I NUCLEOTIDI - e

I NUCLEOTIDI
• I nucleotidi sono implicati in quasi tutti gli aspetti della
vita cellulare. Essi partecipano alle reazioni di
ossidoriduzione, al trasferimento di energia, alle vie di
segnalazione intracellulare e alle reazioni di biosintesi.
• I loro polimeri, gli acidi nucleici DNA e RNA, sono
direttamente coinvolti nei processi di immagazzinamento
e decodificazione delle informazioni genetiche
FUNZIONI METABOLICHE DEI
NUCLEOTIDI
Trasportatori di energia chimica nelle cellule
L’idrolisi dei legami anidridici dei nucleosidi trifosfato produce circa 30
kJ/mole , in condizioni standard. Quando è accoppiata a una reazione
con una variazione di energia libera positiva, l’idrolisi dell’ATP sposta
l’equilibrio complessivo del sistema verso al formazione del prodotto.
I nucleotidi adenilici fanno parte di molti cofattori
Nucleotidi adenilici, legati a vitamine, entrano a far parte della struttura
di alcuni cofattori enzimatici: il Coenzima A (Co-SH), utilizzato nel
metabolismo dei lipidi; il NAD(P) e il FAD che partecipano alle reazioni di
ossidoriduzione.
Alcuni nucleotidi sono molecole regolatrici
Questi nucleotidi (secondi messaggeri) permettono ad un segnale
esterno alla cellula di poter essere trasferito all’interno, in modo da
indurre una risposta biologica (es: AMP ciclico).
STRUTTURA DEI NUCLEOTIDI
LE PRINCIPALI BASI PURINICHE E PIRIMIDINICHE
Disposizione dei legami idrogeno nelle coppie di basi
definite da Watson e Crick
La geometria del DNA
1. I due filamenti polinucleotidici antiparalleli si
avvolgono con andamento destrorso intorno ad
un asse comune per dare origine a una doppia
elica dal diametro approssimativo di 20 °A
2. I piani delle basi nucleotidiche sono quasi perpen
dicolari all’asse dell’elica
3. Ogni coppia di basi presenta approssimativamente
la stessa ampiezza. Le coppie di basi A-T e G-C
sono intercambiabili
4. L’elica “ideale” di DNA B possiede 10 coppie di
basi per giro e, dal momento che le basi aromatiche
hanno uno spessore di van der Waals di 3,4 °A e in
parte sono impilate l’una sull’altra, l’elica mostra un
passo di 34 °A
Replicazione del DNA suggerita da Watson e Crick
La molecola dell’RNA (acido ribonucleico)
è un polimero di nucleotidi uniti
da legami fosfodiesterici
(U)
A U G C
TIPI PRINCIPALI DI RNA
• RNA messaggero (mRNA)
è il veicolo con cui
l’informazione genetica contenuta nel DNA viene
trasferita ai ribosomi (sede della sintesi proteica)
• RNA di trasporto (transfer, tRNA)
lega gli
aminoacidi e li trasporta ai ribosomi
• RNA ribosomiale (rRNA)
è presente nei
ribosomi, organelli responsabili della sintesi proteica
La TRADUZIONE è il processo di trasformazione di un “linguaggio a 4 nucleotidi”
sull’mRNA in un “linguaggio a 20 amminoacidi” di un polipeptide.
Il codice genetico è a triplette: una sequenza di tre basi consecutive, chiamata
codone, specifica per un determinato amminoacido.
PROTEINE
Le proteine sono macromolecole costituite da aminoacidi (subunità monomeriche)
ISOMERI L E D DEGLI AMINOACIDI
Le proteine sono molecole estremamente eterogenee sia per quanto riguarda
la forma che per le dimensioni. Hanno anche funzioni biologiche molto diverse
e sono i prodotti finali delle vie dell’informazione
Nelle proteine sono presenti 20 aminoacidi standard (codificati dal codice genetico)
uniti da legami peptidici. Gli aminoacidi presenti nelle proteine sono nella configurazione L. Dopo essere stati incorporati in un polipeptide, gli aminoacidi possono
essere chimicamente modificati.
Formazione di un legame peptidico: il legame che si forma tra il gruppo carbossilico
di un aminoacido e il gruppo aminico dell’aminoacido successivo è accompagnato dall’eliminazione di una molecola d’acqua. Una serie di aminoacidi uniti da legami peptidici forma
una catena polipeptidica con una estremità con un gruppo aminico libero (N-terminale) ed
una estremità con il gruppo carbossilico libero (C-terminale).
La maggior parte dei peptidi naturali contengono da 50 a 2000 residui aminoacidici e vengono
chiamati proteine.
LEGAME PEPTIDICO
L-encefalina: pentapeptide oppioide
che modula la percezione del dolore
Le catene polipeptidiche sono ripiegate per formare una macromolecola
con una specifica conformazione tridimensionale (fibrosa, globulare).
Stretta correlazione tra la conformazione di una proteina e la sua
funzione.
4 livelli di organizzazione:
STRUTTURA PRIMARIA
STRUTTURA SECONDARIA
STRUTTURA TERZIARIA
STRUTTURA QUATERNARIA
Le catene polipeptidiche possono contenere da pochi a centinaia di
amminoacidi disposti in una sequenza ben precisa e caratteristica.
Tale sequenza costituisce la STRUTTURA PRIMARIA
STRUTTURA SECONDARIA: interessa tratti più o meno lunghi della catena
polipeptidica. La catena polipeptidica assume nello spazio una disposizione
una a-elica è una regione in
regolare e ripetitiva. Questa disposizione regolare e ripetitiva è stabilizzata da
cui una catena polipeptidica
legami idrogeno tra il gruppo –NH- di un legame peptidico e il gruppo –CO- di un
forma una spirale uniforme
altro.
