Riassunto esame Biochimica, Prof. Cappiello Mario, libro consigliato I principi di biochimica di Lehninger, Albert Lester Lehninger, David L. Nelson e Michael M. Cox

Le molecole della vita

1 giovedì 30 settembre 2021 18:08

Cellula = unità funzionale e strutturale.

Nucleo -> cromosomi -> m. cellulare e m. plasmatica: entrambe composte da macromolecole (4) fatte da unità monomeriche: DNA da nucleotidi, proteine da amminoacidi, cellulosa da zuccheri, lipidi da acidi grassi.

Solo alcuni elementi della tavola periodica sono presenti nelle molecole biologiche, altri sono presenti in tracce.

Nell'universo idrogeno, carbonio, azoto e ossigeno sono i più abbondanti.

Negli organismi viventi il carbonio è il più abbondante, riesce a creare legami stabili (fino a 4) anche doppi o tripli, anche con se stesso, formando catene lineari o ramificate o strutture cicliche.

Le molecole e le biomolecole derivano da precursori nell'ambiente.

Acqua

Diffusa ovunque nelle cellule.

• Elevato punto di ebollizione.
• La forma solida ha una densità inferiore di quella dello stato liquido -> il ghiaccio galleggia.
• Eccellente solvente per sostanze polari e ioniche.
• Ionizzazione dell'acqua è debole, si può comportare sia come acido che come base.
• Tutte queste proprietà derivano dalla sua struttura.

Il legame a idrogeno è un legame debole, si ha in generale quando un H legato covalentemente ad un atomo di N/O (+ elettronegativo) si trova ad una opportuna distanza da un atomo + elettronegativo (come N/O) che dispone di una coppia di elettroni non condivisi.

H2O può fare al massimo 4 legami a idrogeno: 2H fanno da donatori, 2H fanno da accettori.

Alcuni legami a idrogeno di importanza biologica: tra il gruppo ossidrilico di un alcol e l'acqua, tra il gruppo carbonilico di un chetone e l'acqua, tra due gruppi peptidici dei polipeptidi, tra due basi complementari di DNA. Lezione 1 Pagina 12

Gruppi funzionali e monosaccaridi

2 giovedì 30 settembre 2021 19:21

Tra un acido e un alcol si forma un legame estereo, un estere.

Tioestere: tra un acido e un -SH.

Anidride: si forma dal legame tra 2 acidi.

Tramite ossidazione e riduzione si può passare da un gruppo funzionale all'altro.

Reazione tra un gruppo carbonilico e un'ammina? Si ha una base di Schiff (immina).

Monosaccaridi: aldosi o chetosi.

Numero variabile di Diidrossiacetone a 3C, fruttosio a 6CC; gliceraldeide a 3C, glucosio a 6C, ribosio a 5C.

All'interno della stessa struttura della molecola si forma un emiacetale -> glucosio (tra C1 e -OH 5) forma struttura piranosica a 6C; ribosio (tra C1 e _OH 4) formando una struttura furanosica a 5C. Lezione 1 Pagina 23

Disaccaridi, polissaccaridi e amminoacidi

3 giovedì 30 settembre 2021 19:32

Disaccaridi (maltosio, lattosio, saccarosio): il maltosio è formato tra 2 molecole di glucosio (C1 anomerico con -OH 4) con legame O-glicosidico con ossigeno che fa da ponte: α (1->4); il saccarosio fa legame -> α1 β2.

Polissaccaridi (cellulosa, amido, glicogeno): la cellulosa è formata da legami β (1->4) che conferiscono caratteristiche che la distinguono, non ha ramificazioni; l'amido ha legami α (1->4), ha ramificazioni con legami α (1->6). Sono omopolissacaridi del glucosio.

La cellulosa è lineare, gli -OH laterali possono formare legami a H con altre cellule -> diventa una struttura molto resistente.

Nell'amido le molecole sono a spirale, formando granuli; gli animali non hanno enzimi capaci di scindere il legame β (1->4), tranne i ruminanti che possono digerire la cellulosa, scindendola.

