Gli amminoacidi possono essere collegati tra loro per formare catene contenenti da due a molte migliaia di unità. Le catene corte sono conosciute come peptidi, mentre le catene più lunghe sono chiamate polipeptidi, che includono proteine. Una sequenza di amminoacidi è semplicemente l’ordine di queste unità in una catena polipeptidica. Nel caso delle proteine, la sequenza determina la struttura tridimensionale della molecola, che a sua volta è cruciale per la funzione della proteina. Le sequenze di amminoacidi nelle proteine trovate in un organismo vivente sono codificate nel DNA di quell’organismo.
Struttura degli aminoacidi
Gli amminoacidi hanno tutti una struttura generale costituita da un atomo di carbonio con un gruppo amminico (NH2) da un lato, un gruppo carbossilico (COOH) dall’altro e quello che viene chiamato un gruppo R, o catena laterale. “R” sta per radicale, che in questo contesto significa semplicemente una parte di una molecola. È la composizione della catena laterale che distingue i diversi amminoacidi l’uno dall’altro. Nel più semplice, la glicina, è costituito solo da un atomo di idrogeno, ma in altri la catena laterale è più complessa. Ad esempio, nella tirosina ha una struttura ad anello e nella lisina è costituita da una lunga catena di idrocarburi, una molecola costituita da uno scheletro di carbonio con attaccati atomi di idrogeno.
Come si formano le sequenze
Il gruppo amminico è basico e ha una carica positiva, mentre il gruppo carbossilico è acido e porta una carica negativa. Poiché acidi e basi reagiscono tra loro, ciò rende possibile il legame del gruppo amminico di un amminoacido con il gruppo carbossilico di un altro. Questo è noto come legame peptidico e rilascia una molecola d’acqua come sottoprodotto. Processi chimici come questo sono noti come reazioni di condensazione, perché una parte di ogni molecola è andata persa nel processo: l’H dall’NH2 e l’OH dal gruppo COOH si combinano per formare l’acqua (H2O). A rigor di termini, le unità di amminoacidi che formano peptidi e proteine dovrebbero essere chiamate residui di amminoacidi, ma di solito sono semplicemente indicati come amminoacidi.
Descrizioni della sequenza
Una catena di queste unità avrà tipicamente un gruppo amminico a un’estremità e un gruppo carbossilico all’altra. Per coerenza, le sequenze sono descritte da sinistra a destra, con l’estremità amminica, nota come N-terminale, a sinistra, e l’estremità carbossilica, o C-terminale, a destra. È anche possibile, tuttavia, che le estremità opposte di una catena polipeptidica formino un legame peptidico, dando luogo a una molecola ciclica.
Le proteine e altri polipeptidi possono quindi essere descritti dalla sequenza delle unità di amminoacidi. Per brevità, i nomi delle unità sono generalmente abbreviati con tre lettere o con una sola lettera. Ad esempio, nel sistema a tre lettere, l’arginina è Arg, la leucina è Leu e la prolina è Pro. Nel sistema a una lettera, le lettere per queste unità sono rispettivamente R, L e P. Pertanto, una particolare sequenza di amminoacidi potrebbe essere rappresentata come Leu-Arg-Leu-Pro-Arg-Pro, o come LRLPRP.
Forma e funzione delle proteine
La sequenza di unità in una proteina è conosciuta come la sua struttura primaria. Tuttavia, possono formarsi legami anche tra le catene laterali di una catena polipeptidica, provocandone il ripiegamento in vari modi, e tra le catene laterali di catene polipeptidiche adiacenti. Questi tipi di legame contribuiscono alle cosiddette strutture secondarie, terziarie e quaternarie delle proteine, che determinano le forme tridimensionali complessive delle molecole. I legami tra le catene laterali sono normalmente più deboli dei legami peptidici e fattori come il calore e vari agenti chimici possono romperli, facendo perdere la forma a una proteina, ma preservando la struttura primaria. Questo è noto come denaturazione.
Sebbene ci siano oltre 100 amminoacidi conosciuti, solo circa 20 si trovano nelle proteine che compongono gli organismi viventi. Tuttavia, questi 20 possono formare molte migliaia di sequenze diverse, di lunghezza variabile. Molte proteine sono costituite da più di una catena polipeptidica e possono formare enormi molecole di enorme complessità.
Proteine, geni e DNA
Il DNA di un organismo può essere considerato come un insieme di istruzioni per mettere insieme tutte le proteine di cui ha bisogno. La sequenza amminoacidica necessaria per ogni proteina è codificata nel DNA sotto forma di gruppi di tre nucleotidi noti come codoni, ognuno dei quali rappresenta una particolare unità amminoacidica. I processi di trascrizione del DNA e traduzione dell’RNA consentono a queste unità di essere assemblate nelle sequenze corrette per formare le proteine necessarie quando le cellule si dividono.
Innanzitutto, il DNA viene trascritto per formare un filamento di RNA messaggero o mRNA. L’mRNA si sposta fuori dal nucleo e nel citoplasma della cellula in un ribosoma, dove avviene la traduzione. L’mRNA funge da modello per gli amminoacidi, permettendo loro di unirsi insieme. Per ogni codone, l’RNA di trasferimento, o tRNA, trasporta l’amminoacido libero appropriato dal citoplasma al ribosoma dove si uniscono alla catena esistente. Quando l’mRNA viene tradotto, le unità vengono unite per formare la sequenza specifica per quella proteina.