Le proteine o protidi (dal greco proteios, "primario") sono il componente principale di tutte le cellule dei viventi. Secondo alcune stime, nell'uomo ci sono circa 100.000 proteine diverse, delle quali solo il 2% è stato finora descritto adeguatamente. Esse svolgono la maggior parte delle funzioni vitali: costituiscono infatti gli enzimi, che presiedono a tutte le trasformazioni chimiche delle cellule; svolgono diverse funzioni strutturali, sono responsabili del movimento e della contrazione muscolare, presiedono a tutti i fenomeni di trasporto(l'emoglobina trasporta l'ossigeno e l'anidride carbonica in tutti i distretti dell'organismo), e svolgono ruoli importantissimi nella difesa dell'organismo da agenti estranei.
Ma cosa sono esattamente le proteine? Come sono fatte? E come fanno ad eseguire le loro funzioni? Questa sessione tenterà brevemente di rispondere a queste domande.
Una proteina è una catena costituita da molecole organiche di piccole dimensioni chiamate aminoacidi. Tutte le proteine conosciute sono formate dalla combinazione di soli 20 tipi di aminoacidi. Ogni aminoacido ha un atomo centrale di carbonio, che è conosciuto come carbonio alfa, o Ca. All'atomo Ca sono legati un atomo di idrogeno, un gruppo amminico (NH2), un gruppo carbossilico (COOH), e una catena laterale. E' la catena laterale che distingue un aminoacido da un altro. Le catene laterali possono essere semplici come un atomo di idrogeno o complicate come due anelli di carbonio.
In una proteina, gli aminoacidi sono legati attraverso il legame peptidico. Per questa ragione, le proteine sono catene polipeptidiche. In un legame peptidico, l'atomo di carbonio appartenente al gruppo carbossilico dell'aminoacido Ai si lega all'atomo di azoto appartenente al gruppo amminico dell'aminoacido Ai+1 . In un legame del genere, una molecola d'acqua viene liberata, perchè l'ossigeno e l'idrogeno del gruppo carbossilico si legano ad uno di idrogeno del gruppo amminico. Perciò, quello che troviamo, in realtà, all'interno di una catena polipeptidica è un residuo dell'aminoacido originale. Così, in generale, parliamo di una proteina avente 100 residui, piuttosto che 100 aminoacidi. Le combinazioni pressoché infinite in cui si possono allineare gli aminoacidi e la forma tridimensionale che può assumere il filamento proteico contribuiscono a spiegare la grande diversità di compiti svolti dalle proteine negli organismi viventi.
Proteine: struttura primaria
La struttura primaria di una proteina consiste in una lunga sequenza di aminoacidi legati per mezzo del cosiddetto legame peptidico: il gruppo carbossilico di un aminoacido (un atomo di carbonio, due di ossigeno e uno di idrogeno) si lega al gruppo amminico di quello adiacente (un atomo di azoto e due di idrogeno) con la liberazione di una molecola d'acqua.
La sequenza specifica degli aminoacidi determina la struttura primaria di una proteina (Fig.sopra) e contribuisce alla sua forma tridimensionale. Tuttavia, poichè in una molecola proteica vi sono diverse catene laterali, l'interazione dei vari gruppi con l'acqua o tra di loro fa sì che la catena polipeptidica assuma una struttura più o meno ripiegata, detta struttura secondaria e terziaria, che le conferisce una conformazione specifica.
Tale conformazione spesso comprende anche una struttura quaternaria, che risulta dall'aggregazione di più catene polipeptidiche formanti una proteina (Fig.sotto). Esempi di struttura quaternaria sono l'emoglobina e il collagene.
Proteine struttura tridimensionale.
Con il termine "struttura primaria" si indicano gli aminoacidi che formano una determinata proteina e la loro sequenza. Le caratteristiche chimico-fisiche di questa molecola, però, sono influenzate anche da come la sua struttura primaria si dispone nello spazio. Infatti, le interazioni tra i gruppi molecolari di una proteina fanno sì che la catena lineare di aminoacidi (a sinistra) si ripieghi in una struttura tridimensionale, come quella rappresentata al centro. Quest'ultima si può poi combinare con altre catene, a dare una proteina complessa (a destra).
La determinazione della ripiegatura, o la struttura tridimensionale, di una proteina è una delle principali aree di ricerca della biologia molecolare per tre ragioni.
Primo, la forma tridimensionale di una proteina è in relazione con la sua funzione.
Secondo, il fatto che una proteina può essere distinta in 20 specie differenti di amminoacidi rende la struttura tridimensionale risultante in molti casi assai complessa e senza simmetria.
Terzo, il metodo non semplice e accurato per la determinazione della struttura tridimensionale è conosciuto.
Ma come otteniamo le nostre proteine? Le proteine sono prodotte in una struttura cellulare chiamata ribosoma. I ribosomi sono dei piccoli organuli costituiti da RNA e proteine. Svolgono l'importante funzione di assemblare le proteine, secondo le istruzioni contenute in una importante molecola chiamata acido ribonucleico messaggero o RNA messaggero. Per spiegare come avviene ciò, abbiamo bisogno di spiegare cosa sono gli acidi nucleici.