Aldosi e chetosi sono chirali: con carbonio asimmetrico -> nomenclatura L/D che deriva dalla convenzione di Fisher.

Stessa convenzione anche per gli zuccheri, prendendo in considerazione la posizione dell' -OH legato al C5; in natura sono quali tutti zuccheri D.

α - Amminoacidi. Sono 20 in tutto, la loro natura deriva dalla catena laterale R.

La configurazione assoluta si ha mettendo COO- in alto, sono L/D.

In natura sono tutti L, perché? I catalizzatori che servono per assemblare le proteine sono stereo specifici per gli aa L. Lezione 1 Pagina 34

Catene laterali e legame peptidico

4 venerdì 1 ottobre 2021 16:27

R può essere non polare, polare non carica, polare carica. Glutammato, aspartato, lisina, arginina aa prolina, dove Cisteina, serina, R si lega al treonina, asparagina gruppo amminico.

Tutti gli aa sono chirali tranne la glicina, dove il Cα è simmetrico (R è H).

Legame peptidico si instaura tra il gruppo α carbossilico di un aa e il gruppo α amminico di un altro aa.

Per farlo si parte sempre dalla parte ammino terminale! Seril - valil - tirolis - cisteina. Lezione 1 Pagina 41

Dissociazione e acidità

1 lunedì 27 settembre 2021 16:38

Tutti gli aa hanno almeno 2 gruppi ionizzabili (COO-, NH3+), a volte anche nella stessa catena laterale R.

Dissociazione -> costante di dissociazione acida per acidi carbossilici.

Quando -> pH = pKa ->

Se pKa è basso, allora Ka è alto -> + pKa è basso, + Ka è alto, quindi + acida è la specie e avrà tendenza a cedere ioni.

Se pH = pKa allora [RCOOH] = [RCOO-].

Se pH < pKa allora prevale la forma non dissociata RCOOH e H+ > Ka.

Se pH > pKa allora prevale la forma dissociata RCOO-.

Gli acidi carbossilici sono 10 ordini di grandezza più acidi degli alcoli: lo ione carbossilato RCOO_ che si genera è stabilizzato per risonanza, questo non accade con lo ione alcossido.

Alcuni sostituenti sul Cα possono influire sul pKa:

CH3COOH pKa= 4,75

ClCH2COOH pKa= 2,9 -> diminuisce il pKa, aumenta la Ka, aumenta l'acidità.

L'aumento di acidità è dovuto all'effetto induttivo del cloro! Effetto induttivo di atomi che si comportano come elettron attrattori, fa aumentare l'acidità.

Gruppi elettron donatori stabilizzano la carica + e diminuiscono l'acidità, aumentando il pKa.

La dissociazione di acidi carbossilici.

Nell'acido ossalico i 2 gruppi carbossilici aumentano l'acidità; mano a mano che la catena diventa più lunga l'effetto induttivo di un gruppo sull'altro diminuisce; per catene lunghe i pKa saranno simili e saranno simili anche le dissociazioni.

Nelle configurazioni cis si ha differenza dei 2 pKa dei gruppi carbossilici: mediante legame a H si stabilizza l'anione, così abbiamo la 1° dissociazione facilitata (pK1 basso) e la 2° dissociazione sfavorita (pK2 alto),

I gruppi funzionali in una proteina interagiscono anche se sono distanti, influenzandosi reciprocamente. Lezione 2 Pagina 52

Aspartato e lisina

2 venerdì 1 ottobre 2021 17:31 Aspartato Lisina Ka1 della lisina libera, Ka2 della lisina vicina all'aspartato. 1

Se Ka1 > Ka2 allora pKa1 < pKa2.

La loro vicinanza che effetto avrà sull'acidità della lisina? La carica - dell'aspartato stabilizza la carica + della lisina, per cui il pKa della lisina libera < pKa della lisina vicina all'aspartato.

