Chimica Fisica Biologica A.A. 2012

Chimica Fisica Biologica A.A. 2012Prof. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 1

1Contenuti generali del corso Struttura e funzioni delle macromolecole biologicheAnalisi chimico fisiche dei processi biologici.Termodinamica classica e statistica.Relazioni tra struttura molecolare e le propriet biologiche.Utilizzo di tecniche spettroscopiche per lindagine di processi biologici.Tecniche di separazione ed isolamento.Cinetica dei processi enzimatici e di trasporto.Metodologie fisiche, matematiche ed informatiche avanzate.Argomenti monografici.

2Prof. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 2Definizioni Prof. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 3Polimero: (AAAAAA)Copolimero: (AABBBBAAAABABAAA)Macromolecola: (AGGCCCATGTT)

Sistema biologico:

insieme costituito da sotto insiemi, ognuno dei quali ha funzione specifica, che con trasformazioni e scambi di energia, cooperano per mantenere le funzioni vitali:

Mebrane cellulariProtozooi e batteriOrganelli cellulari (mitocondri)Cellule Organi e tessuti3Classificazione dei polimeriProf. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 4in base alla struttura chimicain base alla struttura stereochimicain base al peso molecolarePolimeri amorfi e semicristalliniPolimeri reticolatiCopolimeri

4Polimeri di sintesiProf. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 5

Politiofene

Polipropilene

Polipropilene, isotattico (in alto) e sindiotattico (in basso).

Cloruro di polivinile

Polistirene

Polietilene tereftalato5.il caso del Nylon.Prof. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 6

Acido adipicoEsametilendiammina6PolipeptidiProf. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 7Gli amminoacidi si concatenano nei peptidi e nelle proteine mediante la formazione di un legame ammidico tra il gruppo carbossilico di un amminoacido e il gruppo amminico di un altro amminoacido.

Questo legame prende il nome di legame peptidico

Dipeptide: peptide formato dallunione di due aa; Tripeptide: peptide formato dallunione di tre aa; ...etcIn genere:Oligopeptide (pochi aa) polipeptide (molti aa)7Sintesi peptidicaProf. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 8

La reazione di condensazione avviene con eliminazione di acquaLegame peptidico(ammide)8Catena polipeptidicaProf. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 9

9Risonanza del legame peptidicoProf. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 10Il legame amidico -CO-NH- forte, per romperlo occorre 6M HCl a 100C

Ha parziale caratteristica di doppio legame ed planare non si pu torcere

10Struttura del legame peptidicoProf. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 11

11Configurazione del legame peptidicoProf. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 12La configurazione Trans la pi stabile.

12Angoli Phi (f) e Psi(j)Prof. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 13La catena divisa in monomeri definiti dal legame peptidicoPer motivi strutturali meglio dividerla da un Ca allaltro

Legame virtuale Ca-Ca13Constrain conformazionaliProf. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 14

14Struttura delle proteineProf. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 15Struttura primaria Struttura secondariaStruttura terziariaStruttura quaternaria15Struttura primaria:

Prof. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 16Qualisono gli aa che formano la proteina?Quanti aa ci sono di ogni tipo?Qual la sequenza degli aa nella catena?Esempio di sequenza:

16Sequenza primaria: (amino acidi non polari)Prof. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 17

17Sequenza primaria: (amino acidi polari senza cariche)Prof. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 18

18Sequenza primaria: (amino acidi polari senza cariche)Prof. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 19

19Sintesi peptidicaProf. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 20

20Gruppi protettori per la sintesiProf. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 21

Il gruppo protettivo deve essere facile da legareIl gruppo protettivo deve essere semplice da togliereNon deve dare reazioni collaterali nelle condizioni adottateTra i gruppi protettivi pi utilizzati ricordiamo due dei pi comuni:Gruppo carbobenzilossi-(Cbz) e il gruppo t-butossicarbonile (BOC or t-BOC)21Sintesi proteica in fase solida

Prof. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 22Vantaggi:Il principio su cui si basa consiste nel montare la catena peptidica mentre una estremit di questa legata con un legame chimico ad un solido inerte e insolubile.

I granuli polimerici con le catene peptidiche ancorate sono completamente insolubili nei solventi adoperati nella sintesi mentre i reagenti in eccesso (DCC) e i sottoprodotti (DCU) possono essere allontanati dopo ogni passaggio per semplice lavaggio dei granuli polimerici.

Al termine della sintesi il peptide viene staccato dai granuli polimerici per scissione dellestere benzilico

Le operazioni sono tutte automatizzate

Rese elevate

22The Merrifield Peptide SynthesisProf. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 23

23Processi di foldingProf. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 24Per folding sintende il processo di ripiegamento delle catene polipeptidiche causato dalla rotazione attorno ai legami della catena polimerica.

24Folding delle catene polipeptidicheProf. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 25Bond rotation determines protein folding, 3D structureTorsion angle (dihedral angle) Measures orientation of four linked atoms in a molecule: A, B, C, DABCD defined as the angle between the normal to the plane of atoms A-B-C and normal to the plane of atoms B-C-D

25La Struttura secondariaProf. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 26

26Foglietto pieghettato (Beta-sheet)Prof. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 27 fatto da due o pi regioni differenti di almeno 5-10 amino acidi stabilizzato da legami H tra NH e CO di legami peptidici di segmenti adiacentiI beta sheet sono pieghettati: i carboni alfa del legame alternano tra sopra e sotto il piano del foglio Possono essere paralleli o antiparalleli27Paralleli ed antiparalleliProf. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 28

28Le strutture bProf. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 29

29b sheet antiparallelaProf. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 30

30

b sheet parallela31Loop HairpingProf. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 32

32La struttura terziariaProf. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 33

33La struttura terziariaProf. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 34

34Prof. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 35

35Forze dinterazione molecolariProf. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 36

36Forze di tipici legami presenti nelle proteineProf. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 37

37La gerarchia nella struttura proteicaProf. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 38

38Prof. Mario Barteri - Chimica fisica biologica 39

L informazione per il folding della proteina contenuta nella sequenza39