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 urea: meccanismo di azione
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Lùthien
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Inserito il - 11 luglio 2007 : 16:14:46  Mostra Profilo  Visita l'Homepage di Lùthien Invia a Lùthien un Messaggio Privato  Rispondi Quotando
Ragazzi, una domanda semplice - semplice da una che con la chimica ancora fa un pò a pugni
Il meccanismo d'azione dell'urea... nei lucidi che ci ha dato il mio prof c'è scritto molto genericamente che è un agente denaturante, con formula CO(NH2)2ed è indicato l'esperimento di anfinsen, che denaturava una povera ribonucleasi riducendo i ponti disolfuro.
Il mio libro, fra l'altro, parla di beta mercarptoetanolo e non di urea, ed indica il medesimo esperimento di anfinsen (o almeno sembra).

Vi chiedo, il meccanismo con cui l'urea dovrebbe ridurre i ponti disolfuro qual'è secondo voi? Nel senso, cosa succede? Lo zolfo funge da nucleofilo ed attacca il carbonio carbonilico? (dubito) L'ammina funge da donatore di legami ad idrogeno?
Che caspita succede?
Dopo tre esami di chimica evidentemente non c'ho ancora capito un tubo...
Vi chiedo scusa in anticipo se forse non ho postato nella sezione giusta, sono ancora inesperta

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chick80
Moderatore

DNA

Città: Edinburgh


11491 Messaggi

Inserito il - 11 luglio 2007 : 22:36:38  Mostra Profilo  Visita l'Homepage di chick80 Invia a chick80 un Messaggio Privato  Rispondi Quotando
La soluzione sta nel fatto che l'amico usò urea + mercaptoetanolo!

L'urea ad alte concentrazioni può ridurre i ponti disolfuro in presenza di tioli che hanno funzione catalitica. Non ti so sinceramente dire il meccanismo preciso.
Prova a vedere Disulfide-Bond Cleavage and Formation in Proteins (se non puoi accedere al full-text andami un PM che te lo mando io)

Puoi anche leggere l'articolo di Anfinsen:

Reductive cleavage of disulfide bridges in ribonuclease

Anche questo (sempre di Anfinsen) potrebbe essere utile:

Principles that govern the folding of protein chains.

E poi, tanto per sbavare un po'.... leggiti il suo CV :)
http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1972/anfinsen-bio.html

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Lùthien
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12 Messaggi

Inserito il - 12 luglio 2007 : 13:29:25  Mostra Profilo  Visita l'Homepage di Lùthien Invia a Lùthien un Messaggio Privato  Rispondi Quotando
Grazie mille!!!
il cv non lo leggo sennò mi sento piiiiccola piiiccola

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domi84
Moderatore

Smile3D

Città: Glasgow


1724 Messaggi

Inserito il - 12 luglio 2007 : 17:28:20  Mostra Profilo  Visita l'Homepage di domi84 Invia a domi84 un Messaggio Privato  Rispondi Quotando
Non vorrei dire una cacchiata...
ma ricordo dal libro di biochimica...che pare non sia ancora perfettamente conosciuto il meccanismo con cui l'urea denatura le proteine...

Il mio blog: http://domi84.blogspot.com/
Le foto che ho scattato...
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chick80
Moderatore

DNA

Città: Edinburgh


11491 Messaggi

Inserito il - 13 luglio 2007 : 00:00:30  Mostra Profilo  Visita l'Homepage di chick80 Invia a chick80 un Messaggio Privato  Rispondi Quotando
Probabile, anche negli articoli non c'è proprio un meccanismo molecolare preciso.
E' un po' quello che si diceva qui:
http://www.molecularlab.it/forum/topic.asp?TOPIC_ID=4163

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Lùthien
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12 Messaggi

Inserito il - 16 luglio 2007 : 10:01:27  Mostra Profilo  Visita l'Homepage di Lùthien Invia a Lùthien un Messaggio Privato  Rispondi Quotando
grazie ancora

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Grön
Utente Junior



220 Messaggi

Inserito il - 03 ottobre 2012 : 12:55:02  Mostra Profilo  Visita l'Homepage di Grön Invia a Grön un Messaggio Privato  Rispondi Quotando
Porto su questo thread, dato che l'argomento m'interessa. :D

Purtroppo, a distanza di diverso tempo, sembrerebbe che una risposta definitiva non sia stata trovata. Mi sono imbattuto in svariati articoli in inglese di chimica "pesante" ed oltre ad essere complicatina di per sé, il vero problema è che spesso i risultati sono contrastanti.

Spesso, ad esempio, si evince che gli effetti diversi dipendano dalla concentrazione dell'urea.

Comunque, son abbastanza sicuro nel ricordare che l'esperimento di Anfisen NON prevedesse solo urea, ma bensì urea+mercaptoetanolo. Anche perché, che il beta-mercaptoetanolo riduca i ponti disolfuro, riportandoli allo stadio di due cisteine separate, è sicuro - si fa anche in Chimica Organica.

Quanto all'urea, sul Lehninger vien detto che le interazioni idrofobiche della Rnasi-A sono vinte proprio da quest'ultima.

Ora, in base agli articoletti che ho collezionato, mi sembra di aver capito che l'urea agisca in due modi.

