Appunti di Biochimica

I MONOSACCARIDI HANNO CENTRI ASIMMETRICI

– quindi sono presenti in natura in forme isomeriche otticamente attive

Tutti hanno un centro chirale tranne il diidrossi-acetone.

• enantiomeri = diversi isomeri ottici

• in generale, una molecola con n centri chirali può avere 2 stereoisomeri (quindi la gliceraldeide ha 1 C chirale

n

e 2 stereoisomeri).

1

LE PROIEZIONI DI FISCHER (formule proiettive)

• sono usate per rappresentare la struttura tridimensionale di uno zucchero su un piano

• i legami orizzontali si proiettano verso chi legge al di fuori del piano

• i legami verticali si proiettano sono orientate verso il basso oltre il piano del foglio, allontanandosi da

chi legge 69

GLI ENANTIOMERI DELLA GLICERALDEIDE 2 stereoisomeri di gliceraldeide. La D-

gliceraldeide è quella che ha l’OH a destra, la

L-gliceraldeide ha l’OH a sinistra. Per tutti i

monosaccaridi si osserva il C chirale più

lontano dal gruppo carbonilico (in questo caso

è 1): quelli che hanno il C con una

configurazione riconducibile alla D-

gliceraldeide sono isomeri D. Quelli

riconducibili alla L-gliceraldeide sono isomeri

L.

Isomeri D e Isomeri L

• carbonio di riferimento = il centro chirale più lontano dal carbonio carbonilico

• due gruppi di stereoisomeri: – isomeri D = in corrispondenza del carbonio di riferimento stessa configurazione

della D-gliceraldeide

• ossidrile a destra (destro) nella formula di proiezione – isomeri L = in corrispondenza del carbonio di

riferimento stessa configurazione della L-gliceraldeide

• ossidrile a sinistra (levo) nella formula di proiezione.

D-aldosi

Gli atomi di C vengono numerati partendo dall’estremità più vicina all’atomo di C carbonilico; i C in rosso sono

centri chirali

D-mannosio e D-glucosio sono gli unici che si distinguono solo per il C2, e si definiscono epimeri in C2

D-galattosio e D-glucosio epimeri in C4

Da sapere: quelli con rettangolo nero sul nome

D-chetosi 70

I monosaccaridi hanno struttura ciclica

• in soluzione acquosa, gli aldotetrosi e tutti gli altri monosaccaridi con 5 o più atomi di C assumono una forma

ciclica – si forma un legame covalente tra il gruppo carbonilico e l’ossigeno di un gruppo ossidrilico.

Formazione di emiacetali e di emichetali

In soluzione acquosa ed ai valori di pH cellulari i monosaccaridi come il glucosio o il fruttosio ciclizzano

spontaneamente grazie alla reazione intramolecolare tra un loro gruppo alcolico ed il gruppo aldeidico (nel

glucosio) o chetonico (nel fruttosio). OH al i sotto del piano della molecola= alfa-D-

glucosio 71

Configurazioni stereoisomeriche α e β

• la reazione con la molecola di alcool crea un

altro centro chirale a livello dell’atomo di C (C

carbonilico)

• si possono avere due configurazioni: α e β

• anomeri = forme isomeriche di monosaccaridi

che differiscono sull’atomo di C emiacetalico o

emichetalico

• carbonio anomerico = l’atomo di carbonio

anomerico

• mutarotazione = la interconversione tra i due

anomeri

Ciclizzazione del fruttosio

PIRANOSI E FURANOSI

• piranosi = composti ad anello

a sei atomi – si formano

quando l’OH al C5 reagisce

con il gruppo aldeidico al C1

• furanosi = composti ad anello a cinque atomi – si formano quando il

gruppo ossidrilico al C5 reagisce con il gruppo chetonico al C2

• Le strutture cicliche degli zuccheri vengono rappresentate dalle

formule prospettiche di Haworth anzichè le proiezioni di Fischer. I legami

rivolti verso chi legge sono disegnati con tratti più spessi.

Formule prospettiche di Haworth

rappresentazioni più accurate rispetto alle proiezioni di Fischer (utilizzate

per le strutture lineari). – l’anello a sei atomi di C è inclinato in modo da

rendere il piano quasi perpendicolare a quello della pagina – i legami più

vicini al lettore sono più spessi.

Come convertire la proiezione di Fischer di un esosio lineare in forma D

in una formula prospettica di Haworth 72

step 1: disegnare l’anello a 6 membri (5 atomi di C e 1 O nella

parte pià alta a destra)

step 2: numerare i C in senso orario cominciando dal carbonio

anomerico

step 3: posizionare gli OH -se nella proiezione di Fischer un OH è

a destra, posizionarlo in basso rispetto all’atomo di C a cui è

legato (al disotto del piano dell’anello). L’OH posizionato a sin

sarà in alto

step 4: posizionare il gruppo CH2OH terminale proiettandolo

verso l’alto nell’anantiomero D (come in figura)

step 5: posizionare l’OH legato al C anomerico -per la struttura β dalla stessa parte dell’anello del C-6. -per la

struttura α dalla parte opposta del C-6

(come in figura)

DERIVATI DEGLI ESOSI

Sostituenti nei monosaccaridi:

OH sostituito in C-2 (es. NH2 per originare

aminozuccheri)

Un atomo di C viene ossidato a gruppo

carbossilico

• acidi aldonici = si formano in seguito ad ossidazione del C carbonilico degli aldosi; gli acidi aldonici sono

denominati anteponendo la parola «acido» alla radice del nome originale dell’aldosio seguito dal suffisso –

onico, per es. acido D-gluconico

• acidi uronici = si formano in seguito ad ossidazione al C-6; gli acidi uronici sono denominati aggiungendo alla

parola acido il suffisso -uronico alla radice del nome dell’aldosio originale, per es. acido D-glucuronico

• entrambi formano esteri intramolecolari stabili chiamati lattoni

Formazione di un lattone

Formazione del D-glucono-δ-lattone: formazione di un legame estere tra il gruppo carbossilico sul C-1 e il

gruppo ossidrilico sul C-5 (carbonio δ) del Dgluconato 73

Derivati fosforilati

• nella sintesi e nel metabolismo degli zuccheri in molti casi

gli intermedi sono fosforilati (la condensazione dell’acido

fosforico con un OH genera un estere fosfato, es. glucosio-6

fosfato-> rimane nella cellula, modalità per non farlo uscire)

• stabili a pH neutro e presentano una carica negativa.

