Biochimica generale e dello sport

BIOCHIMICA GENERALE E DELLO SPORT - PRIMO SEMESTRE

17/10/2024

INTRODUZIONE AL CORSO

Noi dobbiamo conoscere bene la biochimica per poi capire quello che lo sport cambia della

biochimica

●​ Lo sport è il meccanismo fisiologico più potente per alterare l’omeostasi

metabolica

○​ Ci dà tante informazioni non solo per lo sportivo ma anche per la gente

comune perché ci consente di comprendere meglio la biochimica

normale

3 obiettivi importanti:

1)​ conoscere e comprendere le proprietà chimico – fisiche e l’organizzazione strutturale

delle principali macromolecole biologiche (glucidi, lipidi…);

2)​ conoscere e comprendere le principali vie metaboliche e i meccanismi che regolano

il metabolismo di un uomo sano normale;

3)​ conoscere e comprendere la biochimica e la bioenergetica del muscolo scheletrico

affinché si possano spiegare, dal punto di vista molecolare i principali adattamenti

indotti dall’esercizio fisico

Il corso è annuale → 10 CFU ed è strutturato in 20 lezioni (10 per semestre)

-​ nel secondo semestre, il corso prevede anche un laboratorio di BIOCHIMICA DELLA

NUTRIZIONE con la professoressa Daniela Tavian

Nessun libro (appunti e attenzione a lezione)

ESAME

30 domande a scelta multipla – 5 risposte delle quali 1 sola corretta

1 punto per risposte esatte, 0 punti per errate o non date

30 LODE → 30 domande esatte 1

LA LOGICA MOLECOLARE

“Gli organismi viventi sono composti da molecole inanimate” → A. Lehninger

Queste molecole seguono delle leggi che regolano la vita di queste molecole inanimate.

Queste leggi sono quelle della chimica e della fisica.

Lo scopo della biochimica è quello di capire come, dall’interazione di molecole inanimate, si

genera e si perpetua la vita → Devo conoscere, inizialmente, le molecole.

BIOCHIMICA:

-​ descrittiva → studio della composizione della materia vivente

-​ dinamica → studio del metabolismo

MATERIA:

●​ è costituita da un elemento

●​ è una porzione omogenea (= composta da atomi uguali)

La materia è divisa in:

●​ sostanze pure

●​ elementi

●​ composti → composizione di più elementi

●​ miscele

SOLUZIONE → è una miscela omogenea

Il SOLVENTE è presente in forma maggiore (in questo caso l’acqua)

Il SOLUTO è presente in condizioni minori perché è sciolto

SOLVENTE + SOLUTO = SOLUZIONE

Una soluzione può essere:

●​ gassosa

●​ solida

●​ liquida

ACQUA:

è formata da due elementi: ossigeno e idrogeno

ossigeno

-​ → una molecola

ossigeno due molecole

-​ →

In natura ci sono 109 elementi ma, in realtà, solo pochi vengono utilizzati dal corpo

umano.

→ 25 sono fondamentali per la vita;

→ → di questi 25, solo 4 compongono il 97 % del corpo umano

●​ Ossigeno - O

●​ Carbonio - C

●​ Idrogeno - H

●​ Azoto – N

L’acqua è l’elemento principale che costituisce il corpo umano

❖​ Più si cresce, meno acqua abbiamo in corpo

➢​

È il solvente dove hanno luogo la maggior parte delle reazioni biochimiche 2

Le macromolecole biologiche hanno quella struttura/funzione per interagire con

l’acqua. Nessun altro solvente ti garantisce quella struttura e, quindi, quel solvente.

IMPONE “CONFORMAZIONI PREFERENZIALI”

L’acqua è una molecola POLARE

●​ Si viene a creare un DIPOLO: polo positivo (+) e polo negativo (-)

●​ L’ossigeno attrae gli elettroni a sé mentre l’idrogeno, perdendoli, diventa

positivo

NON ESISTE NESSUN PROCESSO CHE PORTI AD AVERE LA

★​ MOLECOLA H O → l’acqua temperatura ambiente che abbiamo nel nostro

2

corpo NON ha una formula perché, ogni atomo di ossigeno attrae elettroni a

sé mentre, il polo positivo sono i due atomi di idrogeno.

