{"id":13860,"date":"2018-07-04T11:08:09","date_gmt":"2018-07-04T09:08:09","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bmscience.net\/blog\/?p=13860"},"modified":"2024-02-12T22:05:49","modified_gmt":"2024-02-12T21:05:49","slug":"amminoacidi-le-caratteristiche-del-legame-peptidico","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bmscience.net\/blog\/amminoacidi-le-caratteristiche-del-legame-peptidico\/","title":{"rendered":"Amminoacidi – Le caratteristiche del legame peptidico"},"content":{"rendered":"
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Fonte: Chimica Online<\/a><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Il legame alla base della costituzione di una proteina \u00e8 il legame peptidico<\/strong>, un particolare tipo di legame ammidico.
\u00c8 la reazione che avviene tra il gruppo carbossilico di un aminoacido e il gruppo amminico di un altro amminoacido. Quando queste reazioni si ripetono un numero n<\/em> di volte otteniamo lo scheletro polipeptidico o la sequenza amminoacidica primaria di una proteina, da cui deriva poi la conformazione nativa della proteina stessa. \u00c8 una reazione di tipo reversibile e si pu\u00f2 tornare allo stato di amminoacidi separati tra di loro. \u00c8 una condensazione<\/strong> perch\u00e9 la reazione procede tramite la perdita di una molecola di acqua. Il contrario della condensazione \u00e8 la reazione di idrolisi. Il legame peptidico che si forma pu\u00f2 essere rotto tramite l\u2019intervento di una molecola di acqua.
L\u2019equilibrio chimico, in realt\u00e0, nelle condizioni termodinamiche standard, ma anche nelle condizioni intracellulari, \u00e8 sempre spostato verso sinistra, cio\u00e8 verso la condizione di amminoacidi separati, perci\u00f2 dal punto di vista termodinamico \u00e8 una reazione di tipo endoergonico<\/strong>, quindi c\u2019\u00e8 bisogno di un certo quantitativo di energia perch\u00e9 sia il gruppo carbossilico di un amminoacido che il gruppo amminico dell\u2019altro amminoacido, rappresentano un livello di stabilit\u00e0 chimica abbastanza elevato e non vanno incontro alla reazione di condensazione (di legame) se non in seguito a opportuni cambiamenti chimici, che rappresentano la cosiddetta reazione di attivazione dei substrati, che poi porter\u00e0 al prodotto.<\/p>\n\n\n

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Lunghezza del legame<\/h2>\n\n\n
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Il legame C-N che si \u00e8 formato, ha una lunghezza pari a 0.1325 nm. La distanza di legame \u00e8 una misura della forza del legame e d\u00e0 un\u2019idea del tipo di interazione che si stabilisce tra i due atomi. All\u2019inizio si presumeva che fosse un semplice legame<\/strong> carbonio-azoto; per\u00f2 andando a registrare la distanza di legame e misurando anche la distanza di un legame semplice carbonio-azoto e di un legame doppio carbonio-azoto, ci si trovava di fronte ad una misura intermedia tra quello semplice che \u00e8 0.145 nm e il doppio che \u00e8 0.125 nm. Da questa semplice misurazione della distanza di legame, gli scienziati dedussero facilmente che l\u2019interazione interatomica tra il carbonio e l\u2019azoto nella formazione del legame peptidico, in realt\u00e0 rappresenta una condizione intermedia<\/strong> tra un legame semplice e un legame doppio carbonio-azoto. Il fatto che venga rappresentato in questo modo il legame peptidico, in realt\u00e0 \u00e8 sbagliato, perch\u00e9 la giusta rappresentazione del legame \u00e8 pi\u00f9 che altro quella in cui il legame peptidico va incontro ad una serie di forme di delocalizzazione<\/strong> o forme di risonanza<\/strong>, cio\u00e8 gli elettroni che si trovano confinati tra il carbonio e l\u2019ossigeno, in realt\u00e0 non sono confinati nello spazio interatomico carbonio-ossigeno, ma possono avere a disposizione anche altri orbitali e quindi quello che fanno per stabilizzare il legame, ovvero abbassare l\u2019energia della molecola, \u00e8 di distribuirsi anche tra il carbonio e l\u2019azoto. Perci\u00f2 possiamo avere queste forme di risonanza in cui si sviluppa una parziale carica positiva sull\u2019azoto e una parziale carica negativa sull\u2019ossigeno.<\/p>\n\n\n

