Struttura e funzione delle proteine

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Le proteine fibrose come la cheratina e il collagene sono essenziali per la resistenza e la struttura dei tessuti. La cheratina, con i suoi ponti disolfuro, conferisce robustezza a capelli e unghie, mentre il collagene, grazie alla sua unica composizione aminoacidica e alla struttura a tripla elica, è vitale per l'integrità dei tessuti connettivi. Entrambe subiscono modificazioni post-traduzionali che ne determinano la funzionalità.

Riassunto

Schema

Strutture Proteiche e loro Funzioni Biologiche

Le proteine sono macromolecole fondamentali per numerosi processi biologici, e la loro funzione è strettamente legata alla loro struttura tridimensionale. Le strutture terziarie delle proteine si classificano principalmente in fibrose e globulari. Le proteine fibrose, quali la cheratina e il collagene, svolgono funzioni strutturali e meccaniche, conferendo resistenza e supporto a tessuti come pelle, capelli e ossa. Le proteine globulari, invece, comprendono enzimi, anticorpi e ormoni, e sono coinvolte in processi metabolici, di difesa e di segnalazione cellulare. La cheratina è formata da catene alfa eliche che si avvolgono in una struttura a coiled coil, stabilizzata da ponti disolfuro, che conferiscono robustezza ai capelli e alle unghie. Il collagene, costituito da tre catene alfa che si intrecciano in una tripla elica, è ricco di glicina, prolina e idrossiprolina, amminoacidi che garantiscono la stabilità e la resistenza della matrice extracellulare dei tessuti connettivi.

Microscopia elettronica a colori della matrice extracellulare con strutture fibrose grigie simili a corde e sfere blu che rappresentano proteine globulari.

La Cheratina e i Ponti Disolfuro

La cheratina è una proteina fibrosa caratterizzata da una struttura secondaria alfa elica che si avvolge ulteriormente in un coiled coil, conferendo resistenza meccanica. I ponti disolfuro, formati da legami covalenti tra residui di cisteina, sono essenziali per la forza e la stabilità della cheratina, limitando la mobilità delle catene proteiche. Questi legami possono essere sia intracatena, all'interno della stessa catena polipeptidica, sia intercatena, tra catene diverse. La densità dei ponti disolfuro determina la resistenza dei capelli e delle unghie, con un numero maggiore di questi legami che corrisponde a una maggiore robustezza.

Il Collagene e la sua Composizione Aminoacidica Unica

Il collagene si distingue per la sua struttura a tripla elica, non composta da alfa eliche ma da tre catene alfa che si avvolgono insieme. La presenza di glicina, l'amminoacido più piccolo, ogni tre residui permette alle catene di avvicinarsi senza causare ingombro sterico. La prolina e l'idrossiprolina contribuiscono alla stabilità della struttura, facilitando la formazione di legami covalenti intramolecolari e ponti incrociati tra le catene. Questi legami, diversi dai ponti disolfuro, conferiscono al collagene una resistenza superiore rispetto alla cheratina e un ruolo essenziale nella matrice extracellulare dei tessuti connettivi.

Sintesi e Modificazione Post-traduzionale del Collagene

La sintesi del collagene inizia nel reticolo endoplasmatico ruvido (RER), dove viene prodotto come pre-procollagene, un precursore non funzionale. Attraverso processi di idrossilazione e glicosilazione, che avvengono nell'apparato del Golgi, vengono aggiunti gruppi idrossili e zuccheri, essenziali per la corretta formazione della tripla elica. Dopo la secrezione, le estremità non necessarie vengono clivate, producendo il tropocollagene, che si aggrega in fibrille collagene mature. Il collagene è quindi una proteina extracellulare vitale per l'integrità strutturale dei tessuti.

Strutture Terziarie delle Proteine Globulari e loro Stabilizzazione

Le proteine globulari presentano una struttura terziaria compatta che consente la formazione di siti attivi per la catalisi enzimatica. Queste proteine esibiscono residui amminoacidici polari sulla superficie e residui idrofobici all'interno, promuovendo la solubilità e la funzionalità in ambienti acquosi. La stabilità della struttura terziaria è assicurata da ponti di idrogeno, interazioni elettrostatiche, forze idrofobiche e, in alcuni casi, dalla presenza di ioni metallici nei siti attivi. Queste interazioni sono fondamentali per mantenere la conformazione funzionale delle proteine, permettendo loro di svolgere ruoli specifici e vitali nelle cellule e nei tessuti.

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