Questa è una caratteristica diffusa nelle proteine: la variazione di pKa di catene laterali nel contesto in cui si trova la proteina.

Gli acidi grassi

Sono le unità monomeriche dei lipidi come fosfolipidi, trigliceridi, steroidi (colesterolo) e sono acidi carbossilici a cui è legata una catena idrocarburica non ramificata, satura o insatura, monoinsatura o poli insatura (+ doppi legami in configurazione cis, mai legati insieme ma separati).

Nei trigliceridi gli acidi grassi sono esterificati al glicerolo, quindi c'è un legame estere tra acido e alcol. I fosfolipidi in acqua formano strutture a doppio strato, sono derivati dal glicerolo e in posizione 3 hanno legato un gruppo fosforico che a sua volta può essere legato a una colina, serina, etanolammina.

Nelle strutture a doppio strato dei fosfolipidi, l'entropia dell'acqua determina l'avvicinamento dei residui idrofobici.

Colesterolo: struttura rigida -> quando è inserito nella membrana limita la sua fluidità con la propria struttura rigida. Lezione 2 Pagina 63

Acidi biliari, ormoni steroidei e basi azotate

3 venerdì 1 ottobre 2021 17:50

Acidi biliari = strutture anfipatiche ((con una parte idrofobica e una idrofilica) che circondano i globuli di grasso permettendo la loro solubilizzazione in ambiente acquoso -> derivano dal colesterolo.

Ormoni steroidei = modificano l'espressione di alcuni geni sono ad esempio i glucocorticoidi (cortisolo), i mineralcorticoidi (aldosterone), androgeni ed estrogeni (testosterone).

Basi azotate: purine (2 anelli: uno a 6 atomi e uno a 5) adenina, guanina, ipoxantina; pirimidine (1 anello a 6 atomi) citosina, timina, uracile.

Nucleoside = base azotata + zucchero (ribosio o desossiribosio) legati con legame N-glicosidico in posizione 9 per le purine, in posizione 1 per le pirimidine.

Nucleotide = nucleoside + gruppo fosforico (o più di uno) legati al C5; può essere mono-di-trifosfato.

Nucleosidi nomi:

• Adenina -> adenosina.
• Guanina -> guanidina.
• Citosina -> citidina.
• Timina -> timidina.
• Uracile -> uridina.
• Ipoxantina -> inosina.

ATP, CTP, GTP, UTP sono i precursori del RNA.

DNA fatto da 2 catene polinucleotidiche complementari e antiparallele (A = T, C = G). Lezione 2 Pagina 74

ATP ed energia metabolica

4 venerdì 1 ottobre 2021 18:26

ATP -> è energia metabolica Alfa, beta e gamma: legami fosfoanidridici a grande energia (dalla loro idrolisi si libera grande energia espressa in delta G).

Le cellule ricavano energia da processi catabolici e questa energia serve per ricavare ATP (da ADP +P), la quale viene usata per processi endoergonici.

Come si usa l'energia di una molecola?

Si usa il potenziale di trasferimento del gruppo fosforico dell'ATP.

Sintesi della glutammina -> formazione di un'ammide a partire da glutammato (aa) e ammoniaca.

Serve energia -> uso quella derivata dall'attivazione dell'acido glutammico, sfruttando l'"idrolisi" dell'ATP.

La reazione sarà: Lezione 2 Pagina 85

Glutammina sintetasi e molecole ad alta energia

5 venerdì 1 ottobre 2021 18:39

Come avviene questa reazione? Viene catalizzata dall'enzima glutammina sintetasi, che si fa carico del processo di attivazione del glutammato (renderlo più reattivo in modo da reagire con NH4+). I substrati sono qui il glutammato, l'ammoniaca e l'ATP; c'è attacco nucleofilo del carbossile sul fosfato gamma dell'ATP -> non subisce quindi un'idrolisi, ma c'è un trasferimento del gruppo fosforico.

Dall'ATP si forma ADP e il glutammato avendo acquistato un gruppo fosforico si è attivato (diventando glutammil-fosfato), c'è un legame anidridico.

