Biochimica

FANZANI - BIOCHIMICA

domenica 23 aprile 2023 18:02

MACRONUTRIENTI

• Carboidrati

• Lipidi

• Proteine

ELEMENTI CHIMICI

Ci sono 30 elementi essenziali per gli organismi viventi ma solamente 4 sono quelli più abbondati nel corpo umano,

che costituiscono il 90% della massa delle cellule: carbonio, idrogeno, azoto e ossigeno

CARBOIDRATI C H O

n 2n n

• Riconosciamo 3 dei 4 elementi chimici essenziali per l'organismo nella formula dei carboidrati, rimane fuori

l'azoto (infatti nell'alimentazione devono essere assunte anche le proteine)

• I carboidrati sono i composti organici più abbondanti e più diversificati in natura

• Rappresentano i 3/4 del peso secco dei vegetali e solo l'1% degli animali

FUNZIONE:

• Deposito di energia chimica (sottoforma di glucosio, amido, glicogeno)

• Costituenti delle strutture di sostegno per piante (cellulosa), per i gusci dei crostacei (chitina), per i tessuti

connettivi degli animali (polisaccaridi acidi)

• Lubrificazione articolazioni

• Riconoscimento e adesione tra le cellule (glicoconiugati)

SUDDIVISIONE:

I carboidrati si dividono in DIGERIBILI e NON-DIGERIBILI

I carboidrati digeribili si suddividono in carboidrati a RILASCIO VELOCE/SEMPLICI a seconda del numero di zuccheri

semplici che contengono come monosaccaridi, disaccaridi e oligosaccaridi mentre quelli a RILASCIO

LENTO/COMPLESSI sono i polisaccaridi.

1. MONOSACCARIDI:

• Singola unità polisaccaridica aldeidica (aldosi) o chetonica (chetosi)

• "Saccaridi" per il loro sapore dolce

• Solidi cristallini, incolori, facilmente solubili in acqua (è presente il gruppo OH)

• I più comuni hanno un numero di carboni fra 3 e 6 e tutti presentano un gruppo carbonilico e un gruppo

ossidrile

• Tutti i carboidrati del regno animale derivano dai 2 più semplici: la gliceraldeide e il diidrossiacetone

GLICERALDEIDE

Aldotrioso

N.iupac: 2,3-diidrossipropanale

DIIDROSSIACETONE

chetotrioso

N.iupac 1,3 - diidrossiacetone

Tutti i monosaccaridi eccetto questo contengono uno o più atomi di

carbonio asimmetrici quindi chirali perciò sono presenti in natura come

forme isomeriche otticamente attive

BIOCHIMICA GENERALE Pagina 1

Tutti i monosaccaridi eccetto questo contengono uno o più atomi di

carbonio asimmetrici quindi chirali perciò sono presenti in natura come

forme isomeriche otticamente attive

Tra i monosaccaridi si trovano il GLUCOSIO (aldoesoso), FRUTTOSIO (chetoesoso) e il GALATTOSIO (aldoesoso)

2. DISACCARIDI

• Sono formati da due unità saccaridiche

• Tra questi si trovano il SACCAROSIO (comune zucchero da cucina, formato da fruttosio e glucosio uniti da

legame alfa-1,2-glicosidico) , LATTOSIO (presente nel latte e nei suoi derivati, costituito da glucosio e

galattosio uniti da legame beta-1,4-glicosidico) e MALTOSIO (costituito da 2 unità di glucosio uniti da legami

alfa-1,4-glicosidico) e si formano attraverso legami glicosidici dei tre monosaccaridi.

3. POLISACCARIDI:

• Catene lineari (legami 1-4, alfaglicosidici) o ramificate (legami 1,6 - alfaglicosidici), molto lunghe perché

formate da centinaia o migliaia di unità monosaccaridiche unite da legami glicosidici

• Si suddividono in OMOPOLISACCARIDI se sono formati dalle stesse unità che si ripete n.volte o

ETEROPOLISACCARIDI se sono formati dalla condensazione di monosaccaridi diversi fra loro.

