Se vi fosse libera rotazione intorno ai legami dello scheletro covalente delle proteine, queste potrebbero assumere un numero infinito di strutture tridimensionali.
Ogni proteina però ha una specifica funzione, il che suggerisce che ogni proteina ha una sola struttura tridimensionale, come dimostrato dal fatto che, potendo le proteine cristallizzare, la disposizione ordinata delle molecole in un cristallo può essere raggiunta solo se le molecole sono identiche.
1) La struttura di una proteina è determinata dalla sua sequenza amminoacidica.
2) La sua funzione dipende dalla struttura tridimensionale
3) La struttura tridimensionale di una proteina è praticamente unica
4) Le forma più importanti che stabilizzano la struttura tridimensionale sono di natura non covalente
5) La conformazione più stabile che una proteina tende ad assumere è quella termodinamicamente più stabile, che ha la minor energia libera di Gibbs (G)
La determinazione della struttura tridimensionale di una proteina è importante per capire i meccanismi molecolari della sua funzione biologica.
Il problema può essere affrontato sperimentalmente con studi di cristallografia a raggi X o con metodi predittivi.
La cristallografia a raggi X rivela l'esatta posizione tridimensionale della maggior parte degli atomi in una molecola proteica.
Metodologie e principi:
1) Ottenere da una soluzione concentrata della proteina pura i cristalli, riducendone la solubilità aggiungendo lentamente sali. Questo processo è lento, difficile, e non sempre ottenibile.
2) Se il cristallo è stato ottenuto, l'analisi si basa su questi concetti:
a) un raggio sottile (X) colpisce il cristallo e parte di esso viene diffratto in varie direzioni. I raggi diffratti vengono rilevati per mezzo di una pellicola radiografica.
b) gli elettroni deviano i raggi X e quindi l'ampiezza dell'onda deviata da un atomo è proporzionalre al suo numero di elettroni (un atomo di C provoca una diffrazione 6 volte più forte di un atomo di H);
c) il modo in cui le onde diffratte si combinano fra di loro dipende soltanto dalla disposizione degli atomi
d) è possibile, quindi, costruire "mappe" che indicano la disposizione degli atomi nella macromolecola.