Citazione:
Urea altered water structure and dynamics, thereby diminishing the hydrophobic effect and encouraging solvation of hydrophobic groups. In addition, through urea's weakening of water structure, water became free to compete with intraprotein interactions. Urea also interacted directly with polar residues and the peptide backbone, thereby stabilizing nonnative conformations. These simulations suggest that urea denatures proteins via both direct and indirect mechanisms.

http://www.pnas.org/content/100/9/5142.full



1) interazione "diretta" con lo scheletro polipeptidico: da quel che ho capito, l'urea compete con i gruppi peptidici, per intenderci, quelli responsabili della struttura secondaria delle proteine. L'urea è efficace almeno quanto l'acqua nel formare legami idrogeno, se non di più: 6 totali (4 da donatore con i due NH2.. e 2 da accettore con l'ossigeno). Sembra che l'urea riesca a legare sia il C=O che l'NH di due piani amminoacidici adiacenti, e per farlo li costringe ad assumere la conformazione cis. Il che chiaramente "spezza" l'ordine della struttura secondaria (e crea un effetto cooperativo che smonta un po' tutto).

Per questo stesso principio, l'urea potrebbe inoltre partecipare in legami idrogeno con catene laterali di amminoacidi polari.

2) interazione "indiretta" - praticamente, si comporta da agente caotropico. Aumenta il disordine del solvente (l'acqua, appunto) perché "compete" per formare legami idrogeno con le altre molecole d'acqua, spiazzandone altre. E quindi, diminuisce la necessità dell'effetto idrofobico. E' come se quindi i residui amminoacidici idrofobici della proteina non avessero più la necessità di "fuggire" dall'acqua, giacché l'entropia è già in qualche modo aumentata e l'effetto idrofobico diventa meno importante. Questo è un esempio di "salting in": i domini idrofobi della proteina risultano stranamente più solubili in acqua di quanto non lo fossero prima dell'aggiunta del caotropo.

Altro quote illuminante:

Citazione:

"Chaotropic" agents, such as very high concentrations (e.g., 8M) of urea (H2N-CO-NH2) can form so many H-bonds that they compete with and disrupt interactions with water.


_

Altra fonte (stupenda xD):

Citazione:

A fellow named Christian Anfinsen did this experiment in the 1950's. He took a protein called ribonuclease, a protein that is a digestive enzyme, a protein that helps break down the macromolecule RNA. It must be in its native structure to do this job.
Actually he had to break disulfides here to get full denaturation. So he did: he added a reducing agent: mercaptoethanol (HO-CH3-CH2-SH). In the presence of this reagent, one gets exchange among the disulfides and the sulfhydryls:

Protein-CH2-S-S-CH2-Protein + 2 HO-CH2CH2-SH --->
Protein-CH2-SH + HS-CH2-Protein + HO-CH2CH2-S-S-CH2CH2-OH

The protein's disulfide gets reduced (and the S-S bond cleaved), while the mercaptoethanol gets oxidized.

After disruption of the disulfide bonds in ribonuclease, Anfinsen placed the polypeptide in a sack, and added urea, H2N-CO-NH2 to the solution outside the sack. Urea will break hydrogen bonds at high concentrations (e.g., 8M). {Q&A} The sack is made of a semi-permeable plastic material with pores big enough to allow small molecules like urea and water to pass through but not macromolecules like albumin or ribonuclease. This process of allowing the concentrations of changing small molecules to change while holding the concentrations of large molecules constant is a called dialysis. After allowing time for diffusion, the concentration of urea inside the sack should be the same as the concentration outside. {Q&A} He then checked that the protein had become denatured (e.g., by ultracentrifugation, see below)..

http://ccnmtl.columbia.edu/projects/biology/lecture5/index.htm



Penso che molto simile all'urea sia pure la guanidina, che sicuramente dovrebbe essere un discreto caotropo, ma presumo che funzioni un po' peggio come "attaccante diretto dei gruppi peptidici", venendo a mancare un atomo di ossigeno libero. Di sicuro, l'effetto migliore si ottiene con la versione protonata.. il guanidinio. Nella serie di Hofmeister (http://en.wikipedia.org/wiki/Hofmeister_series) è indicato come uno dei migliori agenti di salting-in cationici. Se combinato con il migliore agente di salting-in anionico (l'iso-tiocianato, SCN-) mi sa che diventa una bomba. PURTROPPO, a dispetto di quel che può sembrare valido, ci sono sempre i 'controstudi':

Citazione:
Neutron diffraction studies on two important chaotropes (guanidinium and thiocyanate ions) show their very poor hydration, supporting the suggestion that they preferentially interact with the protein rather than the water.


Boh!

_

A me piacerebbe tantissimo approfondire il discorso, tanto più che il mio docente è stato di un'ambiguita disarmante: lui parla solo di un "effetto mediato dai legami idrogeno", ma non aggiunge nulla d'altro circa il meccanismo d'azione specifico.

Forse però è proprio vero, se ne sa davvero troppo poco per poter insegnare cose che son a conti fatti ancora nell'ambito della sperimentazione.

_

Altri link per i curiosi:

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2142645/
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2579336/

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