OMOPOLISACCARIDI

Tra questi si trovano AMIDO, CELLULOSA E GLICOGENO

AMIDO

• La fonte principale di glucosio nell'alimentazione

• Numerose unità di glucosio polimerizzate e unite tra loro che unendosi rilasciano molecole di acqua

• E' formato da molecole lineari di AMILOSIO (legame alfa- 1,4-glicosidico tra l'OH del carbonio 1' della prima

molecola di glucosio e il gruppo OH del carbonio 4' del glucosio che segue) e molecole ramificate di

AMILOPECTINA (legame 1,4 glicosidico + legame alfa-1,6 glicosidico tra l'OH del carbonio 1' e l'OH del

carbonio 6') BIOCHIMICA GENERALE Pagina 2

carbonio 6') 

CELLULOSA

• Polisaccaride più abbondante in natura

• Molecole di glucosio unite da legami Beta-1,4-glicosidici

• Non può essere sfruttata dall'uomo perché non c'è l'enzima necessario per rompere questo legame, viene

utilizzata perché stimola la peristalsi intestinale e porta ad un senso di sazietà

GLICOGENO

• E' formato da unità di glucosio unite da legami alfa-1,6 glicosidici

• Polisaccaride di riserva: la sua funzione principale è quella di costituire le riserve di glucosio nel fegato e nei

muscoli , questo perché ci sono degli enzimi chiamati glicogeno fosforilasi che rimuovono i residui di glucosio

dal glicogeno al momento del bisogno.

BIOCHIMICA GENERALE Pagina 3

-Nei muscoli sono immagazzinati i 2/3 del glicogeno dell'intero organismo (200-300g). Nel muscolo però

non è presente l'enzima glucosio-6-fosfatasi che rimuove il gruppo fosfato dal glucosio-6-fosfato quindi il

glicogeno epatico non può essere sfruttato da altri tessuti (perché rimane fosforilato) ma solo dal muscolo

stesso durante l'attività fisica producendo ATP per le contrazioni muscolari; se questa avviene ad intensità

basse si ha un minimo consumo di glucidi, se avviene ad intensità moderata l'ossidazione dei lipidi non riesce

a far fronte alle richieste energetiche per cui si inizia ad utilizzare il glicogeno muscolare, finchè nell'attività

intensa questo diventa il substrato principale. (Il glicogeno lega a sé una quantità di acqua notevole, per cui

dopo uno sforzo fisico e prolungato la perdita di peso può essere notevole)

-Nel fegato è immagazzinato 1/3 del glicogeno dell'intero organismo (80-100g) sottoforma di catene più

lunghe e pesanti rispetto a quelle del muscolo. Il principale ruolo del glicogeno epatico è quello di mantenere

stabili e costanti i livelli di glucosio ematico (dando la precedenza ai tessuti glucosio-dipendenti come il SNC)

ad una concentrazione tra i 75 e 110 mg/dL (normo glicemia):

Il glicogeno epatico rappresenta la principale scorta endogena di carboidrati che viene sfruttata dai vari

tessuti del corpo perché nel fegato è presente l'enzima che non si trovava nel muscolo in grado di rimuovere

il gruppo fosfato dal glucosio-6-fosfato e quindi ripristinare il glucosio neutro, che può quindi essere rilasciato

dagli epatociti ed entra nel torrente ematico tramite il trasportatore GLUT2.

-Il fegato è inoltre l'unico organo in grado di operare la gluconeogenesi: questo processo è il contrario della

glicolisi e permette di ossidare l'acido lattico a piruvato; condensando due molecole di piruvato si ottiene il

glucosio.