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Fonte: Molecular Lab<\/a><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

\u00c8 chiaro che la distribuzione di questi elettroni tra l\u2019ossigeno carbossilico e l\u2019azoto amminico non \u00e8 perfettamente simmetrica, quindi non \u00e8 uguale tra l\u2019ossigeno e l\u2019azoto, perch\u00e9 i valori dei due elementi sono diversi: il valore dell\u2019elettronegativit\u00e0 dell\u2019ossigeno \u00e8 maggiore rispetto a quello dell\u2019azoto e ci\u00f2 giustifica la presenza di una maggiore densit\u00e0 di carica negativa sull\u2019ossigeno rispetto all\u2019azoto. Si dice quindi che il legame peptidico assume o presenta un parziale carattere di doppio legame<\/strong>. Il fatto che il legame peptidico presenti questo carattere ibrido tra un legame semplice e un legame doppio \u00e8 fondamentale ai fini della forma che assume la proteina: ha delle importantissime conseguenze sulla struttura complessiva dello scheletro polipeptidico e questo ha un\u2019importante riflesso sulla funzionalit\u00e0 della proteina stessa.<\/p>\n\n\n

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Fonte: I principi di biochimica di Lehninger.<\/a><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Questo parziale doppio legame implica un elemento di rigidit\u00e0<\/strong> nello scheletro polipeptidico, perch\u00e9 il doppio legame si forma grazie alla presenza dei cosiddetti orbitali di tipo \u03c0 (pi greco) in cui si ha una sovrapposizione laterale degli orbitali atomici, al di sopra e al di sotto del piano individuato dai due atomi che si congiungono. Questo comporta una notevole perdita di capacit\u00e0 di movimenti, cio\u00e8 di rotazione intorno al legame doppio o triplo, dove \u00e8 ancora pi\u00f9 bassa la capacit\u00e0 rotazionale.
Anche il parziale carattere di doppio legame del legame peptidico o ammidico ha queste caratteristiche: c\u2019\u00e8 una certa difficolt\u00e0 di rotazione, infatti i legami peptidici sono rigidi<\/strong> e planari<\/strong>. Dalla rigidit\u00e0 scaturisce la planarit\u00e0: i vari atomi legati insieme, il carbonio e l\u2019azoto, l\u2019ossigeno e l\u2019idrogeno legati rispettivamente al carbonio carbossilico e all\u2019azoto amminico, pi\u00f9 i due carboni legati lateralmente, sono tutti planari, quindi giacciono sullo stesso piano. Questa \u00e8 una diretta conseguenza del parziale carattere del doppio legame del legame peptidico. Lo scheletro di una catena polipeptidica pu\u00f2 essere rappresentato come una serie di piani rigidi, separati da gruppi CHR, dove C \u00e8 il carbonio alfa, H \u00e8 l\u2019idrogeno legato a questo e R \u00e8 la catena laterale.<\/p>\n\n\n\n

Dobbiamo immaginare la proteina come una sequenza formata dallo stesso alternarsi di piani peptidici con un numero x di amminoacidi, dove il numero di amminoacidi pu\u00f2 essere pi\u00f9 o meno elevato a seconda della proteina: non ci sono delle misure particolari per le proteine, ma ci sono delle proteine molto piccole che svolgono la propria funzione e hanno una dimensione molecolare molto piccola e delle proteine che hanno una dimensione molecolare enorme. L\u2019unica convenzione che \u00e8 stata adottata dagli scienziati \u00e8 quella che riguarda la distinzione tra polipeptide e proteine: ad esempio una catena polipeptidica formata da un numero compreso tra 10 e 50 corrisponde al polipeptide<\/strong> (da 1 a 10 parliamo di oligopeptidi<\/strong>) e da 50 in su si parla di proteine. Per\u00f2 anche genericamente possiamo parlare di peptidi o di oligopeptidi, per quelli pi\u00f9 piccoli.<\/p>\n\n\n

