Appunti di Biochimica - parte 1

LA STRUTTURA DELLA CELLULA

Parleremo solo delle cellule animali, queste cellule hanno una membrana cellulare formata da un doppio strato

fosfolipidico, i fosfolipidi sono strutture anfipatiche, sono formate da un glicerolo che ha tre gruppi alcolici, a due

di questi sono legati due acidi grassi che formano la parte idrofoboba, il terzo gruppo alcolico viene solitamente

esterificato a gruppo fosfato al quale è legata un altra molecola polare tipo aminoacidi o serina o ammine ecc.

La pallina blu rappresenta la parte polare la quale si espone

all ambiente acquoso che si trova sia all esterno che

all interno della cellula. I fosfolipidi si dispongono in modo

che le porzioni idrofobe si contrappongono e stanno verso

l interno. L ambiente cellulare interno è fatto dal 60% di

acqua e si chiama citoplasma.

Nella membrana sono presenti anche delle proteine che

possono attraversare completamente la membrana cellulare,

transmebranali.

Nella membrana è presente anche il colesterolo (molecole

gialle).

Questo è un esempio di fosfolipidi dove al gruppo fosfato è legata una colina, è una fosfatidilcolina, è uno dei

fosfolipidi più abbondanti. Gli acidi grassi possono essere saturi o insaturi, a seconda di cosa sono cambiano le

proprietà, quelli saturi sono lineari possono compattarsi e stare allo stato solido.

La membrana cellulare deve garantire una certa rigidità ma allo stesso tempo deve essere mobile, per questo

motivo è formata sia da acidi grassi saturi che insaturi.

Le cellule sono isolate dall ambiente esterno ma non sono impermeabili, la comunicazione con l ambiente esterno

è possibile grazie alle proteine di membrana che possono formare anche i canali di membrana ovvero sono

proteine che attraversano tutta la membrana cellulare e che hanno all interno un canale.

Le proteine costituiscono sistemi macromolecolari specifici quali

pompe, canali e trasportatori per lo scambio di sostanze

nutritizie e di altra natura con l ambiente esterno.

Queste proteine possono essere anche recettori, sono proteine

transmembranali in grado di legare un ligando che sta

nell ambiente extracelulare dopodiché cambiano la loro struttura

determinando una variazione di funzioni all interno della cellula.

Ci sono più tipologie di membrana oltre a quella esterna, ci sono le membrane intracellulari, la membrana che

circonda il nucleo è simile a quella esterna ed è formata da un doppio strato fosfolipidico. Osservandola al

microscopio elettronico si osservano dei pori nucleari attraverso i quali il DNA è in contatto con il resto della

cellula. Quando i pori sono pieni vuol dire che sono presenti delle proteine trasmembranarie, mentre quando

sono vuoti le proteine non sono presenti.

Dalla membrana nucleare si vengono a generare senza disconinuità altre membrane molto estese che circondano

tutto il nucleo formando più strati, vengono distinte dalla membrana nucleare perchè non hanno i pori nucleari,

vengono definite RER che sta per reticolo endoplasmatico rugoso, è un insieme di membrane che prende il

nome rugoso perché è ricoperto di ribosomi.

I ribosomi sono essenziali per la sintesi delle proteine, si distinguono due tipi di ribosomi: quelli adesi alla

superficiale del reticolo endoplasmatico rugoso e quelli liberi nel citoplasma, entrambi hanno la stessa funzione,

la differenza sta nel tipo di proteina che nel caso dei ribosomi liberi non hanno bisogno di ulteriori modifiche

mentre nel caso dei ribosomi adesi al RER la proteina necessita altre modifiche che avvengono grazie a degli

enzimi che si trovano all interno del reticolo endoplasmatico. Quindi i ribosomi adesi sintetizzano una proteina

che non è ancora funzionale che viene direttamente riversata all interno del RER.

Gli enzimi che si trovano al suo interno fanno delle

modifiche post-traduzionali modificando

chimicamente uno o più amminoacidi.

A partire dalle membrane del reticolo endoplasmatico rugoso si formano altre strutture mebranose che non

presentano più i ribosomi, sono più tubulari con una sezione più circolari, vengono definite REL ovvero reticolo

endoplasmatico liscio, hanno funzioni diverse rispetto al RER. Le proteine sintetizzate dai ribosomi che si

trovano sulle pareti del RER migrano verso il REL, successivamente raggiungono un altra struttura membranosa

che è collegata al REL che è l apparato del Golgi.

Questa struttura ha una forma ad anfiteatro rivolto verso l esterno della

cellula, le proteine mature che sono state modificate e hanno terminato il loro

percorso raggiungono la parte più esterna di questo apparato dove sono

presenti delle vescicole che si staccano con all interno le proteine e anche

enzimi.

Le proteine impacchettate nelle vescicole incontreranno poi la

parete cellulare che è molto simile alla parete delle vescicole, quello

che accade è che le due membrane si fondono, la vescicola si apre

riversando verso l esterno il suo contenuto. Questo percorso è tipico

di moltissime proteine importanti come ad esempio l insulina e il

glucagone.

Nelle cellule ci sono strutture importanti dal punto del metabolismo ovvero i mitocondri, sono unità indipendenti

che contengono un proprio DNA, il DNA mitocondriale contiene l informazione per costruire in parte i mitocondri

stessi, i mitocondri si duplicano indipendentemente dalla cellula in base alle

esigenze della cellula, presenta due membrane, la membrana mitocondriale

esterna che è formata da un doppio strato fosfolipidico che isola il mitocondrio

dall ambiente cellulare, e una membrana interna molto più estesa dell altra che è

tutta ripiegata su se stessa formando le creste mitocondriali. Le due

membrane sono separate tra di loro formano quindi uno spazio trans

membranario, la parte più interna del mitocondrio prende il nome di matrice

mitocondirale, contiene il DNA mitocondriale e una miriade di proteine.

