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2

Le proteine possono contenere oltre agli aa altri gruppi chimici; esse sono chiamate proteine coniugateproteine coniugateLa parte non aminoacidica è detta gruppo gruppo prosteticoprosteticoClasse Gruppo prostetico Esempio

Lipoproteine Lipidi 1-liproteina

Glicoproteine Carboidrati IgG

Fosfoproteine Gruppi fosforici Caseina del latte

Emoproteine Eme (ferro-porfirina) Emoglobina

Flavoproteine Nucleotidi flavinici Succinato DH

Metalloproteine Ferro

Zinco

Calcio

Ferritina

Alcol DH

Calmodulina

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Tra le proteine coniugate hanno una Tra le proteine coniugate hanno una maggiore importanza biomedica:maggiore importanza biomedica:

glicoproteine

lipoproteine

emoproteine

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Le Le glicoproteineglicoproteine sono proteine contenenti catene sono proteine contenenti catene oligosaccaridiche (glicani) legate covalentemente alla catena oligosaccaridiche (glicani) legate covalentemente alla catena polipeptidicapolipeptidica

Funzione Glicoproteina

Molecole strutturaliMolecole strutturali CollagenoCollageno

Agenti lubrificantiAgenti lubrificanti MucineMucine

Molecole di trasportoMolecole di trasporto Transferrina, ceruloplasminaTransferrina, ceruloplasmina

Molecole immunitarieMolecole immunitarie Immunoglobuline, antigeni di Immunoglobuline, antigeni di istocompatibilitàistocompatibilità

EnzimiEnzimi Vari (per es. fosfatasi Vari (per es. fosfatasi alcalina) alcalina)

Siti di riconoscimento per Siti di riconoscimento per l’attacco delle cellulel’attacco delle cellule

Varie proteine implicate nelle Varie proteine implicate nelle interazioni cellula-cellulainterazioni cellula-cellula

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Le funzioni delle catene oligosaccaridiche sono svariate:Le funzioni delle catene oligosaccaridiche sono svariate:

Modulano le proprietà chimico-fisiche (solubilità, viscosità, carica netta, partecipano ai siti di legame per batteri e virus)

Proteggono dalla proteolisi intra o extracellulare

Sono implicate in attività biologiche, per esempio nella gonadotropina corionarica umana (hCG)

Hanno effetto sull’inserimento nelle membrane, sulla migrazione e distribuzione intracellulare e sulla secrezione

Influenzano lo sviluppo e il differenziamento embrionale

Possono modificare i siti delle metastasi selezionati dalle cellule cancerose

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le proteine possono coniugarsi con le proteine possono coniugarsi con legami covalenti ai lipidi (per esempio legami covalenti ai lipidi (per esempio nellenelle proteine intrisecheproteine intriseche),), di membrana, di membrana, oppure formano deioppure formano dei complessi complessi lipoproteicilipoproteici,, in cui le proteine e i lipidi in cui le proteine e i lipidi sono legati in modo instabili.sono legati in modo instabili.

questo secondo tipo di lipoproteine possono avere dimensioni e composizione variabili, si trovano nel plasma dove mediano il trasporto di lipidi non idrosolubili

LIPOPROTEINELIPOPROTEINE

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I lipidi sono trasportati nel I lipidi sono trasportati nel plasma come plasma come lipoproteinelipoproteine

Ciò è possibile grazie all’aggregazione di lipidi Ciò è possibile grazie all’aggregazione di lipidi con proteine idrofiliche (apolipoproteine o con proteine idrofiliche (apolipoproteine o

apoproteine) apoproteine)

nelle nelle lipoproteinelipoproteine sono presenti sono presenti

4 principali classi di lipidi4 principali classi di lipidi: :

TriacilgliceroliTriacilgliceroli

FosfolipidiFosfolipidi

ColesteroloColesterolo

Esteri del colosteroloEsteri del colosterolo

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I complessi lipoproteici sono classificati in I complessi lipoproteici sono classificati in 5 5 gruppi:gruppi:

• chilomicronichilomicroni

• VLDL (very low density lipoprotein)VLDL (very low density lipoprotein)

