina stessa.

I gruppi R sono importantissimi perchè la loro struttura determina legami intermolecolari importanti, per esempio cisteina e metionina possono fare punti a disolfuro avendo zolfo nella loro catena R, strutture come la prolina con un gruppo R ciclico determina instabilità in una proteina con struttura secondaria, e molte altre come serina, acido glutammico, acido aspartico o altri fanno legami a idrogeno, fondamentalissimi per la stabilità di una struttura proteica.

la presenza del gruppo amminico e carbossilico, determina una protonazione o deprotonazione in ambiente rispettivamente acido e basico, lasciando delle cariche sullo scheletro dell'amminoacido, oltre alla forma completamente deprotonata o protonata è anche presente una forma chiamata zwitterione, cioè dove il gruppo il gruppo amminico è a un pH tale per cui si prende un protone, mentre il gruppo carbossilico è sempre a un pH che gli permette di rimanete nella sua forma deprotonata.

Un altro concetto fondamentale nello studio delle proteine è Il punto isoelettrico,  è il valore di pH al quale una molecola non reca alcuna carica elettrica netta.
Per un amminoacido avente un solo gruppo amminico ed un solo gruppo carbossilico, il valore di pI può essere determinato dai valori della costante di dissociazione acida (pKa) di ciascuno dei due gruppi calcolandone la media

 A questo punti abbiamo considerato un amminoacido che ha una catena laterale non polarizzabile, ma sappiamo che non tutti gli amminoacidi sono cosi, quindi poniamo di avere un amminoacido con catena laterale basica come la lisina:
Utilizzamo la stessa formula, ma bisogna però considerare unicamente i pKa dei gruppi maggiormente presenti; per esempio per la lisina si considerano i pKa dei gruppi amminici, essendo un amminoacido basico i gruppi prevalenti saranno quelli basici mentre quello acido sarà trascurabile, al contrario invece succede per l'aspartato il pKa dei due gruppi carbossilici.
La lisina presenta tre pKa: l'α-Carbossile 2,16; l'α-ammino gruppo 9,06 e l'ε-ammino gruppo 10,54. Il calcolo del punto isoelettrico prende in considerazione solamente i pKa dei due gruppi amminici, per cui:

È possibile calcolare analiticamente il rapporto tra la quantità di un aminoacido che si presenta in forma deprotonata e quella protonata, ad un dato pH, attraverso l'equazione di Henderson-Hasselbalch:

Dalla formula vista possiamo fare anche un altra considerazione, se la concentrazione della forma protonata fosse 0 avremmo un numero diviso 0 che è matematicamente impossibile,   cioè che non esiste un valore di ph per la quale possiamo scrivere il gruppo amminico NH2 e il gruppo carbossilibo come COOH nello stesso momento, infatti scrivere la formula in questo modo è un errore che si vede spesso e con questa equazione abbiamo capito il perchè.

lo studio del punto isoelettrico degli amminoacidi è importantissimo perchè ci permette di separarli grazie ad una procedura chiamata elettroforesi

(L'elettroforesi è una tecnica analitica e separativa basata sul movimento di particelle elettricamente cariche immerse in un fluido per effetto di un campo elettrico applicato mediante una coppia di elettrodi al fluido stesso. Nel caso di una cella elettrolitica, il catodo assume carica negativa mentre l'anodo assume carica positiva, per cui le particelle si muovono verso l'elettrodo avente carica opposta rispetto alla carica della particella; in particolare si spostano verso il catodo se hanno carica positiva e verso l'anodo se hanno carica negativa)

con questo chiudo questo post, so che non ho parlato molto delle proteine ma per parlare di proteine è necessario conoscere gli amminoadici, senza  conoscerli in verità non si va molto lontani, basti pensare che  quando studieremo le proteine la loro struttura 3D è determinata da legami intermolecolari come i ponti a disolfuro e gli unici amminoacidi in grado di fare ciò sono metionina e cisteina, mentre altri legami sono quelli a idrogeno ecc ecc non anticipiamo nulla che intanto ne parlerò nel prossimo post, buona giornata a tutti  :)

Ps: vi preannuncio solo che nel prossimo post inizierò con il legame peptidico passando subito alle proteine