• impediscono la diffusione dello zucchero al di fuori della

cellula. Presente in

molte glicoproteine e glicolipidi localizzati sulla superficie delle

cellule degli animali. Genera siti di riconoscimento per altre

cellule e molecole extracellulari

ZUCCHERI RIDUCENTI

Il glucosio e altri monosaccaridi (che possono formare aldeidi) sono zuccheri riducenti → possono essere

ossidati da blandi ossidanti (ioni ferrico e rameico) in condizioni alcaline. Il gruppo carbonilico viene ossidato

da aldeide a gruppo carbossilico, Cu2+ si riduce a Cu+ , che forma un caratteristico precipitato rosso mattone.

Questa reazione:

➢ avviene solo se il gruppo aldeidico è libero→ gli aldosi ciclici sono in equilibrio con le loro forme lineari che

possiedono gruppi aldeidici liberi;

➢ definisce gli zuccheri riducenti (es. il glucosio, galattosio, mannosio, ribosio e la gliceraldeide);

➢ è la base chimica della reazione di Fehling, dosaggio semi-quantitativo utilizzato per molti anni per valutare

[glucosio] nel sangue e nelle urine per la diagnosi del diabete. 74

Reazione di Fehling

Una goccia di sangue viene aggiunta ad un supporto contenente l’enzima glucosio ossidasi che catalizza la

seguente reazione:

Una perossidasi catalizza la reazione dell’H2O2 con un composto incolore producendo un composto colorato.

Una singola misurazione non riflette necessariamente la media giornaliera della concentrazione del glucosio

ematico (Valutazione del suo effetto su Hb).

GHB, Glycated HemogloBin

• Reazioni lente non enzimatiche tra il glucosio ed i gruppi amminici dell’Hb (Val amminoterminale e gli

amminogruppi di Lys) • I livelli di GHB riflettono i valori medi della concentrazione del glucosio nell’arco

dell’emivita dell’eritrocita (~120 giorni)

INTEGRARE

OMOPOLISACCARIDI E ETEROPOLISACCARIDI

➢ Utilizzati come riserva di unità

monomeriche (glicogeno e amido)

➢ Elementi strutturali nelle pareti delle cellule

vegetali e nell’esoscheletro degli animali

(cellulosa e chitina)

Le masse dei polisaccaridi non sono ben definite,

dipendono dagli enzimi che li costruiscono, senza uno

stampo, senza un programma ben definito

(differentemente dalle proteine).

OMOPOLISACCARIDI

• Polisaccaridi di riserva (- Fortemente idratati (gli OH formano legami H con H2O)) 75

Piante→ Amido (amilosio e amilopectina)

Abbondante nei tuberi e nei semi

-amilosio=lunghe catene lineari non ramificate di

residui di D-glucosio legati da legami α1→4

-amilopectina=residui di D-glucosio legati da legami

α1→4 e ramificazioni (ogni 24-30 residui) dovute a

legami α1→6 (c anomerico in posizione 1 legame

glicosilico con un C in posizione 6 del secondo

residuo)

Animali-> Glicogeno=polimero di residui di D-

glucosio legati da legami α1→4 e ramificazioni (ogni 8-12 residui-> altamente ramificata) dovute a legami α1→6

GLICOGENO

• Molto più ramificato, utile per la glicogenolisi

➢ Il glicogeno del fegato (fino al 7% del peso umido dell’organo): riserva di glucosio per l’intero organismo

(omeostasi glicemica)

➢ Il glicogeno del muscolo: utilizzato dal muscolo stesso per sostenere l’energia di contrazione

Nero= residui di D-glucosio

Fucsia= redisui di D-glucosio non riducenti

Verdi= quello che dà origine alla ramificazione. 76

IL GLICOGENO NEL FEGATO

➔

L’enzima glucosio 6-fosfatasi è presente solo nella

membrana del reticolo endoplasmatico liscio. Il glicogeno si accumula

sotto forma di granuli associati al reticolo endoplasmatico liscio ed

in seguito alla sua degradazione si libera glucosio 6-P che però non

riesce ad attraversare la membrana.

L’immagazzinamento di glucosio come polimeri di

glicogeno evita l’eccessiva osmolarità

• Gli epatociti contengono un quantitativo di glicogeno

equivalente ad una concentrazione di glucosio 0.4 M

• Il glicogeno, insolubile, ha una concentrazione pari a 0.01 µM e contribuisce molto poco all’osmolarità

del citosol

• Una concentrazione pari a 0.4 M di glucosio aumenterebbe l’osmolarità citosolica – richiamo di acqua e

rigonfiamento della cellula, che poi scoppia.

CELLULOSA

• Fibra resistente e insolubile in H2O

• Si trova nelle pareti delle cellule vegetali (es. steli, tronchi, e parti legnose delle piante)

• Omo-polisaccaride lineare del β-D-glucosio (fino a 15000 residui uniti da legami glicosidici β-1,4)

Differenza con glicogeno= legami glicosidici non sono alfa 1-4, ma sono beta 1-4

➢La ➢Le