• IDL (intermediate density lipoprotein)IDL (intermediate density lipoprotein)

• LDL (low density lipoprotein)LDL (low density lipoprotein)

• HDL (high density lipoprotein)HDL (high density lipoprotein)

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1) 1) ChilomicroniChilomicroni, derivanti dall’assorbimento intestinale dei , derivanti dall’assorbimento intestinale dei triacilglicerolitriacilgliceroli

2) 2) LipoproteineLipoproteine a bassissima densità (VLDL),a bassissima densità (VLDL), prodotte dal fegato prodotte dal fegato con funzioni di trasportatori dei triacilgliceroli.con funzioni di trasportatori dei triacilgliceroli.

3) 3) IDLIDL, che derivano dalle VLDL, che derivano dalle VLDL

4) 4) Lipoproteine bassa densità (LDL)Lipoproteine bassa densità (LDL) che rappresentano la tappa che rappresentano la tappa finale nel catabolismo delle VLDL.finale nel catabolismo delle VLDL.

5) 5) Lipoproteine ad alta densità (HDLLipoproteine ad alta densità (HDL o o -lipoproteine), coinvolte -lipoproteine), coinvolte nel metabolismo del VLDL e dei chilomicroni e nel trasporto del nel metabolismo del VLDL e dei chilomicroni e nel trasporto del colesterolo.colesterolo.

I I triacilglicerolitriacilgliceroli rappresentano i lipidi predominanti nei rappresentano i lipidi predominanti nei chilomicroni e nelle VLDLchilomicroni e nelle VLDL, mentre , mentre il colesterolo e i fosfolipidiil colesterolo e i fosfolipidi rispettivamente rispettivamente nelle LDLnelle LDL ed ed HDLHDL

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2

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Oltre all’uso di tecniche basate sulla loro Oltre all’uso di tecniche basate sulla loro densità le lipoproteine possono essere densità le lipoproteine possono essere classificate in base alle proprietà classificate in base alle proprietà elettroforetiche specifiche in elettroforetiche specifiche in αα ββ, e pre-, e pre-ββ lipoproteine, e possono essere più lipoproteine, e possono essere più accuratamente identificate per mezzo accuratamente identificate per mezzo dell’immunoelettroforesi.dell’immunoelettroforesi.

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I lipidi anfipatici sono componenti I lipidi anfipatici sono componenti essenziali delle lipoproteineessenziali delle lipoproteine

Una lipoproteina tipica come un Una lipoproteina tipica come un chilomicrone o una VLDL,chilomicrone o una VLDL, è è

costituita da :costituita da :

1.1. un nucleo di lipidi, soprattutto un nucleo di lipidi, soprattutto triacilgliceroli non polari ed esteri triacilgliceroli non polari ed esteri del colesterolodel colesterolo

2.2. circondato da un singolo strato di circondato da un singolo strato di fosfolipidi anfipaticifosfolipidi anfipatici e e molecole di molecole di colesterolocolesterolo, orientati in modo che i , orientati in modo che i loro gruppi polari siano rivolti verso loro gruppi polari siano rivolti verso il mezzo acquoso come nella il mezzo acquoso come nella membrana cellulare.membrana cellulare.

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La porzione proteica di una lipoproteina La porzione proteica di una lipoproteina è nota come è nota come apolipoproteina o apolipoproteina o apoproteinaapoproteina e costituisce: e costituisce:

1.1. circa il 70% di alcune HDL circa il 70% di alcune HDL

2.2. meno dell’1% di chilomicroni meno dell’1% di chilomicroni

Alcune Alcune apolipoproteine sono integraliapolipoproteine sono integrali e e non possono essere rimosse mentre non possono essere rimosse mentre altre sono libere di passare ad altre altre sono libere di passare ad altre lipoproteinelipoproteine

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Sezione parziale di una lipoproteina plasmatica, nella quale un singolo strato di componenti portanti gruppi idrofilici (proteine, fosfolipidi, colesterolo libero, racchiude una massa di lipidi completamente idrofobici (trigliceridi, colesterolo esterificato)