L’acqua è una maglia, una rete di legami idrogeno DEBOLI.

○​ Se metto insieme tanti legami deboli, formo una struttura forte

■​ MA plastica

L’acqua può formare fino a quattro legami idrogeno

COMPOSTO POLARE = IDROFILO (= amico dell’acqua)

→ sostanza capace di reagire con l’acqua e che acquista una conformazione ben definita

COMPOSTI NON POLARI/APOLARI = sono IDROFOBICI

→ insolubili in acqua

→ i lipidi non sono solubili in acqua – assumono la forma della goccia

→ micella lipidica – le code vanno all’interno, le teste vanno all’esterno

L’acqua presente nel nostro corpo

Sotto vediamo la rappresentazione della percentuale di acqua presente nel nostro

corpo durante le varie fasce d’età:

●​ la percentuale di acqua presente all’interno dle nostro corpo non è fissa

mavaria e dipende anche dal sesso e dall’età;

○​ dipende anche da altri fattori costituzionali come, ad esempio, il

rapporto tra massa muscolare e massa grassa 3

BIOMOLECOLE

A)​ Glucidi o zuccheri

B)​ Lipidi

C)​ Proteine

D)​ Acidi nucleici

E)​ Vitamine:

a)​ sono definite, in termini biochimici, come MOLECOLE ESSENZIALI

(essenziale non inteso come fondamentale o vitale MA CHE NON PUò

PRODOTTO DALLA CELLULA, va preso esclusivamente con

ESSERE

l’alimentazione)

Proprietà generali delle biomolecole

1)​ Sono strutture complesse e ben organizzate (l’organizzazione è funzionale al ruolo);

2)​ la struttura specifica di ogni molecola determina la funzione della stessa;

3)​ alcune biomolecule sono informazionali → dalla banca dati vengono informazioni per

la sintesi proteica e ogni banca dati è diversa;

4)​ i legami deboli svolgono un ruolo cruciale nella formazione e nel mantenimento della

struttura tridimensionale;

5)​ sono composti del CARBONIO

a)​ unico degli elementi in gradi di formare dei legami chimici stabili – è In grado

di legare ossigeno, idrogeno e azoto (unico in gradi di Legarsi con altri

elementi così importanti)

b)​ può formare legami singoli, doppi e tripli (poco utilizzati)

I composti più semplici del carbonio sono gli IDROCARBURI

❖​ Gli idrocarburi sono poco importanti dal punto di vista bio-medico

❖​ Sono invece importanti altre molecole organiche nelle quali uno o più legami tra “C” e

❖​ “H” sono sostituiti con legami con gruppi funzionali

GRUPPI FUNZIONALI

GRUPPO OSSIDRILE C – OH

GRUPPO CARBONILE C – O

GRUPPO CARBOSSILE C – COOH → CON ph 7.4 abbiamo C –

–

COO +

GRUPPO AMMINICO C – NH → tende ad accettare H e

2

diventa GRUPPO AMMONIO = C – NH

3

GRUPPO ALDEIDICO C - || O → ULTIMO LEGAME DEL

CARBONIO (DOPO “C” HAI “H”)

GRUPPO CHETONICO C - || O → LEGAME AD UN

CARBONIO INTERNO ALLA CATENA

(DOPO “C” HO “C”) 4

GRUPPI CARBONILICI

Non esistono acidi senza basi e viceversa

I lipidi, a differenza degli zuccheri, sono uno diverso dall’altro 24/10/2024

I GLUCIDI

●​ Macro molecola che compone il corpo umano

●​ Carboidrati → idrati del carbonio (carbonio + idrogeno)

●​ Struttura - funzione = se conosco la struttura, capisco la funzione

Cosa sono?

