Riassunto schema primo modulo Biochimica generale

Primo modulo biochimica generale

Acqua

Funzioni

• Reagente principale
• Solvente
• Agente strutturante

Struttura

Fortemente asimmetrica, struttura molecolare semplice che consiste in un atomo di ossigeno legato a due atomi di H mediante due legami covalenti singoli. Molecola molto stabile e soddisfa la regola dell'ottetto. L'ossigeno ha una elettronegatività maggiore dell'H, di conseguenza la molecola è polare.

Legame idrogeno

Interazione dipolo-dipolo ed è la più forte tra le forze di attrazione intermolecolari.

Interazione tra molecole di acqua

Avvengono perché i legami deboli si formano in modo cooperativo, per cui la presenza di un legame favorisce la formazione del successivo.

Acqua come solvente

Il principio fisico alla base della solubilità è l'interazione elettrostatica tra cariche opposte.

Legame idrofobico

Il legame idrofobico è quell'interazione di tipo entropico che tende a minimizzare la superficie di contatto tra molecole idrofobiche e acqua. Sostanze anfifiliche: una singola molecola può avere regioni polari e regioni non polari. Per esempio, gli acidi grassi e i loro sali. Micelle, vescicole e membrane sono esempi di strutture formate da molecole anfifiliche e stabilizzate da interazioni tra le regioni non polari delle molecole che la formano.

Amminoacidi

Struttura

Carbonio alfa e 4 sostituenti: gruppo amminico, gruppo carbossilico, atomo di idrogeno e variabile nei 20 aa che determina l'identità dello specifico aa. Quasi tutti gli aa, tranne la glicina, possiedono un centro chirale nel carbonio alfa, quindi si trovano sotto forma di due stereoisomeri, D e L, ovvero immagini speculari non sovrapponibili. D e L si riferiscono alla capacità dei composti di ruotare il piano della luce polarizzata a destra o a sinistra.

Classificazione gruppi R

• AA non polari: glicina, alanina, leucina, isoleucina, prolina, fenilalanina, triptofano e metionina.
• AA polari: serina, treonina, tirosina, cisteina, glutammina e asparagina.
• AA acidi: acido glutammico e acido aspartico.
• AA basici: istidina, lisina e arginina.

Gli aa sono molecole anfoteriche, cioè in grado di assumere simultaneamente sia cariche positive che negative. In una soluzione neutra, gli aa senza gruppi carichi sulla catena laterale sono detti zwitteroni, senza una carica netta, ma presentano sia cariche positive che negative localizzate. Gli zwitteroni sono poco solubili nei solventi organici e abbastanza in acqua. Maggiore è Ka e tanto più forte è l'acido e tanto minore è pKa e tanto più forte è l'acido. Il punto in cui una molecola non ha carica netta è chiamato punto isoelettrico (pI). Le specie poliprotiche sono sostanze in grado di donare più di un protone all'acqua, come l'acido solforico, acido carbonico, acido fosforico e acido ossalico.

Legame peptidico

Il legame covalente si forma tra il gruppo alfa carbossilico e il gruppo amminico dell'aa successivo. Nel processo si ha l'eliminazione di una molecola d'acqua e la formazione del legame peptidico. Caratteristiche: parziale carattere di doppio legame impossibile la rotazione delle due parti della molecola intorno al suo asse. Planare, C-alfa unici possibili punti di rotazione. L'ossigeno del carbonile coinvolto nel legame presupposto per la possibilità di instaurare legami H. L'idrogeno coinvolto nel legame peptidico legato all'N amidico presenta una parziale carica positiva.

Ponte disolfuro

Gruppo funzionale formato dalla reazione di ossidazione di due gruppi tiolici. Frequenti nelle proteine extracellulari secrete dalle cellule e dagli eucarioti. Sono legami covalenti che si formano nell'aa cisteina. Stabilizzano la struttura tridimensionale delle proteine. La formazione e la rottura dei ponti disolfuro sono alla base della resistenza dei gel alimentari; tutte le principali proteine allergiche contengono ponti disolfuro, infatti il nostro organismo non è in grado di distruggerlo.

Scambio di disolfuri

Due residui di cisteina ossidati per fare legame a ponte.

Modificazioni post-traduzionale

Avvengono dopo che la proteina è stata modificata.

Proteine

Sono polimeri a catena lineare composti da monomeri chiamati amminoacidi uniti tra loro a formare catene polipeptidiche.

Struttura primaria, secondaria, terziaria

Struttura primaria: legame peptidico.

Struttura secondaria: legami a idrogeno tra atomi nel legame peptidico. Gli unici punti di rotazione sono tra i piani in cui giace il legame peptidico. Alfa elica: legami H sulla superficie (protezione dall'acqua) se presente un beta-sheet: quando i gruppi CO e NH nei legami peptidici interagiscono in uno stesso piano. Beta-turn (filamenti antiparalleli) e beta-loop (filamenti paralleli).

Struttura terziaria: stabilizzata da interazioni tra le catene laterali di aa. Interazioni tra elementi di struttura secondaria, legami covalenti (il più difficile da rompere); legami di coordinazione; legami ionici; legami idrogeno; legami con cofattori organici o inorganici (i più semplici da rompere).

