Torniamo allo schema presentato precedentemente: A, B, C, D e P rappresentano delle molecole immaginarie; in questa serie di reazioni A viene trasformato in B, B in C, C in D e D in P. Gran parte delle reazioni che avvengono nelle cellule sono catalizzate (promosse, facilitate) da enzimi (E1, E2, E3 ed E4 in questo caso); ad esempio lo zucchero da cucina, il saccarosio, una volta ingerito deve essere in primo luogo scisso nelle due componenti, il glucosio e il fruttosio. Ognuna delle due seguirà poi una sua strada convergendo, per esempio, nella glicolisi. Questa reazione non avviene spontaneamente ma è catalizzata da un enzima.
Gli enzimi che catalizzano reazioni di questo tipo sono proteine (non tutte le reazioni sono catalizzate da proteine!). Le proteine sono molecole di dimensioni molto variabili in quanto costituite da un numero variabile di unità di base: gli amminoacidi. Gli amminoacidi, come in una collana di perle, sono legati in catene, altrimenti dette "catene polipeptidiche", le proteine appunto.
Gli amminoacidi sono una ventina. Di seguito riporto la tabella dei nomi: alternativamente vengno usate sigle a tre oppure, più spesso, ad una lettera dipendentemente dalla comodità e dal tipo di uso
| Nome intero | 3 lettere | 1 lettera |
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| Acido aspartico | Asp | D | ||
| Acido glutammico | Glu | E | ||
| Alanina | Ala | A | ||
| Arginina | Arg | R | ||
| Asparagina | Asn | N | ||
| Cisteina | Cys | C | ||
| Fenilalanina | Phe | F | ||
| Glicina | Gly | G | ||
| Glutammina | Gln | Q | ||
| Isoleucina | Ile | I | ||
| Istidina | His | H | ||
| Leucina | Leu | L | ||
| Lisina | Lys | K | ||
| Metionina | Met | M | ||
| Prolina | Pro | P | ||
| Serina | Ser | S | ||
| Tirosina | Tyr | Y | ||
| Treonina | Thr | T | ||
| Triptofano | Trp | W | ||
| Valina | Val | V |
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A destra la rappresentazione schematica bidimensionale di un amminoacido; ogni lettera indica un atomo: C (carbonio), H (idrogeno), O (ossigeno) e N (azoto). R indica la porzione della molecola che differisce tra i diversi amminoacidi.
Alcuni dei legami tra gli atomi sono disegnati come trattini mentre altri non sono indicati per nulla [COO è da intendersi O=C-O (ops! "=" è un doppio legame ma sorvoliamo)
Di fianco la rappresentazione 2D (bidimensionale, a sinistra) e 3D (tridimensionale, a destra) dell'amminoacido lisina.
Nella rappresentazione tridimensionale (3D) gli atomi sono mostrati come sfere di diverse dimensioni e colori fuse tra loro.
Di seguito un esempio della struttura tridimensionale di una proteina di Lyophillum decastes.
[www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/
mmdb/mmdbsrv.cgi?uid=125381].
Struttura prodotta con Cn3D
Questa proteina è costituita da due catene con sequenza di aminoacidi identica (indicati qui sotto con le sigle ad una lettera, come descritto nella tabella precedente):
ACWKANSCPGSAFESKDRLRSFALLYCRYNYKPPYGQGAFGYASAVSTHGWETEAQCINTFEQIITSCHGQSNGGTLELNSGRLSLAFGNCEEL
le due catene sono assemblate insieme nella struttura il cui modello è riportato sopra.
Gli aminoacidi sono legati tra loro in un'ordine non casuale: infatti dalla sequenza degli aminoacidi dipende in gran parte la struttura tridimensionale della macromolecola (la proteina): è fondamentale che una proteina assuma la corretta struttura tridimensionale per svolgere la propria funzione.
Semplificando molto, questa struttura (della proteina di Lyophillum decastes in questione) può essere trasformata nella seguente che mostra uno schema dell'avvolgimento della catena polipeptidica. In questo caso gli amminoacidi sono rappresentati dai segmenti colorati
Nelle catene ripiegate gli amminoacidi interagiscono tra loro con forze di vario tipo aiutando a mantenere la struttura generale. Altri fattori che influenzano la struttura e quindi la funzionalità di una proteina sono le variabili ambientali tra cui la temperatura, il pH (che indica se un ambiente è acido oppure basico), la presenza o meno di certi sali minerali, ecc.
Ma a noi cosa interessano le proteine?
Le proteine sono fondamentali per la vita delle nostre cellule, come per qualsiasi organismo, persino per il più semplice dei virus. Le proteine hanno le più svariate funzioni: catalizzano reazioni che altrimenti non avverrebbero; hanno una funzione strutturale, come i mattoni o le parti di un ingranaggio; fungono da trasportatori di varie molecole: si pensi all'emoglobina che trasporta la molecola di ossigeno oppure l' HDL (High Density Lipoprotein) e l'LDL (Low Density Lipoprotein) che trasportano il colesterolo. Molte altre sono le funzioni delle proteine!
Ma a noi cosa interessano le proteine quindi!? Be', l'informazione per costruire una proteina, cioè una catena polipeptidica, è contenuta nel DNA (DeoxyriboNucleic Acid = acido desossiribonucleico). Per chiudere il cerchio, gli enzimi citati nelle pagine percedenti, E1, E2, E3 ed E4, come si diceva, sono proteine (diverse tra loro e con una funzione diversa!): l'informazione per la costruzione di ciascuna è contenuta in un tratto di DNA. L'informazione per la costruzione della proteina di Lyophillum decastes è contenuta in un tratto del DNA del Lyophillum stesso!
E' una scusa come un'altra per introdurre il tema "DNA" e quindi "filogenetica" che spesso utilizza il confronto tra porzioni di DNA di diversi organismi per ricostruire la parentela tra le loro specie di appartenenza.
Procediamo con calma.