Le proteine: forma e funzione

Le proteine sono le sostanze chimiche che svolgono diversi compiti all'interno della cellula e dell'organismo.
Ecco qualche esempio:
Le proteine di membrana: sono proteine di trasporto che, insieme ai fosfolipidi, regolano il flusso di sostanze in entrata ed in uscita dalla cellula.

La membrana plasmatica con i fosfolipidi e le proteine di trasporto (in azzurro).immagine tratta dal seguente articolo: "Membrana." Microsoft® Student 2008 [DVD]. Microsoft Corporation, 2007. Microsoft ® Encarta ® 2008. © 1993-2007 Microsoft Corporation. Tutti i diritti riservati.

L'actina (in azzurro) e la miosina (in rosa): sono le due proteine implicate nella contrazione muscolare.

http://it.wikipedia.org

Il collagene: una proteina robusta e resistente presente, ad esempio, nel derma.

http://it.wikipedia.org

La cheratina: è una proteina presente, ad esempio, nel capello: è l'elemento più abbondante nel capello e lo rende robusto e resistente.

http://www.dermes.it/rinforzare-capelli-cheratina/ Dove trovate interessanti approfondimenti sul capello... Ogni suggerimento alle mie allieve, future acconciatrici, è puramente casuale... :-)

Quelle che ho appena presentato sono proteine con funzione plastica o strutturale; altre proteine hanno, invece, una funzione di regolazione o di controllo:
L'insulina: è una proteina prodotta dal pancreas il cui compito è quello di regolare il livello di zucchero nel sangue.

Splendida immagine dell'insulina  http://it.wikipedia.org/wiki/Insulina
rosso: carbonio, verde: ossigeno; blu: azoto; rosa: zolfo

Gli enzimi sono proteine che hanno il compito di consentire le reazioni chimiche nel nostro organismo, catalizzandole, ovvero aumentandone la velocità.

Chi l'ha detto che la chimica non può essere artistica?! Immagine della fosfofruttochinasi un enzima  implicato nella glicolisi. http://it.wikipedia.org/wiki/6-fosfofruttochinasi

Da questi semplici esempi, è facile capire che nell'organismo umano esiste un numero enorme di proteine, una diversa dall'altra. Tutte sono ottenute attraverso la combinazione di 20 mattoni chimici fondamentali: gli amminoacidi. 

Il nostro organismo è in grado di costruire la maggior parte gli amminoacidi che stanno alla base della struttura delle proteine; 8 amminoacidi su 20 però sono definiti essenziali e devono essere introdotti con la dieta: l'organismo non è in grado di sintetizzarli.

Tutti gli amminoacidi che costituiscono le proteine presentano la seguente struttura generale:

Struttura di un amminoacido. http://it.wikipedia.org/wiki/Amminoacidi

Un carbonio centrale al quale è legato un atomo di idrogeno, un gruppo amminico (-NH2), un gruppo carbossilico (-COOH) ed un gruppo chimico R,  che contraddistingue un amminoacido dall'altro. Esistono 20 gruppo R uno per ciascun amminoacido.

Gli amminoacidi si legano tra loro a formare le proteine, facendo reagire il gruppo amminico di un amminoacido con il gruppo carbossilico di un altro, con perdita di una molecola di acqua.
Il legame che si produce è detto legame peptidico.
Ecco un video:

Dunque tutte le proteine sono simili ad un lungo filamento chimico, la cui successione è diversa da proteina a proteina.
Tale successione definisce la struttura primaria di una proteina.
Potete paragonare gli amminoacidi alle lettere dell'alfabeto: la loro combinazione porta alla formazione di un gran numero di parole diverse. Alcune contengono le medesime lettere, altre lettere diverse, altre ancora lettere ripetute: la sequenza degli amminoacidi che compone la proteina è simile alle sequenza di lettere che formano le parole!

Oltre alla struttura primaria, una proteina presenta una struttura secondaria ed una struttura terziaria.
La struttura secondaria è definita dai tipi di avvolgimenti  che interessano tratti del filamento proteico, come le eliche e i foglietti.

Dal sito dell'Università di Pavia, Modulo di biologia cellulare 
http://www-3.unipv.it/webbio/anatcomp/freitas/2008-2009/biocell_BT08-09.htm 

La struttura terziaria, invece, è definita dal modo in cui il filamento proteico si ripiega su se stesso.

Ecco che Wikipedia mi viene ancora in aiuto! Con un chiaro esempio di struttura terziaria.
http://en.wikipedia.org/wiki/Protein_tertiary_structure

Come anticipato dall'immagine precedente, esiste anche una struttura quaternaria.
La struttura quaternaria si genera quando diverse molecole proteiche si saldano tra loro, assemblandosi

Tipica struttura quaternaria dell'emoglobina.  http://it.wikipedia.org/wiki/Struttura_quaternaria  Sono mostrate le quattro subunità, due in blu e due in rosso. I gruppi eme sono in verde.

Ecco una breve ma efficace sintesi del significato della struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria di una proteina:

Non bisogna dimenticare che c'è un legame tra la forma e la funzione delle proteine.
Le proteine che hanno una  funzione plastica sono costituite da catene polipeptidiche disposte in fasci, costruiscono delle fibre.
Invece, le proteine che hanno compiti di regolazione sono simili a dei gomitoli, hanno una forma globulare.
Questa panoramica sulle proteine mi è stata ispirata da una lettrice: Elisa richiedeva, per la verità, la trattazione di argomenti ben più complessi, più adatti a un pubblico universitario che a semplici curiosi e appassionati. Da una breve chiacchierata via mail  è comunque nata l'idea di questo post: sinceramente mi sono divertita a scriverlo, come non mi capitava da tempo! Spero che lo troviate interessante!
Tania Tanfoglio