La funzione principale del mitocondrio è quella di produrre ATP ovvero energia

per tutta la cellula.

Ci sono altre strutture come i lisosomi che sono piccole vescicole che contengono enzimi protolitici ovvero che

servono a degradare le proteine che vengono portate all interno della cellula.

I perossisomi invece sono vescicole dotate di membrana che contengono enzimi ossidativi che prducono e

demoliscono il perossido di idrogeno.

Le cellule possono acquisire una determinata forma e possono essere diverse le une dalle altre, hanno una

struttura portante che è formata da proteine filamentose dinamiche che si organizzano, la cellula può cambiare

forma nel tempo e questo le permette di spostarsi e muoversi. Queste proteine filamentose sono i microtubuli, i

microfilamenti e i filamenti intermedi, servono a definire la formazione della cellula, a favorirne i movimenti e

hanno funzione meccanica, formano il citoscheletro.

II NUCLEOTIDI

I nucleotidi sono state le prime molecole organiche che si sono formate che hanno avuto un ruolo che hanno

mantenuto evolvendosi, ci sono diversi tipi di nucleotidi uno di questi è estremamente importante ed è l ATP.

1. Sono fonti di energia per le cellule

2. Funzionano da donatori di gruppo fosfato

3. Agiscono da regolatori allosterici di numerosi enzimi

4. Formano molecole quali l RNA e il DNA

La struttura chimica dei nucleotidi è formata da uno o più gruppi fosfato, da uno zucchero e da una base

azotata.

I nucleosidi invece sono diversi dai nucleotidi, sono formati solo da base azotata e zucchero, non ci sono i

gruppi fosfato. Nucleosidi e nucleotidi hanno funzioni completamente diverse.

Lo zucchero base dei nucleotidi e dei nucleosidi è il ribosio che può trovarsi anche nella forma desossi dove al

posto dell OH sul carbonio 2 ha un H, ovvero il desossiribosio, si formano quindi due famiglie: i ribonucleotidi e i

desossiribonucleotidi. Se invece si parla di nucleosidi si hanno i ribonucleosidi e i desossiribonucleosidi.

Questi sono i nomi dei nucleosidi che si formano

con il ribosio o il desossiribosio e una delle basi

azotate, ad esempio l adenina con il ribosio forma

l adenosina, la guanina con il ribosio forma la

guanosina ecc..

L adenina con il desossiribosio invece forma la

desossiadenosina, la guanina con il desossiribosio

forma la desossiguanosina. Se si ha l uracile si ha

per forza il ribosio mentre se si ha la timina si ha

per forza il desossiribosio, non si mette quindi il

prefisso desossi perchè è scontato.

Da un punto di vista della base azotata invece si possono classificare in due categorie: nucleotidi purinici o

nucleotidi pirimidinici.

Il 2-desossiribosio esiste in natura ma perchè si ottiene dal ribosio attraverso una reazione enzimatica, è una

reazione redox, si riduce l idrossile in posizione 2 e si ossida il NADPH che è un donatore di elettroni, l enzima è la

tioredoxina riduttasi. Questo è stato un passo evolutivo molto importante

perchè ha permesso la formazione dei

desossiribonucleotidi e di conseguenza anche la

formazione del DNA che è molto più stabile dell RNA,

questa stabilità è dovuta alla presenza di un H al posto del

gruppo ossidrile.

Se vogliamo classificare i nucleotidi sulla base del gruppo fosfato si possono avere tre categorie in base al

numero di gruppi fosfato: nucleotidi monofosfato, nucleotidi di fosfato e nucleotidi trifosfato.

L ATP è un nucleotide che contiene 3 gruppi fosfato, ha come base azotata l adenina e come zucchero il ribosio.

Il primo gruppo fosfato si trova in posizione alfa, il secondo in beta e il terzo in gamma.

1. I nucleotidi sono una fonte di energia, questa energia è correlata alla presenza di due legami anidridici

che sono molto energetici, la rottura del legame estere non genera energia, quindi ci sono due legami ad alta

energia.

La rottura del primo legame anidridico libera circa 30 kJ/ mol in condizioni standard, non ci sono mai condizioni

standard quindi si pensa che che si ottenga quasi il doppio, circa 50 kJ/mol.

I principali motivi per cui si libera così tanta energia dalla rottura del legame anidridico sono:

• Si ha una stabilizzazione per risonanza dei prodotti

di idrolisi

• Diminuisce la repulsione elettrostatica della

fosfoanidride

• L ATP viene idratata e questo fa si che aumenti

l entropia, diminuisce l energia di solvatazione

2. I nucleotidi trifosfato come l ATP hanno anche funzione di donatori di gruppi fosfato, si ha l idrolisi del

legame anidridico e il gruppo fosfato si lega covalentemente ad un accettore. Per far avvenire questo

meccanismo sono necessari degli enzimi che appartengono alla famiglia delle transferasi, in particolare queste

che trasportano i gruppi fosfato sono le chinasi.

Se l accettore ad esempio è una proteina che ha un gruppo alcolico che si trova su un amminoacido, con l aiuto

dell enzima chinasi il gruppo fosfato dall ATP si lega con un legame estere alla