●​ sono le molecole organiche più abbondanti in natura

●​ svolgono un’ampia gamma di funzioni legate alla diversa tipologia di struttura

●​ composti ternari (= formato da tre elementi) formati da: carbonio, ossigeno, idrogeno

CLASSIFICAZIONE DEI GLUCIDI

Ci permette di capire come sono strutturati e, di conseguenza, la loro funzione

●​ sono classificati in base al numero delle unità monomeriche che li compongono

○​ (un mattoncino lego è un monosaccaride, da 2 a 20 sono oligosaccaridi, da

20 in poi sono polisaccaridi)

1)​ MONOSACCARIDI= singola unità monomerica

2)​ OLIGOSACCARIDI = da 2 a 20 unità monomeriche (con 2 sono i

disaccaridi)

3)​ POLISACCARIDI = più di 20 unità monomeriche

a)​ sostanze che hanno un peso molecolare enorme

MONOSACCARIDI

→ Sono definiti zuccheri semplici e possono essere classificati in base a:

1)​ al numero di atomi di carbonio - da 3 a 7

a)​ TRE atomi = TRIOSI

b)​ QUATTRO atomi = TETROSI

c)​ CINQUE atomi = PENTOSI

d)​ SEI atomi = ESOSI

e)​ SETTE atomi = EPTOSI

2)​ alla natura chimica del gruppo carbonilico (gruppo aldeidico o chetonico)

→ Sono poliidrossi aldeidi o poliidrossi chetoni contenenti almeno tre atomi di

carbonio

→ Sono polialcoli (hanno numerosi gruppi alcolici)

N (numero atomi di C) - 1 → il glucosio, che ha 6 atomi di carbonio,

ha 5 gruppi alcolici = POLI - IDROSSI - ALCOL 5

1)​ gruppo carbonilico sull’ultimo atomo di carbonio =

ALDEIDE

a)​ = ALDOTRIOSO

2)​ gruppo carbonilico non terminale e sul carbonio in

mezzo = CHETONE

a)​ CHETOTRIOSO

GRUPPO ALDEIDICO

Gli zuccheri, oltre ad avere un gruppo alcolico (OH) hanno anche un gruppo carbonilico (C -

- O → doppio legame tra carbonio e ossigeno).

Se il gruppo carbonilico è sull’ultimo carbonio abbiamo un gruppo aldeidico (ALDO…); se il

gruppo carbonilico è un carbonio centrale ho un gruppo chetonico

RIBOSIO:

RNA → acido ribonucleico

-​ serve per trascrivere le proteine (quelle che ci differenziano dal resto)

Ribosio = zucchero strutturalmente impiegato per fare

acidi nucleici

→ il “2 - desossi - Ribosio” non ha il gruppo alcolico.

Basta togliere un gruppo alcolico: uno serve per la

sintesi del DNA, un altro per la sintesi del DNA.

La differenza tra i due è solo un gruppo alcolico in

posizione 2 → questa piccola differenza cambia

completamente la struttura e, di conseguenza, la

funzione:

-​ ribosio → serve per produrre RNA

-​ desossiribosio → serve per produrre DNA

Con la nostra dieta, introduciamo moltissimi monosaccaridi e oligosaccaridi → tutti questi

zuccheri introdotti vengono convertiti obbligatoriamente in un unico MONOSACCARIDE: il

glucosio. PERCHÉ?

●​ Il metabolismo glucidico, nell’uomo, è il metabolismo del glucosio; solo il glucosio ci

permette di ottenere energia dalla sua demolizione. Gli altri zuccheri introdotti

devono essere per forza riconvertiti nel fegato in glucosio perché la nostra macchina

può utilizzare come combustibile il glucosio e non può utilizzare altri zuccheri.