L'aspartato prende il protone dello ione ammonio NH4+, così c'è un doppietto di elettroni e l'ammoniaca può fare attacco nucleofilo -> si forma la glutammina.

Ci sono molecole ad alta e a bassa energia: alta (ATP con legami fosfoanidridici; 2 gruppi carbossilici; tioesteri, quindi tra carbossile e gruppo sulfidrilico) e bassa (esteri, tra acido e alcol).

Co-fattori enzimatici usati in reazioni redox -> coenzimi piridinici

Questi derivano dalla piridina, se viene aggiunto un gruppo carbossilico diventa acido nicotinico, l'ammide di questo acido è la nicotinammide.

NAD+: nicotinammide adenina dinucleotide NADP+: nicotinammide adenina dinucleotide fosfato.

Abbiamo una forma ossidata (NAD+) e una forma ridotta (NADH), si passa da una all'altra tramite il trasferimento sull'anello nicotinammidico di uno ione ioduro H- (2 elettroni, 1 protone).

NAD+ è la forma ossidata, NADH è la forma ridotta, in quanto la forma ridotta ha un numero di ossidazione minore ma un numero di protoni maggiore. Lezione 2 Pagina 96

NAD e NADP

6 sabato 2 ottobre 2021 11:44

NAD+ viene usato nei processi di ossidazione che interessano le reazioni cataboliche, come ossidante (riducendosi).

NADP (ha in posizione 2' del ribosio un gruppo fosforico) usato nella sua forma ridotta NADPH nei processi di riduzione delle vie anaboliche. Lezione 2 Pagina 101

Energia di una reazione e coenzimi piridinici

1 sabato 2 ottobre 2021 12:03

Come possiamo utilizzare l'energia di una reazione: il NAD+ quale ossidante.

Questi coenzimi piridinici, sono cofattori degli enzimi deidrogenasi, che agiscono in reazioni redox -> quindi ci deve essere un trasferimento di elettroni; in particolare quello che viene trasferito è uno ione idruro H- (composto da 1 protone e 2 elettroni).

Lo ione ioduro proviene da un reagente (il substrato della reazione) che va al C4 dell'anello piridinico, c'è una redistribuzione degli elettroni che porta alla perdita della carica. È una reazione reversibile, se il NADH trasferisce un protone ad un substrato, questo si ridurrà.

Un'ossidazione comporta una perdita di elettroni, una riduzione comporta un acquisto di elettroni.

NAD+ è usato come cofattore ossidante nelle reazioni delle vie cataboliche (di degradazione di sostanze nutrienti che portano alla liberazione di energia utilizzata per sintesi si ATP); il NADP è usato come riducente nelle reazioni di riduzione delle vie anaboliche (di sintesi di molecole più complesse a partire da precursori semplici) -> vie di sintesi degli elementi più complessi.

La parte reattiva delle 2 molecole NAD e NADP è la stessa, cosa determina il diverso utilizzo dei 2 cofattori? Non agiscono da soli, ma si legano ad un enzima, che riconosce il NAD (riconosciuto da enzimi che catalizzano reazioni delle vie cataboliche) rispetto al NADP (riconosciuto da enzimi che catalizzano reazioni delle vie anaboliche).

Come fa un enzima a riconoscerli? Le proteine sono composte da aa uniti in una catena polipeptidica e le catene laterali degli aa sporgono all'esterno dello scheletro covalente che caratterizza la catena; ogni enzima ha un sito attivo (dove avviene la catalisi); tra il cofattore enzimatico e l'enzima si instaurano interazioni deboli (normalmente legami a H o interazioni ioniche), che rappresentano gli elementi di riconoscimento a livello molecolare.

Perché l'enzima è specifico per il NAD+? Se ci fosse il NADP ci sarebbe un gruppo fosforico, che non permetterebbe l'instaurarsi di una serie di interazioni che sono alla base del riconoscimento.