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Una convenzione importante che \u00e8 stata adottata dagli scienziati \u00e8 quella che stabilisce la direzionalit\u00e0<\/strong> o polarit\u00e0<\/strong> di una proteina. Quando si forma il primo legame peptidico tra due amminoacidi, questo si forma tra il gruppo carbossilico del primo amminoacido e il gruppo amminico del secondo amminoacido. La conseguenza della formazione di questo legame peptidico \u00e8 che il primo amminoacido presenter\u00e0 il gruppo carbossilico impegnato nel legame e il gruppo amminico libero; il secondo amminoacido invece avr\u00e0 il gruppo amminico impegnato nel legame e il gruppo carbossilico libero (caso di un dipeptide). Per stabilire in maniera univoca la natura della proteina e assegnare il nome, \u00e8 stata adottata una convenzione secondo la quale gli amminoacidi vengono numerati (dal numero 1 al numero x) a partire dall\u2019amminoacido N-terminale<\/strong>. Il primo amminoacido della catena polipeptidica corrisponde sempre con l\u2019amminoacido che presenta il gruppo amminico libero, quindi non impegnato in legame e di conseguenza l\u2019ultimo amminoacido sar\u00e0 l\u2019amminoacido che presenta il gruppo carbossilico libero. Infatti si parla sempre di residuo ammino-terminale e residuo carbossi-terminale, che sono rispettivamente il primo e l\u2019ultimo amminoacido della catena polipeptidica o proteina.<\/p>\n\n\n

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Energia del legame peptidico<\/h3>\n\n\n
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Fonte: I principi di biochimica di Lehninger.<\/a><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Per quanto riguarda l\u2019aspetto energetico della formazione del legame peptidico, \u00e8 una reazione endoergonica<\/strong>, quindi ha bisogno di un certo quantitativo di energia. Qui \u00e8 riportato il profilo energetico della formazione del legame, partendo dai reagenti (due amminoacidi), che si devono legare, e arrivando alla formazione del prodotto (il dipeptide). Abbiamo una barriera energetica rappresentata da 50 kcal\/mol, cio\u00e8 una differenza di energia abbastanza elevata.
Deve necessariamente intervenire il carburante metabolico per eccellenza che \u00e8 la molecola di ATP. In realt\u00e0 serve pi\u00f9 di una molecola di ATP, perch\u00e9 una singola molecola libera una quantit\u00e0 di energia pari a 30,5 kJ\/mol corrispondenti a 7,5 kcal\/mol. La differenza di contenuto di energia libera \u00e8 2-4 kcal\/mol, che \u00e8 la differenza tra la condizione di amminoacidi separati e del dipeptide.<\/p>\n\n\n

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C\u2019\u00e8 bisogno di energia perch\u00e9 dobbiamo immaginare questa reazione ad una di sostituzione nucleofila acilica<\/strong>. L\u2019energetica di questa reazione \u00e8 tanto minore quanto migliore \u00e8 la qualit\u00e0 del gruppo uscente (“LG” sta per Leaving Group<\/em>). La qualit\u00e0 del gruppo uscente \u00e8 molto bassa per il gruppo carbossilico, lo ione carbossilato, ecco perch\u00e9 ha bisogno di questo input di energia.<\/p>\n\n\n

