La struttura delle proteine


1) Come gia' spiegato nel Corso di Chimica e Propedeutica Biochimica, le proteine sono eteropolimeri lineari orientati di aminoacidi, legati con legami peptidici

2) Il polimero si ripiega su se stesso grazie agli angoli rotazionali fi e psi dei C alfa di ciascun aminoacido, formando strutture secondarie periodiche (alfa elica, foglietto beta) e non periodiche (loops, random coils)

3) Segmenti di struttura secondaria diversa possono a loro volta ripiegarsi su se stessi formando strutture globulari o fibrose (struttura terziaria); esistono inoltre proteine che hanno lunghi tratti di random coil disordinato (natively unfolded)

4) Le proteine possono associarsi fra loro e formare oligomeri composti da piu' catene polipeptidiche (struttura quaternaria); un esempio e' dato dall'emoglobina. La formazione di un oligomero composto da monomeri proteici richiede che esistano sui monomeri interfacce geometricamente e chimicamente complementari e sono possibili due casi: quello di interfacce eterologhe (cioè diverse, come accade nel caso della tubulina), e quello di interfacce isologhe (come accade nel caso dell'emoglobina o di molti enzimi):
Un oligomero proteico che presenti interfacce eterologhe può formare in genere strutture aperte di dimensione illimitata (ad es. i microtubuli della tubulina), le cui estremità sono diverse; uno che presenti interfacce isologhe è in genere di dimensioni limitate (un dimero o al massimo un insieme di dimeri) e simmetriche. Si noti che un monomero proteico e' obbligatoriamente asimmetrico.

5) Le proteine natively folded sono strutture compatte nelle quali i residui aminoacidici sono praticamente in contatto tra loro e le cavita' hanno prevalentemente dimensioni subatomiche; le cavita' di dimensioni atomiche o superatomiche sono rare. L'interno delle proteine idrosolubili raccoglie in genere la maggioranza dei residui apolari (hydrophobic core).

6) Il ripiegamento di segmenti di struttura secondaria (ad es. alfa eliche) su se stessi comporta che i contatti tra residui aminoacidici nell'hydrophobic core possano verificarsi non solo tra residui che nella sequenza aminoacidica sono vicini o adiacenti, ma anche tra residui che nella sequenza sono molto lontani. Spesso le alfa eliche e i foglietti beta alternano residui apolari, rivolti verso l'hydrophobic core e residui polari rivolti verso la superficie della proteina.

7) Le proteine anche piu' compatte hanno moti vibrazionali interni a livello di singoli residui aminoacidici o di interi segmenti di struttura secondaria. Questi movimenti hanno grande importanza per la funzione proteica e dipendono dalla temperatura; pero' possono portare alla denaturazione della proteina stessa.

8) La struttura che la proteina assume all'interno della cellula e che è capace di svolgere la funzione biologica si chiama nativa. In linea di massima la struttura nativa e' un minimo energetico e la proteina la raggiunge da sola, gia' durante la biosintesi. Ciononostante se esposta al calore, a solventi organici, a valori di pH molto alti o molto bassi, la proteina può perdere la struttura nativa (denaturazione) reversibilmente o irreversibilmente.