Notes on Proteins by Prof. Milan

Non tutto il DNA codifica per le proteine; circa il 90% contiene elementi regolatori.
Solo una porzione del DNA viene trascritta in mRNA e tradotta in proteine.
Il DNA (genoma) è l'insieme della nostra informazione ereditaria, mentre il proteoma è l'insieme di tutte le proteine espresse in una cellula in un dato momento. La complessità del proteoma è maggiore rispetto a quella del genoma.
Il genoma è paragonabile a un libro in codice che viene letto in modi diversi.
La lettura del genoma non è uniforme per tutti gli individui.
L'epigenetica studia la regolazione dei geni senza modifiche al DNA.
- Esempio: differenze tra bruco e farfalla, nonostante lo stesso genoma.
La stessa informazione genetica può generare diversi fenotipi, cellule e individui.
Le mutazioni casuali hanno condotto a cambiamenti significativi nell'evoluzione.
Un singolo gene può produrre diverse proteine in tessuti diversi.
Le proteine variano in base a TEMPO e SPAZIO all'interno dell'organismo.

Le plasmatocellule, derivate dai linfociti B, si attivano in risposta ad antigeni (virus, patogeni, tumori).
Ogni cellula contiene informazioni ereditarie trasmesse tramite DNA.
- L'informazione viene trascritta in RNA e poi tradotta in proteine.
Strutture cellulari incluse: acidi nucleici (DNA, RNA), lipidi, proteine.

I retrovirus, come HIV, trasformano RNA in DNA dopo essere entrati nelle cellule.
Altro esempio: Covid-19, un virus a RNA.

Espressione: regolata tramite trascrizione epigenetica.
Degradazione: es. proteine degradate dopo la mitosi.Non più necessarie nelle fasi successive della divisione cellulare.
Interazioni: con altre proteine e cofattori che possono attivare o inibire segnali.
Modifiche post-traduzionali: modifiche agli amminoacidi delle proteine che influenzano le loro funzioni e proprietà.
Cambiamenti conformazionali: la forma della proteina determina la sua funzione.

Le proteine sono polimeri, catene di amminoacidi.
- Ogni amminoacido contiene un gruppo carbossilico (–COOH), un gruppo amminico (–NH3+), un carbonio centrale e una catena laterale (variabile).
Legami peptidici formati tra il gruppo carbossilico di un amminoacido e il gruppo amminico del successivo.
La sequenza proteica è orientata da N-TERMINALE a C-TERMINALE.
Esistono 20 amminoacidi principali.
- Selenocisteina e pirrolisina identificati in specie rare.

Gli amminoacidi offrono maggiore variabilità rispetto alle basi del DNA.
L'evoluzione ha visto il passaggio da procarioti a eucarioti, permettendo di combinare 20 strutture chimiche.
Aumento della complessità delle proteine porta a una maggiore varietà di funzioni:
    - Componenti idrofobiche, polari, acidi e basici presenti.
    - Amminoacidi con cariche diverse:
        - Basici: lisina, arginina, istidina.
        - Acidi: acido aspartico, acido glutammico.
        - Polari: asparagina, glutammina, treonina, tirosina, cisteina.
La funzione di una proteina è determinata dalla sua forma:
- Esempio: enzimi come il lisozima, che tagliano polisaccaridi nei batteri.

L'idea di "un gene, un enzima" stabilita da studi ereditari di mendel.
Sir Archibald Garrod scoprì l'alcaptonuria, dovuta alla carenza enzimica per la degradazione della tirosina e fenilalanina.
Beadle e Tatum dimostrarono che le muffe mutate non potevano produrre arginina.
Concetto di "un gene, un enzima" è corretto, ma non assoluto.
- Ci sono geni che codificano proteine non enzimatiche.

Le proteine strutturali supportano la cellula, mentre altre codificano RNA come l'RNA ribosomiale e il tRNA.
Le proteine hanno varie funzioni e specificità di legame, come nel caso del glucosio durante la glicolisi.
Siti attivi sono le regioni dove avviene la catalisi delle reazioni chimiche.
Funzioni principali delle proteine:
    - Catalizzatori (enzimi)
    - Recettori
    - Molecole di segnalazione
    - Motori molecolari
    - Canali e pompe per il trasporto delle molecole

Successione di amminoacidi dall'N-terminale al C-terminale, fondamentale per il corretto ripiegamento della proteina.

Comprende la formazione di strutture come alfa elica e beta foglietto:
    - Alfa elica: ponte ad idrogeno tra amminoacidi a distanza di quattro.
    - Beta foglietto: catene di amminoacidi parallele/antiparallele tenute insieme da legami ad idrogeno.
    - Coiled-coil: due eliche si avvolgono, formando strutture fibrose importanti per tessuti strutturali.

Forma tridimensionale finale della proteina, formata da interazioni tra più strutture secondarie e domini.

Formata da più subunità proteiche unite (es. emoglobina, un tetramero di alfa e beta globulina).

Orientano substrati, modificano cariche e forzano interazioni chimiche.
Necessità di cofattori (metalli o molecole complesse) per l'attività enzimatiche.
Gruppi prostetici (stabilmente legati a proteine).

Controlo principale: espressione genica e localizzazione nei compartimenti cellulari.
Legame allosterico può mediare regolazione dell'attività.
Modifiche post-traduzionali (es. fosforilazione) influenzano la conformazione e attività.
La fosforilazione modifica l'attività di enzimi e proteine.
Le proteine che legano GDP possono alternare tra stati attivi e inattivi, come le GTPasi.