Mutazioni conservatione e non conservative

Mutazioni conservative (scambio aa simili) e non conservative (scambio aa molto diversi) che rendono difficoltosa o impossibile la formazione: prolina (incompatibile con struttura secondaria), aa carichi, ramificati (problemi di ingombro sterico se troppo vicini) e Gly (catena laterale troppo piccola).

Fibrolina: proteina molto resistente, superiore a un filo di acciaio.

Struttura quaternaria

Stabilizzata da interazioni che coinvolgono le catene laterali di aa. A dare nuove unità funzionali.

Processo di folding

Porta da polipeptide a una proteina correttamente ripiegata. Folding spontaneo: necessita energia. Esperimento di Anfinsen, scoperto negli anni 60, la proteina utilizzata è la ribonucleasi stabilizzata da 4 legami di solfuro e ne ha distrutto la struttura terziaria utilizzando degli agenti denaturanti. In questo caso è stata utilizzata l'urea come agente, distrugge la struttura di acqua e vengono a mancare così le interazioni idrofobiche. I legami bisolfuro vengono rotti utilizzando un tiolo generando 8 residui di cisteina. In condizioni senza denaturante e in presenza di un agente ossidante, si elimina il tiolo e l'urea e la proteina spontaneamente riforma la struttura nativa.

Folding assistito: non tutte le proteine sono in grado di ripiegarsi spontaneamente una volta rimosso il denaturante. Sole quelle piccole e più semplici hanno questa capacità.

• Senza dispendio di energia
• Con dispendio di energia

Collagene

Principale proteina del tessuto connettivo e osseo. Organizzata in fibre molto resistenti e solubili in acqua. Composto da tre catene polipeptidiche di tropocollagene avvolte insieme in una tripla elica stretta, stabilizzata da soli legami a idrogeno, quindi molto fragile. Ognuna di queste catene ha una sequenza ripetitiva di tre aa: X-Pro-Gly o X-Hyp-Gly. La formazione della tripla elica è un processo non spontaneo che prevede una sequenza di modificazioni post-traduzionali.

Hyp o idrossiprolina e la prolina possono costituire fino al 30% dei residui del collagene. Hyp deriva dalla prolina per l'azione di uno specifico enzima idrossilante dopo che la catena di collagene è stata costruita. La reazione richiede vitamina C per permettere l'addizione di ossigeno. La mancanza di vitamina C rallenta la produzione di idrossiprolina e ferma la costruzione di nuovo collagene, provocando infine lo scorbuto.

Emoglobina e mioglobina

Proteine deputate al trasporto o all'immagazzinamento dell'ossigeno nel nostro organismo. Simili dal punto di vista strutturale ed entrambe contengono un gruppo non proteico, l'eme.

Mioglobina

Localizzata nei muscoli, costituisce una riserva di ossigeno, disponibile in caso di necessità. Proteina globulare, singola catena polipeptidica contenente l'eme. Non possiede struttura quaternaria. Struttura compatta, con otto regioni ad alfa-elica e nessuna a beta-foglietto. I residui polari sono rivolti verso l'esterno della molecola e la parte interna contiene residui aa non polari. Una molecola di mioglobina può legare una molecola di ossigeno, in modo reversibile.

Emoglobina

Contenuta nei globuli rossi, trasporta l'ossigeno dai polmoni ai tessuti e viceversa di biossido di carbonio. Possiede struttura quaternaria. Costituita da 4 catene polipeptidiche, ciascuna con un gruppo eme al suo interno. Può legare quattro molecole di ossigeno, in modo reversibile.

Gruppo eme

Costituito da uno ione metallico, Fe (II) e una parte organica, la proto porfirina IX. Struttura planare formata da 4 anelli pirolici. Attribuisce il tipico colore rosso a muscolo e globuli rossi.

Curva di saturazione

Le caratteristiche di legame dell'ossigeno vengono descritte dalla curva di saturazione dell'ossigeno. La curva di legame dell'ossigeno alla mioglobina è definita iperbolica. Quella dell'emoglobina è invece sigmoidale. L'emoglobina non lega l'ossigeno a basse concentrazioni a differenza della mioglobina, perché in tal caso, la cessione di ossigeno sarebbe molto inefficiente.

Regolazione dell’affinità dell’emoglobina per l’ossigeno

Per ottimizzare la funzione dell'emoglobina occorre che la sua affinità per l'ossigeno cambi in funzione della disponibilità. Questo meccanismo si realizza con un meccanismo di controllo allosterico dell'affinità. Cioè la regolazione di una proteina mediata da una molecola detta effettore, che svolge tale funzione legandosi presso il sito allosterico.

Effetto Bohr

Un altro fattore per cui cambia l'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno è il pH. Più è alto il pH e più l'emoglobina è affine per l'ossigeno. Alcalosi ematica = mancato rilascio di ossigeno a livello muscolare. Acidosi ematica = debole assunzione di ossigeno a livello polmonare.

2,3-bisfosfoglicerato

Affinché l'emoglobina possa trasferire efficientemente l'ossigeno ai tessuti è importante che la forma T rimanga stabile. È quindi necessario l'intervento del 2,3-bisfosfoglicerato, un metabolita che abbassa l'affinità dell'emoglobina verso l'ossigeno, presente nei globuli rossi. In assenza di questo, l'emoglobina non riesce a trasferire l'ossigeno in modo efficiente.