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L\u2019amminoacido allora, prima di poter formare il legame peptidico, va incontro a questa reazione di attivazione<\/strong> con una molecola di ATP e si forma un intermedio, l\u2019amminoaciladenilato<\/strong>. Viene attivato tramite l\u2019attacco nucleofilico da parte dell\u2019ossigeno sul fosfato alfa di una molecola di ATP con scissione pirofosforica dell\u2019ATP, per formare un intermedio ad elevato contenuto energetico, l\u2019amminoaciladenilato.<\/p>\n\n\n

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Questo tipo di intervento dell\u2019ATP, che si frammenta in AMP e gruppo pirofosforico, si chiama scissione pirofosforica<\/strong> dell\u2019ATP<\/strong> ed \u00e8 un tipo di reazione che interviene non molto spesso nelle reazioni biologiche, soprattutto in quelle che hanno bisogno di un notevole input energetico. Un altro esempio di scissione pirofosforica dell\u2019ATP \u00e8 quello che avviene nella degradazione degli acidi grassi nella cellula: la tappa enzimatica che viene prima della \u03b2-ossidazione \u00e8 una tappa del tutto simile a questa, cio\u00e8 l\u2019attacco nucleofilico da parte dell\u2019ossigeno del gruppo carbossilico dell\u2019acido grasso sul fosforo di tipo alfa con formazione di un intermedio ad alto contenuto energetico che \u00e8 l\u2019aciladenilato.
Avviene tutto ci\u00f2 perch\u00e9 dobbiamo attaccare al gruppo carbossilico dell\u2019amminoacido un gruppo, l\u2019AMP, che \u00e8 un ottimo gruppo uscente, in maniera tale che la reazione di rottura di questo gruppo, con formazione conseguente del legame peptidico, sia una reazione molto spostata verso destra.<\/p>\n\n\n

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Isomeria Cis e Trans\"\"<\/h2>\n\n\n\n

Per quanto riguarda l\u2019isomeria cis<\/strong> e trans<\/strong> del legame polipeptidico, \u00e8 favorita dal punto di vista termodinamico la forma trans<\/strong> del legame peptidico; trans significa che l\u2019ossigeno del carbonio carbossilico e l\u2019idrogeno legato all\u2019azoto amminico si trovano in posizioni differenti cio\u00e8 da una parte e dall\u2019altra rispetto al piano individuato dal parziale doppio legame, e questo \u00e8 chiaramente dettato dal fatto che nella posizione cis c\u2019\u00e8 un enorme ingombro sterico che destabilizza la struttura e quindi non \u00e8 termodinamicamente favorita se non in percentuali molto basse. Quindi abbiamo una Keq<\/sub> tra la forma cis e quella trans pari a 0.001 il che vuol dire che l\u2019equilibrio forma trans<\/em> forma cis<\/em> \u00e8 completamente spostato verso la forma trans.<\/p>\n\n\n

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Fonte: Doc Player<\/a><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Un caso particolare \u00e8 rappresentato dalla prolina<\/strong>, che si comporta in maniera diversa rispetto agli altri amminoacidi perch\u00e9 \u00e8 caratterizzata da una catena laterale che si lega sia al carbonio \u03b1 che all\u2019azoto amminico, quindi una struttura ciclica che introduce nello scheletro polipeptidico un elemento di rigidit\u00e0 e che si ripercuote anche sull\u2019equilibrio forma cis\/trans. In questo caso la Keq<\/sub> ha un valore molto pi\u00f9 alto il che vuol dire che la forma cis \u00e8 molto pi\u00f9 stabile perch\u00e9 nella forma trans c\u2019\u00e8 un ingombro sterico dovuto alla particolare struttura dell\u2019amminoacido.<\/p>\n\n\n\n

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Fonte: I principi di biochimica di Lehninger.<\/a><\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n

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Il legame alla base della costituzione di una proteina \u00e8 il legame peptidico, un particolare tipo di legame ammidico.\u00c8 la reazione che avviene tra il gruppo carbossilico di un aminoacido e il gruppo amminico di un altro amminoacido. Quando queste reazioni si ripetono un numero n di volte otteniamo lo scheletro polipeptidico o la sequenza…<\/p>\n

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