Un polipeptide
può
comprendere
sia regioni ad
a-elica che
regioni con
conformazione
a foglietto b.
un foglietto b ha una
conformazione
generale
pieghettata (struttura a zigzag)
STRUTTURA TERZIARIA: è la forma assunta tridimensionalmente da
ciascuna catena polipeptidica. E’ data dalla combinazione di più regioni ad alfaelica e/o beta-foglietto collegate tra loro da segmenti che formano delle anse.
La struttura è determinata da interazioni tra i gruppi R dei vari amminoacidi che
includono legami deboli (legami a idrogeno, legami ionici, interazioni
idrofobiche) e da legami covalenti (ponti disolfuro —S—S— che legano gli
atomi di zolfo di due unità di cisteina).
Molte proteine sono costituite da due
o più catene polipeptidiche che
interagiscono in modo specifico per
dare
una
molecola
proteica
biologicamente attiva. La struttura
quaternaria deriva dalla disposizione
spaziale delle catene polipeptidiche
(ciascuna delle quali ha una sua
struttura primaria, secondaria e
terziaria).
La struttura è determinata da
interazioni tra i gruppi R dei vari
amminoacidi che includono legami a
idrogeno, legami ionici, interazioni
idrofobiche e ponti disolfuro.
LIVELLI DELLA STRUTTURA DELLE PROTEINE.
(a) Struttura primaria, (b) struttura secondaria, (c) struttura terziaria, e
(d) struttura quaternaria
Esempi di proteine fibrose
Struttura della seta. La fibroina è
costituita da strati di foglietti b antiparalleli ricchi di residui di Ala e di Gly
Struttura del collageno. (c) tre eliche si arrotolano insieme
con andamento destrorso. (d) rappresentazione della superelica a tre catene del collageno vista da una delle estremità.
Esempi di proteine globulari
Struttura terziara della mioglobina.
(a) Lo scheletro del polipeptide è
mostrato nella forma a nastro. Sono
evidenti le regioni ad alfa-elica.
(e) Un modello spaziale con tutte le
catene laterali. I residui idrofobici
sono in blu; la maggior parte non è
visibile in quanto si trova all’interno
della proteina.
Struttura quaternaria della deossiemoglob
La proteina è costituita da quattro subunità co
struttura tridimensionale molto simile a quella
della mioglobina unite da legami non covalen
(a) Rappresentazione a nastro
(b) Modello spaziale
LA SEQUENZA DEGLI AMINOACIDI DI UNA PROTEINA DETERMINA
LA SUA STRUTTURA TRIDIMENSIONALE
PROTEINE DI TRASPORTO
Struttura quaternaria dell’emoglobina
L’emoglobina è composta da due catene a
e due catene b
Variazioni nella posizione dello ione ferroso in seguito al legame con
l’ossigeno Lo ione ferroso è situato leggermente all’esterno del piano della porfirina
dell’eme nella deossiemoglobina, ma si sposta sul piano dell’eme a seguito del legame
con l’ossigeno
L’EMOGLOBINA PRESENTA UN COMPORTAMENTO COOPERATIVO
Il legame dell’O2 alla emoglobina
mostra un andamento sigmoide,
caratteristico del meccanismo
cooperativo tra le subunità. Nei
polmoni l’emoglobina presenta il 98%
dei siti di legame con l’O2
occupati. Quando l’emoglobina
raggiunge i tessuti e rilascia l’O2,
il livello di saturazione scende fino al
32 %. Nelle stesse condizioni la
mioglobina rilascia solo il 7% del suo
O2 rispetto all’emoglobina che ne
rilascia il 66%
REGOLAZIONE ALLOSTERICA DELL’AFFINITA’ DELL’EMOGLOBINA CON L’O2
La capacità dell’emoglobina di legare
l’ossigeno è influenzata dalla presenza
di molecole regolatorie. Es: 2,3-BPG.
Il 2,3-BPG è un metabolita presente nei
Globuli rossi il cui legame all’emoglobina
Favorisce il rilascio di ossigeno.
Il 2,3-difosfoglicerato (2,3-BPG) si lega al
centro del tetramero, in una tasca che è
presente solo nella forma desossi dell’emoglobina. Così il 2,3-BPG stabilizzando questa
forma della proteina ne riduce l’affinità per l’O2
Curve di ossigenazione dell’emoglobina
purificata e dell’emoglobina nei globuli
rossi. L’emoglobina purificata lega più
saldamente l’ossigeno
H+ E CO2 PROMUOVONO IL RILASCIO DI OSSIGENO
I tessuti metabolicamente attivi (es: tessuto muscolare) rilasciano H+ e CO2,
effettori allosterisci dell’emoglobina, che aumentano il rilascio di O 2 [effetto
Bohr] . L’affinità dell’emoglobina per l’O2 diminuisce al diminuire del pH.
Anche la CO2 fa diminuire l’affinità dell’emoglobina per l’O2; in questo modo
viene facilitato il rilascio di O2 proprio in quei tessuti metabolicamente molto
attivi che ne hanno più bisogno
La CO2 diffonde dai tessuti
agli eritrociti,all’interno dei
quali, tramite l’anidrasi
carbonica, reagisce con l’H2O
per formare acido carbonico.
L’acido carbonico si dissocia
con conseguente abbassamento del pH degli eritrociti
TRASPORTO DI CO2 DAI TESSUTI AI POLMONI
La maggior parte di CO2 viene trasportata ai polmoni sotto forma di HCO3prodotto negli eritrociti e quindi rilasciato nel plasma. Una minore quantità
viene trasportata direttamente dall’emoglobina sotto forma di carbammato

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