●​ IL COMBUSTIBILE PER LA MACCHINA UMANA DI TIPO GLUCIDICO È SOLO IL

GLUCOSIO. inserendo zuccheri diversi dal glucosio, sono obbligato a convertire

questi zuccheri in glucosio. GLUCOSIO e FRUTTOSIO (presente nella frutta) sono

molto simili MA hanno delle differenze:

1)​ GLUCOSIO: Aldoso → ha un gruppo aldeidico

2)​ FRUTTOSIO: Chetoso → ha un gruppo

chetonico.

a)​ uno dei vantaggi: ha un indice glicemico

migliore = stimola meglio l'insulina 6

EPIMERI: zuccheri molto simili che cambiano solo per la disposizione spaziale

Tra glucosio e mannosio notiamo come il gruppo “OH”

sia a destra nel glucosio e non a sinistra come nel

mannosio (dimensione spaziale).

-​ Il mannosio è un epimero del glucosio in c2

LE FORME CICLICHE

Gli zuccheri, appena entrano nel corpo umano, ciclizzano = assumono una forma ciclica

Perché avviene la ciclizzazione?

-​ il gruppo aldeidico agisce con un gruppo alcolico

(il c1 agisce con il c6) e forma un anello MA

COSA SIGNIFICA FORMARE UN ANELLO?

-​ i gruppi, con la forma ad anello, possono

essere sopra o sotto il piano dell’anello.

Aggiungo una dimensione ulteriore alla

struttura

In biochimica, la ciclizzazione è una cosa normalissima.

Oltre a cambiare la posizione, cambia anche la

disposizione in base all’anello (che può essere sopra o

sotto il piano dell’anello

La ciclizzazione fa si che uno degli atomi di carbonio diventi chirale = cambia la sua

posizione Ciclizzando, possiamo avere due tipi di glucosio:

1)​ se il gruppo “OH” va SOTTO, ottengo

αGLUCOSIO

2)​ se il gruppo “OH” va SOPRA, ottengo

βGLUCOSIO

Ho solamente una diversa posizione spaziale

MUTAROTAZIONE → possono ruotare:

-​ αGLUCOSIO può diventare βGLUCOSIO e

viceversa

-​ SERVE, PERÒ, UN ENZIMA

OLIGOSACCARIDI

→ sono in presenza di uno o più monosaccaridi legati da un legame covalente detto

LEGAME GLICOSIDICO

-​ termina in “ICO” quindi: LEGAME FORTE

Se unisco due monosaccaridi, ottengo un DIsaccaride

Gli oligosaccaridi più abbondanti in natura sono i disaccaridi e sono costituiti da due unità

monosaccaridiche unite insieme da un legame forte: il LEGAME GLICOSIDICO 7

Monosaccaride 1 e monosaccaride 2 → legame forte e

covalente: legame covalente = legame che si forma

condividendo elettroni

Il gruppo OH del monosaccaride 1 reagisce con il

gruppo OH del monosaccaride 2 (il monosaccaride 1

impegna il carbonio in c1 mentre, il monosaccaride 2

impegna il carbonio in c4) - formo un disaccaride con

liberazione di una molecola d'acqua = condenso due

monosaccaridi e libero una molecola d’acqua → ho la

CONDENSAZIONE.

Si forma un ponte 1 - 4:

-​ LEGAME α 1 → 4 GLICOSIDICO

Se io rompo questo legame (nella saliva ci sono degli

enzimi)?

-​ quando prendiamo il caffè con il saccarosio

(zucchero) questo arriva nel fegato e viene

idrolizzato/rotto quel legame (idrolisi = lisi con

l'aggiunta di una molecola d’acqua).

-​ Acqua + enzima = rottura del legame

-​ idrolisi → opposto della condensazione -

ROTTURA DI UN LEGAME FORTE ED

IMPEGNA MOLTA ENERGIA PERCHÉ

DEVI ROMPERE UN LEGAME FORTE

CON UN ENZIMA AGGIUNGENDO UNA

MOLECOLA D’ACQUA.

Disaccaridi di interesse biomedico:

-​ maltosio - birra

-​ saccarosio - zucchero classico

-​ lattosio - latte (il bianco del lattosio è lo zucchero

Colore tessuti → non è il colorante ma l’interazione tra materiale e luce

Formato da due molecole di glucosio unite da un

LEGAME α 1 → 4 GLICOSIDICO.

