Biochimica

BIOCHIMICA

Appunti universitari riorganizzati e approfonditi

Concetti chiave • schemi • collegamenti • domande d’esame

→ → →

Sequenza ripiegamento locale conformazione 3D eventuale assemblaggio di subunità

1° 2° 3° 4°

Come usare questi appunti

Le definizioni sono formulate per essere ripetute all’esame, mentre gli schemi aiutano a collegare

struttura, funzione e significato biologico. Le informazioni sono state rese più precise e integrate

con nozioni fondamentali di biochimica.

Corso: Infermieristica

Materia: Biochimica

Biochimica • appunti universitari 1

Indice

• 1. Acqua, polarità e legami a idrogeno

• 2. Proteine e amminoacidi

• 3. Struttura e ripiegamento delle proteine

• 4. Enzimi e catalisi

• 5. Emoglobina, mioglobina ed emoglobinopatie

• 6. Carboidrati

• 7. Lipidi e membrane biologiche

• 8. Digestione e trasporto dei lipidi

• 9. Vitamine

• 10. Acidi nucleici

• 11. Domande d’esame ragionate

• 12. Ripasso finale

Idea chiave → →

In biochimica la relazione fondamentale è struttura proprietà funzione: modificare la

struttura di una molecola può cambiare profondamente il suo comportamento biologico.

Biochimica • appunti universitari 2

1. Acqua, polarità e legami a idrogeno

L’acqua è il principale solvente biologico e condiziona la struttura e le interazioni delle biomolecole.

δ− δ+

Molecola polare: sull'ossigeno e sugli idrogeni

O

H H

La molecola H■O contiene un ossigeno legato covalentemente a due idrogeni. L’ossigeno è più

elettronegativo e attira maggiormente gli elettroni: la molecola presenta quindi una distribuzione

asimmetrica delle cariche e risulta polare.

Legame a idrogeno. È un’interazione intermolecolare relativamente debole che si instaura tra un H

legato covalentemente a un atomo elettronegativo e una coppia elettronica di un altro atomo

elettronegativo, spesso O o N.

Proprietà importanti: coesione, adesione, elevata capacità termica, elevato calore di vaporizzazione e

ottimo potere solvente per molte sostanze polari o ioniche.

Da ricordare

La polarità dell’acqua spiega perché zuccheri, sali e molte molecole polari si sciolgono facilmente,

mentre gli idrocarburi e molti lipidi tendono a separarsi dall’acqua.

• Idrofile: interagiscono con l’acqua e sono spesso polari o cariche.

• Idrofobe: interagiscono poco con l’acqua e sono spesso apolari.

• Anfipatiche: possiedono una parte idrofila e una parte idrofoba; sono fondamentali nelle membrane.

Biochimica • appunti universitari 3

3. Stereochimica degli amminoacidi e legame

peptidico

Quasi tutti gli amminoacidi proteici sono chirali e nelle proteine umane appartengono alla serie L. La

α

glicina è l’eccezione perché il suo carbonio ha due sostituenti uguali (due H) e quindi non è chirale.

Attenzione alla nomenclatura

La sigla L/D non indica semplicemente la direzione di rotazione della luce polarizzata. L/D

descrive una configurazione stereochimica relativa; la rotazione ottica (+/−) è un’altra proprietà.

Il legame peptidico è un legame covalente tra il gruppo carbossilico di un amminoacido e il gruppo

amminico del successivo, con eliminazione di H■O. Ha carattere parzialmente doppio, è rigido e planare

e nella maggior parte delle proteine è in configurazione trans.

Una catena polipeptidica viene letta convenzionalmente dall’estremità N-terminale all’estremità

C-terminale.

Talidomide: collegamento clinico

La talidomide è un esempio importante di farmacologia e stereochimica. La molecola è chirale e

gli enantiomeri possono interconvertire in condizioni fisiologiche; oggi il meccanismo teratogeno è

collegato soprattutto all’interazione con cereblon e alla degradazione di specifiche proteine

coinvolte nello sviluppo embrionale.

Biochimica • appunti universitari 5

4. Struttura e ripiegamento delle proteine

La funzione di una proteina dipende dalla sua conformazione tridimensionale.

→ → →

Sequenza ripiegamento locale conformazione 3D eventuale assemblaggio di subunità

1° 2° 3° 4°

Struttura primaria: sequenza lineare degli amminoacidi, unita da legami peptidici.

α-elica β-foglietto,

Struttura secondaria: organizzazione locale della catena, soprattutto e stabilizzata

principalmente da legami a idrogeno dello scheletro peptidico.

Struttura terziaria: conformazione tridimensionale complessiva di una singola catena, stabilizzata da

interazioni idrofobiche, legami a idrogeno, interazioni ioniche e, quando presenti, ponti disolfuro.

Struttura quaternaria: associazione di più subunità polipeptidiche. Non tutte le proteine la possiedono.

Conformazione nativa: struttura tridimensionale funzionale. La denaturazione altera la conformazione

e può compromettere la funzione; non implica necessariamente la rottura dei legami peptidici.

Regola utile

→ → →

Sequenza ripiegamento forma funzione. Una mutazione può modificare la sequenza

primaria e, di conseguenza, la stabilità o la funzione della proteina.

Biochimica • appunti universitari 6

α-elica, β-foglietto,

5. proteine fibrose e collagene

α-elica: struttura elicoidale stabilizzata da legami a idrogeno tra gruppi C=O e N–H dello scheletro

peptidico. Le catene laterali R sono rivolte verso l’esterno.

β-foglietto: formato da segmenti estesi della catena; i legami a idrogeno si stabiliscono tra filamenti

adiacenti. Può essere parallelo o antiparallelo.

Proteine fibrose: hanno prevalentemente funzione strutturale e tendono a formare fibre resistenti, come

collagene, elastina e cheratine.

Collagene: è una delle principali proteine della matrice extracellulare. Le sue catene sono ricche di

glicina e contengono sequenze caratteristiche con prolina/idrossiprolina; tre catene formano una tripla

elica. La vitamina C è necessaria per specifiche reazioni di idrossilazione indispensabili alla maturazione

del collagene.

Scorbuto

La carenza grave di vitamina C compromette la sintesi e la stabilità del collagene e può causare

fragilità dei tessuti, sanguinamento gengivale e alterata guarigione delle ferite.

Proteine globulari: sono più compatte e svolgono spesso funzioni dinamiche, come catalisi, trasporto o

regolazione.

Biochimica • appunti universitari 7

6. Enzimi: catalisi e sito attivo

Gli enzimi sono catalizzatori biologici; nella maggior parte dei casi sono proteine globulari.

substrato sito

attivo

Un enzima non rende possibile una reazione termodinamicamente sfavorita: modifica soprattutto la

velocità della reazione abbassando l’energia di attivazione.

Il sito attivo è la regione dell’enzima in cui il substrato viene riconosciuto e trasformato. Le interazioni

sono generalmente specifiche ma reversibili.

Specificità: deriva dalla complementarità tridimensionale e chimica tra enzima e substrato. Il modello

dell’adattamento indotto descrive come il legame del substrato possa favorire un cambiamento

conformazionale dell’enzima.

La velocità enzimatica dipende da concentrazione di substrato e enzima, temperatura, pH e presenza di

inibitori o attivatori.

Energia libera ∆G

Per una reazione con < 0 la tra