-Il fegato è capace di riciclare alcuni aminoacidi chiamati aminoacidi gluconeogenici e trasformarli in

glucosio quando il glucosio non è più ricavabile dal glicogeno. Le protine vengono demolite e trasportate al

fegato tramite il circolo ematico dove gli enzimi transaminasi legano l'amminoacido e ne strappano il gruppo

amminico ottenendo un alfa-chetoacido. Da questo il fegato ricava il glucosio.

ETEROPOLISACCARIDI

Sono molecole derivate dalla condensazione multipla di monomeri saccaridici diversi fra loro. Tra questi

troviamo i GLICOSAMMINOGLICANI GAG formati da N-acetilglucosammina unita ad acido uronico o

idruronico. Queste sono molecole cariche negativamente perchè possiedono gruppi P.

4. OLIGOSACCARIDI: corte catene di unità monosaccaridiche condensate tra loro tramite legami glicosidici.

Sono più grandi dei disaccaridi ma meno dei polisaccaridi. La catena saccaridica che si forma è facilmente

digeribile e una volta assimilata dona energia (es. la maltodestrina presente negli integratori)

5. POLISACCARIDI ACIDI

Tra questi troviamo l'ACIDO IALURONICO, il più semplice polisaccaride acido presente nei tessuti connettivi

con la funzione di lubrificante per le articolazioni (per questo utilizzato anche nell'ambito cosmetico). L'acido

ialuronico è formato da una molecola di glucosio in cui il C2 è sostituito da un gruppo amminico

(glucosammina) acetilato (infatti è acetil-glucosammina) e l'EPARINA che ha attività anticoagulante; questa è

una molecola polianionica infatti presenta gruppi solfato carichi negativamente

6. ALTRI (PROTEOGLICANI= proteine+GAG, GLICOPROTEINE, GLICOSFINGOLIPIDI: lipidi con teste idrofiliche

formate da oligosaccaridi).

PARENTESI DI CHIMICA ORGANICA…

STEREOCHIMICA

• Tutti i carboidrati, escluso il diidrossiacetone, contengono uno o più centri chirali, quindi esistono come due

enantiomeri rappresentabili tramite proiezioni di Fisher

• Per mostrare le configurazioni dei carboidrati si usano le proiezioni di Fisher; i segmenti orizzontali

rappresentano legami diretti verso chi legge e i segmenti verticali legami diretti lontano da chi legge.

BIOCHIMICA GENERALE Pagina 4

rappresentano legami diretti verso chi legge e i segmenti verticali legami diretti lontano da chi legge.

Fisher assegnò arbitrariamente D,L alla gliceraldeide ma in seguito agli esami di cristallografia a raggi X la sua

deduzione si rivelò corretta.

• Nel caso di composti come carboidrati o amminoacidi si usa ancora il sistema D,L (il glucosio è

destrorotatorio e per questo è anche chiamato destrosio). Generalmente i carboidrati della serie D sono i più

importanti

• Il sistema D,L non specifica il senso di rotazione che è invece rappresentato da un +

ALDOSI E CHETOSI

I monosaccaridi che contengono un gruppo aldeidico sono classificati come aldosi, mentre quelli che contengono

un gruppo chetonico sono classificati chetosi.

I due zuccheri più semplici sono triosi e sono la gliceraldeide come aldotrioso (2,3-diidrossipropanale) e il

diidrossiacetone come chetotrioso (1,3-diidrossipropanone).

FORMULE DI HAWORTH

Il modo più comune per rappresentare la struttura ciclica dei monosaccaridi è la proiezione di Hawort: un

emiacetale ciclico viene rappresentato come un pentagono (furanosio = derivato dal furano) o un esagono

(piranosio = derivato dal pirano) planare che giace perpendicolarmente al piano del foglio

FORME CICLICHE

• Quando i gruppi ossidrile e carbonile fanno parte di una stessa molecola abbiamo visto che questa tende a

ciclizzare se si forma un ciclo stabile a 5 o 6 termini

• Meccanismo: il gruppo ossidrile del carbonio che è un nucleofilo e presenta doppietti inutilizzati, attacca il

carbonio carbonilico 1 (o 2 nel caso si tratti di un chetoesoso) che, invece, è carente di elettroni: si viene quindi

a creare un GLICOSIDE, ovvero un composto che ha un legame glicosidico tra l’idrogeno del gruppo ossidrile e

l’ossigeno, carico negativamente, del gruppo carbonile, che porta alla rottura di uno dei due legami che

tenevano quest’ultimo legato al carbonio.