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La distribuzione delle apolipoproteine caratterizza

ciascuna lipoproteina

Le apolipoproteine hanno diverse funzioni:

Possono formare parte della struttura delle lipoproteine come l’apo B

Possono essere cofattori enzimatici come la C-II per la lipoproteina lipasi, l’A-I per la lecitina-colesterolo aciltrasferasi e

Possono agire da ligandi nell’interazione con i recettori delle lipoproteine nei tessuti, come apoB-100 e apoE per il recettore delle LDL, apoE per il recettore dei residui di chilomitroni e apo A-I per il recettore delle HDL.

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EmoproteineEmoproteine

Sono proteine molto importanti, coniugate con una o più unità di Sono proteine molto importanti, coniugate con una o più unità di eme (ferro-porfirina); questo gruppo prostetico contiene un eme (ferro-porfirina); questo gruppo prostetico contiene un nucleo centrale metalliconucleo centrale metallico (ione ferroso, Fe (ione ferroso, Fe2+2+) ) chelato da un chelato da un tetrapirrolo ciclico (porfirina).tetrapirrolo ciclico (porfirina).

emeeme citocromo-ccitocromo-c

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Le funzioni dell’emo-proteine possono essere diverse a seconda Le funzioni dell’emo-proteine possono essere diverse a seconda del tipo:del tipo:

trasporto di Otrasporto di O22

riserva di Oriserva di O22

trasporto elettronico tramite reazioni redoxtrasporto elettronico tramite reazioni redox

degradazione di radicali liberi e xenobioticidegradazione di radicali liberi e xenobiotici

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fra i numerosi esempi di emo-proteine umane e fra i numerosi esempi di emo-proteine umane e animali ricordiamo:animali ricordiamo:

Proteina Funzione

Emoglobina Trasporto dell’ossigeno nel sangue

Mioglobina Riserva di ossigeno nel muscolo

Citocromo C Coinvolto nella catena di trasporto degli elettroni

Citocromo P450 Idrossilazione Xenobiotici

Catalasi Degradazione dell’acqua ossigenata

Triptofano pirrolasi Ossidazione del triptofano

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nell’emoglobina e nella mioglobina il nucleo metallico nell’emoglobina e nella mioglobina il nucleo metallico dell’eme è sempre uno ione ferroso, dell’eme è sempre uno ione ferroso, l’ossidazione di questo l’ossidazione di questo compromette la funzione delle due emo-proteinecompromette la funzione delle due emo-proteine

nei citocromi invece il nucleo centrale dell’eme può nei citocromi invece il nucleo centrale dell’eme può alternativamente ossidarsialternativamente ossidarsi (ione ferrico, Fe (ione ferrico, Fe3+3+) ) e ridursie ridursi (ione (ione ferroso, Feferroso, Fe2+2+) permettendo il trasporto di elettroni da una ) permettendo il trasporto di elettroni da una molecola all’altramolecola all’altra

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Struttura di alcune emo-proteine di interesse Struttura di alcune emo-proteine di interesse biomedico:biomedico:

MioglobinaMioglobina: : piccola molecola compatta costituita da una piccola molecola compatta costituita da una singola catena polipeptidica (17 KDa), di forma singola catena polipeptidica (17 KDa), di forma approssimativamente sfericaapprossimativamente sferica

questa molecola è presente nel questa molecola è presente nel tessuto muscolare striato svolge tessuto muscolare striato svolge una funzione importante: una funzione importante: immagazzina l’ossigeno che, in immagazzina l’ossigeno che, in condizioni di scarsa condizioni di scarsa ossigenazione (per es. durante ossigenazione (per es. durante lo sforzo fisico), è rilasciato per lo sforzo fisico), è rilasciato per essere utilizzato dai mitocondri essere utilizzato dai mitocondri per la sintesi dell’ATP per la sintesi dell’ATP

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La mioglobina funziona come carrier di ossigeno tra il sangue extracellulare e il mitocondrio

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L’atomo di ferro 2+ al centro del gruppo eme è coordinato a 4 atomi di azoto delle porfirine e ad un quinto atomo di azoto della catena laterale della istidina prossimale. Il sesto legame di coordinazione serve per legare l’ossigeno.