-​ Quando assumo del maltosio (maltodestrine che

contengono il maltosio presente nella birra -

luppolo)

-​ unione di due molecole di glucosio condensate a

formare un LEGAME α 1 → 4 GLICOSIDICO

-​ gli enzimi MALTASI rompono questo

legame e ottengo due molecole di glucosio

che posso utilizzare, poi, per produrre ATP 8

Formato da una molecola di glucosio e una di fruttosio.

-​ il glucosio ciclizza e assume una forma a

esagono

-​ il fruttosio ciclizza e assume una forma a

pentagono

dall’unione di un esagono glucosio con un

❖​ pentagono fruttosio ottengo questo

composto chiamato SACCAROSIO.

Il saccarosio ha un legame α 1 - 2 e non 1 - 4 perchè è

dovuto alla ciclizzazione (che è diversa)

-​ Presente nella nostra -​ Gli enzimi SACCARASI rompono questo legame

alimentazione e otteniamo una molecola di glucosio e una

-​ La differenza di questo molecola di fruttosio. Quest’ultima va convertita in

legame è dovuta alla glucosio perchè non può essere utilizzato per

ciclizzazione diversa produrre ATP (riconvertito nel fegato e poi

del fruttosio. utilizzato)

Formato da una molecola di galattosio e una di glucosio.

Qui, il legame è un legame ponte, è un legame β perché

coinvolge il gruppo β del galattosio.

LEGAME β 1 → 4 GLICOSIDICO

Gli enzimi LATTASI rompono questo legame e ottengo il

glucosio e il galattosio. quest’ultimo non può essere

utilizzato per produrre ATP perchè deve essere

trasformato il glucosio.

LATTOSIO → LATTASI

-​ se non hai questo enzima, aumenta il galattosio nel sangue e si ha la

GALATTOSEMIA.

-​ nei bimbi piccoli, questa malattia aumenta fortemente portando alla morte o a

danni al sistema nervoso centrale perchè è tossico.

-​ si fanno dei test per vedere se un neonato ha questo enzima o no

celiachia → dovuta all’incapacità di rompere questo legame

➢​

DESTRINE → cosa sono? Sono oligosaccaridi formati da catene corte (8/9/10

di glucosio legate insieme. FORMATE SOLO DA GLUCOSIO

mattoncini di glucosio)

Noi non produciamo destrine - sono ciclodestrine perché hanno la forma ad anello.

destrine e ciclodestrine sono la stessa cosa perchè, tanto, gli zuccheri ciclizzano.

Quando ciclizzano, formano un canestro e viene

utilizzato per trasportare i farmaci.

Al centro del canestro metto il farmaco. Questo fatto di

far legare il canestro a far trasportare il farmaco, ne

rallenta il trasporto → momento dopo momento, rilascia

una certa quantità del farmaco permettendo di

controllare la pressione arteriosa per le successive 24 h.

-​ Uso delle destrine come trasportatori di farmaci

-​ Nell’ipertensione ma usato anche nei cortisonici

Usato quando voglio far rilasciare una quantità costante

del farmaco (nè troppo nè troppo poco) 9

MALTODESTRINE: sostanze molto ricche di glucosio ma, a differenza dei polisaccaridi,

hanno un assorbimento rapido proprio perchè sono piccole catene di glucosio molto idratate

e ti consentono:

●​ da un lato: una migliore idratazione

●​ dall’altro: una carica energetica significativa

Sono molto utilizzate nell’alimentazione dello sportivo (ciclista, maratoneta…)

Hanno, quindi, due funzioni:

●​ una farmacologica

●​ una nutrizionale POLISACCARIDI

●​ Sono polimeri ad alto peso molecolare.

●​ Quando si forma un polisaccaride, il peso molecolare di questa sostanza è molto

alto.

●​ La rosetta di glico