• L’attacco nucleofilo crea due isomeri, che differiscono per la posizione del gruppo ossidrile: La variante alfa

presenta il gruppo—OH legato al carbonio anomerico dalla parte opposta rispetto a quella del gruppo

terminale -CH2OH (il gruppo ossidrilico del carbonio 1 si trova quindi sotto al piano della molecola), mentre

la variante beta (la prevalente) presenta il gruppo OH legato al carbonio anomerico e il gruppo terminale -

CH2OH dalla stessa parte dell'anello (il gruppo ossidrilico è sopra al piano)

• Il nuovo stereocentro viene definito carbonio anomerico, mentre gli stereoisomeri che differiscono

solamente per il carbonio anomerico sono detti anomeri.



Nel caso del glucosio si osserva la formazione di un esoso D-glucopiranosio (questo nome è più specifico rispetto a

D-glucosio, in quanto suggerisce che il glucosio si trova effettivamente in forma ciclica).

Nel caso del fruttosio si osserva lo stesso tipo di reazione, ma essendo un chetoso il carbonio carbonilico è in

BIOCHIMICA GENERALE Pagina 5

Nel caso del fruttosio si osserva lo stesso tipo di reazione, ma essendo un chetoso il carbonio carbonilico è in

posizione 2 quindi si ottiene un anello furanosico (a 5 atomi), definito come fruttofuranosio.

PASSAGGIO FISHER -> HAWORTH -> SEDIA

Se per i furanosi questa è la struttura che li rappresenza meglio, nel caso dei piranosi l'anello a 6 termini è meglio

rappresentato dalla conformazione a sedia: nel caso della conformazione Beta ciascun gruppo OH, incluso quello

anomerico è equatoriale, mentre nel caso della conformazione Alfa sono equatoriali ma quello anomerico è assiale.

La conformazione Beta è quella più stabile ed è quella maggiormente presente in soluzione acquosa.

LIPIDI

Sono macromolecole divise in semplici e complessi che svolgono numerose funzioni all'interno del nostro

organismo.

• Strutturale -> è la funzione principale dei fosfolipidi i quali formano le membrane biologiche e gli organelli

delle cellule

FOSFOLIPIDI

Sono lipidi complessi

→ La membrana plasmatica è formata da un doppio strato di fosfolipidi: due file di molecole lipidiche sono

→ disposte coda a coda l'una verso l'altra per tenersi lontane dall'acqua, mentre le teste idrofiliche si

dispongono verso la superficie acquosa. Questo consente di tenere la divisione tra i compartimenti acquosi

da quelli non acquosi.

La membrana è formata da acidi grassi insaturi: questi, a causa dei loro ripiegamenti, impediscono

→ l'impacchettamento serrato delle catene e quindi conferiscono un carattere semi-liquido alla membrana ->

MODELLO A MOSAICO FLUIDO: questo modello consente il passaggio di composti idrofobici mediante

diffusione e dei composti polari tramite il trasporto attivo mediato da canali.

Sul carbonio 3 è legato un gruppo fosfato

polianionico che costituisce la testa

idrofila solubile in acqua.