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Il nucleo di ferro dell’eme è chelato da 2 residui istidinici, His93 e His64; la posizione dell’His93 nella mioglobina è sempre conservata. L’atomo di ferro è posizionato fuori dal piano dell’anello tetrapirrolico della porfirina. Durante il legame con l’ossigeno, il ferro si inserisce all’interno del piano della porfirina. Questo determina un effetto di trazione sulla istidina prossimale (a cui il ferro è legato) e dei residui ad esso legati determinando una modificazione strutturale delle proteine.

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le mioglobine dei mammiferi costituiscono un esempio di proteine con identità di struttura altamente “conservata”

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Legame dell’ossigeno sulla mioglobinaLegame dell’ossigeno sulla mioglobina

l’istidina distalel’istidina distale protegge il complesso eme-ferro protegge il complesso eme-ferro2+2+ dall’ossidazione eme-ferrodall’ossidazione eme-ferro3+3+, incapace di legare l’ossigeno, incapace di legare l’ossigeno

l’istidina distalel’istidina distale inoltre protegge contro il binding con il inoltre protegge contro il binding con il monossido di carbonio, riducendone l’affinità di legame di circa monossido di carbonio, riducendone l’affinità di legame di circa mille voltemille volte

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Emoglobina:Emoglobina: le emoglobine sono proteine tetrameriche composte le emoglobine sono proteine tetrameriche composte da coppie di polipeptidi diversi da coppie di polipeptidi diversi , , , , , s); le forme , s); le forme tetrameriche umane più comuni sono le seguenti:tetrameriche umane più comuni sono le seguenti:

• HbA emoglobina normale dell’adulto HbA emoglobina normale dell’adulto (())

• HbF emoglobina fetale (HbF emoglobina fetale (2 2

• HbS emoglobina delle cellule HbS emoglobina delle cellule falciformi (falciformi (22ss22))

• HbAHbA22 emoglobina minore dell’adulto emoglobina minore dell’adulto

((22))la molecola dell’emoglobina riesce a la molecola dell’emoglobina riesce a legare 4 molecole di ossigeno grazie legare 4 molecole di ossigeno grazie alla presenza di 4 gruppi eme, uno per alla presenza di 4 gruppi eme, uno per ogni subunitàogni subunità

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Il feto ha emoglobine diverse. Poco dopo il concepimento Il feto ha emoglobine diverse. Poco dopo il concepimento sintetizza catene zeta, simili alla catena a e le catene sintetizza catene zeta, simili alla catena a e le catene εε simili simili alle catene alle catene ββ. Nel corso della vita fetale, la catena zeta è . Nel corso della vita fetale, la catena zeta è sostituita dalla catena sostituita dalla catena αα e la e la εε dalla catena dalla catena γγ che poi a sua che poi a sua volta è sostituita dalla volta è sostituita dalla ββ..

L’emoglobina più importante durante gli ultimi 2/3 di vita L’emoglobina più importante durante gli ultimi 2/3 di vita fetale, l’emoglobina F, ha la composizioni in subunità afetale, l’emoglobina F, ha la composizioni in subunità a22γγ22. .

Le catene a e zeta sono formate da 141 aminoacidi, le catene Le catene a e zeta sono formate da 141 aminoacidi, le catene ββ γγ e e δδ contengono 146 residui. contengono 146 residui.

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tetramero costituito da 2 coppie di monomeri uguali a 2 a 2; così 1 e 2 presentano strutture primaria, secondaria e terziaria identiche

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Le associazioni tra le varie subunità dell’emoglobina sono governate da interazioni non covalenti; le subunità sono legate mediante legami ad H, le interazioni sono relativamente forti, quelle e sono più deboli

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Nell’interazione Nell’interazione intervengono il intervengono il residuo Asnresiduo Asn102 102 della catena della catena e il e il residuo Aspresiduo Asp9494 del polipeptide del polipeptide