Sebbene la parte reattiva della molecola dei 2 coenzimi sia la stessa, possono essere facilmente riconosciuti da enzimi differenti.

Come avviene il processo di ox di un substrato, tipo aldeide ossidata ad acido carbossilico, e come a questa reazione sia associata energia:

C'è un trasferimento dello ione idruro dall'aldeide sul C4 del NAD+, poi l'acqua perde un protone ed esercita un attacco nucleofilo sul C carbonilico -> questo porta alla formazione di NADH, dell'acido carbossilico e si sarà liberato un protone. Nel processo di red di un substrato viene trasferito uno ione idruro sul NAD+ e viene eliminato un protone, è come se fossero eliminati 2H. Questa reazione è altamente esoergonica, il NADH formato può essere di nuovo convertito in NAD+ trasferendo i suoi elettroni all'ossigeno, in un processo di fosforilazione ossidativa (a cui viene associata la produzione di ATP). Lezione 3 Pagina 112

Fosforilazione a livello del substrato

2 domenica 3 ottobre 2021 11:10

Come si può sfruttare l'energia di questa reazione? Vediamo un esempio: durante la via glicolitica (via catabolica a cui è sottoposto in glucosio) si formano una serie di molecole chiamate intermedi metabolici, tra cui la gliceraldeide 3-fosfato, che subisce un processo di ossidazione. Entra in gioco l'enzima gliceraldeide 3 fosfato deidrogenasi, che invece si usare l'acqua come nucleofilo, usa il fosfato. Invece si formare l'acido 3-fosfo glicerico, si formerà 1,3- bisfosfoglicerato -> contenente in 3 un legame estereo (a bassa energia) e in 1 un legame anidridico (ad alta energia). Parte dell'energia che deriva dall'ossidazione della gliceraldeide viene usata per rendere possibile la formazione di quel composto ad alta energia. Nella tappa successiva questo composto sarà usato per trasferire in suo gruppo fosforico in 1 sull'ADP, dando origine all'ATP + fosfoglicerato. Questo processo di formazione dell'ATP prende il nome di fosforilazione a livello del substrato, diversa dalla fosforilazione ossidativa perché non c'è intervento dell'ossigeno ma si usa direttamente l'energia di un substrato che si è generato durante la via metabolica. Fosforilazione perché viene aggiunto un gruppo fosforico all'ADP trasformandola in ATP; in quella ossidativa la sintesi dell'ATP si ha solo in presenza di ossigeno -> in questo caso è indipendente dalla presenza di ossigeno.

Fosforilazione a livello del substrato.

Un altro cofattore usato nelle redox è il FAD: flavina adenina dinucleotide -> adenina + ribosio + 2 gruppi fosforici + riboflavina (vitamina B2).

Vitamine: composti organici che vengono ottenute tramite l'alimentazione, poiché l'organismo non riesce a produrne in quantità sufficienti.

È la riboflavina che subisce il processo redox, il FAD è la forma ossidata, mentre la forma ridotta FADH2 (vengono trasferiti 2H, 2 elettroni e 2 protoni). Lezione 3 Pagina 123

FAD, coenzima A e vitamine

3 domenica 3 ottobre 2021 11:35 Coenzima A (CoASH) FAD Riboflavina (Vit B2) Acido Mercaptoetilammina pantotenico (VitB5)

Un altro cofattore è il coenzima A, derivato dell'adenina: adenina + ribosio con gruppo fosforico in 3' + 2 gruppi fosforici + acido pantotenico (Vit B5) + mercaptoetilammina. La parte reattiva è il suo gruppo sulfidrilico, quindi questa molecola viene indicata come CoASH; attraverso il gruppo sulfidrilico la molecolare è in grado di reagire con acidi carbossilici formando tioesteri (ad alta energia) -> la reazione tra coenzima A e un acido carbossilico porta a un'attivazione della molecola.

Vitamine D: struttura simile al colesterolo, si forma nella pelle da un derivato del colesterolo attraverso una reazione fotochimica, importante nel metabolismo del calcio;