Dopodichè al gruppo fosfato può essere

legata una colina o una serina a formare

la fosfatidilcolina o la cefalina

• Energetica -> i lipidi producono circa 9,5 kcal per grammo (circa il doppio rispetto a proteine e carboidrati)

per cui rappresentano il principale deposito di energia dell'organismo

TRIGLICERIDI

Sono lipidi complessi formati da una molecola di glicerolo (alcol) esterificata con 3 acidi grassi (acidi

→ carbossilici). Il legame estereo si forma con l'interazione del gruppo OH del glicerolo con il gruppo

BIOCHIMICA GENERALE Pagina 6

carbossilici). Il legame estereo si forma con l'interazione del gruppo OH del glicerolo con il gruppo

carbossilico dell'acido grasso, con condensazione di una molecola di acqua.

I trigliceridi vengono depositati negli adipociti e, insieme agli acidi grassi, sono la principale fonte energetica

→ del nostro corpo. Sono formati da una molecola di glicerolo

(propantriolo) e da due acidi grassi (acidi

carbossilici) uniti da un legame estereo a formare la

coda idrofobica.

→ glicerolo + 3 acidi grassi - 3H O = trigliceride

2

ACIDI GRASSI

Sono i lipidi più semplici e i più comuni

→ Si differenziano per la lunghezza della catena di carbonio (in genere hanno un numero pari di atomi di

→ carbonio perché si aggiungono a 2 a 2 alla volta dalle unità di acetato). Da questo dipendono le

caratteristiche fisiche dell'acido grasso perché man mano che la lunghezza della catena aumenta la solubilità

diminuisce e aumenta il punto di fusione.

Si differenziano anche per il tipo di legame: se hanno solo legami singoli sono detti acidi grassi SATURI, se

→ presentano almeno un doppio legame sono detti acidi grassi INSATURI (insaturi di atomi di H)

Sono generalmente formati da atomi di carbonio da 10 a 20: gli acidi grassi saturi a catena corta sono liquidi a

→ T ambiente mentre quelli a lunga catena solidi (burro), gli acidi grassi insaturi sono sempre liquidi (margarina)

Perché la margarina non è liquida? Perché l'industria ha bisogno di produrre prodotto semi-solidi, per cui la

margarina viene sottoposta a idrogenazione catalitica, quindi viene saturata di idrogeni; per questo motivo perde

anche i suoi benefici e svolge un ruolo energetico

Raramente si trovano liberi nell'organismo ma in genere sono esterificati con il glicerolo o con il colesterolo

→ Sono molecole ANFIPATICHE o ANFIFILICHE perché formati da una catena carboniosa (idrofoba) che termina

→ con un gruppo carbossilico (idrofilo): per questo motivo, in acqua formano micelle, strutture sferiche con un

guscio idrofilo e un interno idrofobico

COLESTEROLO

E' un lipide complesso con una duplice funzione: da una parte viene accumulato e se la concentrazione nel

→ sangue diventa troppo produce delle occlusioni dannose per il sistema. Dall'altro lato, è fondamentale per

mantenere la fluidità della membrana perché se ve ne è troppo poco la membrana risulta rigida, se ve ne è

troppo la membrana risulta troppo elastica. Oltre a questo, forma delle zone chiamate rafts lipidici che

servono a trasmettere segnali fra l'esterno e l'interno della cellula

Il colesterolo possiede una coda lipidica chiamata isoottano che si lega alla porzione idrofobica dello strato

→ BIOCHIMICA GENERALE Pagina 7

Il colesterolo possiede una coda lipidica chiamata isoottano che si lega alla porzione idrofobica dello strato

→ fosfolipidico

Ha una struttura molto simile a quella degli STEROIDI (testosterone, estradiolo, vitamina D, acido folico):

→ struttura di base steroidea (catena laterale alchilica) insolubile in acqua e una porzione idrossilata (3 anelli

esagonali e uno pentagonale). N.B si collega all'ultimo capitolo con le vitamine steroidee

◊

• Precursori di biomolecole: fondamentali nei processi del sistema immunitario come la coagulazione

PROSTAGLANDINE

Lipidi complessi che derivano dal riarrangiamento degli acidi grassi insaturi omega 3, responsabili della

→ formazione della prostaglandine antiinfiammatorie, e degli