Appunti integrati con studio del libro di Biochimica - parte 1

Carboidrati e Glicobiologia

Sono le molecole più abbondanti sulla terra. Per definizione si tratta di poliidrossi aldeidi o poliidrossi chetoni con formula empirica CH2O)n. Questi possono essere suddivisi in tre classi principali:

1. Monosaccaridi sono a loro volta classificabili sulla base del numero di atomi di carbonio con cui sono formati le unità funzionali (i saccaridi): avremo quindi...
• i triosi esosi

I triosi più importanti sono la gliceraldeide e il diidrossiacetone. Tranne quest'ultimo tutti i carboidrati presentano almeno un carbonio asimmetrico e più alto è il numero di unità di carbonio di cui è formato il carboidrato, più altro sarà il numero di atomi di carbonio asimmetrici anche detti stereoisomerici (molecole che possono presentarsi nello spazio in due conformazioni particolari riconducibili alla esosi perché).

vengono isomerizzati a glucosio che diventa lo zucchero (struttura della gliceraldeide). Il glucosio è il principale zucchero che viene ossidato e i pentosi sono gli elementi costitutivi dei nucleotidi che hanno importanza rilevante nella biologia. Nel caso degli aminoacidi, tutti quelli di interesse biologico sono di tipo L, ovvero con l'atomo di idrogeno a destra, mentre nel caso degli zuccheri che sono di interesse biologico e che sono sottoposti a ossidazione o a processi di polimerizzazione sono di tipo D. Gli atomi di carbonio vengono numerati a partire dal carbonio più vicino al gruppo reattivo aldeidico o chetonico. Questa struttura emiacetalica conduce alla formazione di un nuovo gruppo stereoisomerico che è proprio sull'atomo di carbonio 1, diventando un nuovo centro chirale e quindi il gruppo OH che porta può essere al di sopra o al di sotto del piano del gruppo reattivo.

pirano (normalmente lal’immagine speculare dell’altra) si differiscono per la posizione su un struttura più stabile del glucosio è il beta glucopiranosio in cui l'OH èsolo atomo di carbonio vengono definiti epimeri: se guardiamo il spinto sopra il piano dell'emiacetale).glucosio vediamo che è uguale al galattosio tranne che per lastereoisomeria del carbonio in posizione 4, quindi sono degli epimeri La stessa ciclizzazione può essere compiuta dal fruttosio che è un(nello specifico mentre il glucosio ha l'idrolisi a sinistra, il galattosio ha cheto-esoso però sta volta il carbonio 5 reagisce con il gruppoil gruppo ossidrile a sinistra). chetonico in posizione 2 quindi la struttura è a 4 atomi di carbonio inquanto sia il gruppo alcolico in posizione 1 che quello in posizione 6non sono coinvolti in questa struttura ma si trovano agli estremi diquesta struttura ciclica che assomiglia a quella del furano

quindi prende il nome in questo caso di frutto-furano. In questo caso l'atomo di carbonio 2 diventa un nuovo centro chirale e può essere sia nella forma beta che alfa. Il carbonio di questi nuovi centri chirali è detto anomerico ed in presenza di un ossidante cedono facilmente un atomo di idrogeno quindi si comportando da riducenti. Tutti i carboidrati all'interno della cellula, dunque in ambiente acquoso, non si trovano in configurazione lineari ma ciclizzano formando degli emiacetali. Gli zuccheri infatti, vanno incontro a un riarrangiamento interno: si ciclizzano per reazione dell'ossidrile in posizione 5 con il gruppo aldeidico in posizione 1. Si ha così un ponte ossigeno e la formazione di una struttura ciclica a 5 atomi di carbonio simile al pirano e nel caso del glucosio prende il nome di struttura glucopiranosidica. Ha 5 atomi di carbonio perché l'atomo di carbonio 6, dove è presente un gruppo alcolico primario, sporge fuori.dallastruttura del pirano.161 αNello specifico dalla condensazione 1-4 di due molecole diÈ importante, nel metabolismo degli zuccheri, chiarire che in una glucosio otteniamo una molecola di maltosio. Nel legame sonomolecola avremo una sola unità riducente e tutte le altre sono delleunità non riducenti. coinvolti il carbonio anomerico 1 di un glucosio (a sinistra) e il gruppoOH in posizione 4 della seconda molecola di glucosio (a destra)Oligosaccaridi sono costituiti dalla condensazione di unnumero variabile di elementi monosaccaridici. I più comunisono i disaccaridi come il lattosio, saccarosio(fruttosio+glucosio) e più in generale si intendono tutte quellemolecole di natura glucidica formate da un numero dimonosaccaridi inferiore a 20.Un disaccaride si forma mediante la formazione di un legamechiamato legame O-glicosidico (O- perché viene tenuto assieme daun ponte ossigeno) che interessa il carbonio emiacetalico di un alfaglucosio e

Un gruppo alcolico del monosaccaride (in configurazione alfa o beta) si forma nel disaccaride con la liberazione di una molecola di acqua. Questo gruppo alcolico è rappresentato dal gruppo aldeidico libero del secondo zucchero. Non è coinvolto in nessun legame ed è situato all'estremità 4 del primo zucchero, che non è riducente. Il legame tra i due zuccheri è di tipo beta-1,4.

Il lattosio è un disaccaride che si forma dalla condensazione di una molecola di glucosio con il proprio epimero galattosio. Può essere considerato un disaccaride riducente perché presenta un estremo OH della prima molecola non riducente, ma è anche vero che il primo carbonio emiacetalico resta libero e quindi tutto il disaccaride è riducente. Questo processo serve per estrarre parte dell'energia entalpica che è presente nel lattosio.

Il saccarosio si forma dalla condensazione del carbonio emiacetalico presente nel glucosio, che è

Il principale carboidrato di cui noi ci α glucosio β fruttosio con un legame α 1,21 del con quello 2 del nutriamo, per produrre ATP in condizioni anaerobiche.glicosidico. Nello specifico si formeranno:~ due molecole di ATP per molecola di glucosio ossidato~ una coppia NADH ridotto per molecola di glucosio ossidato~ si forma acido piruvico il cui destino può essere differente in relazione alle esigenze metaboliche della cellula ed è un precursore di un aminoacido che è l'alanina~ intermedi metabolici vari (diidrossiacetonfosfato che è un precursore necessario per la sintesi dei lipidi, acido 3 fosfoglicerato che è un intermedio della sintesi dell'aminoacido serina, nel globulo rosso si forma il 2,3 bisfosfoglicerato che è un regolatore allosterico negativo fondamentale nell'emoglobina)- È molto velocePoiché in questa reazione di condensazione entrambi i carboni - Avviene nel citosol dove gli enzimi

eteropolisaccaridi se sono formati da Il glucosio viene trasformato in dieci reazioni successive che simonosaccaridi differenti(con funzione di costituenti parete possono dividere in due parti fondamentali:batterica o matrice extracellulare).

1. una prima parte che è costituita dalle prima cinque reazioniche viene chiamata fase di attivazione in cui il glucosio vieneripetutamente fosforilato e scisso successivamente in duetriosi (gliceraldeide e diidrossiacetone).163È una fase endoergonica proprio perché per fosforilare il glucosiooccorre ATP e quindi dobbiamo utilizzare un ATP come co-fattoreproprio perché grazie all'idrolisi del legame fosfoanidridico e iltrasferimento di questi gruppi fosforici è in grado di fornire questaenergia. l'uno nell'altro…I due triosi poi, isomerizzandosi

2. entrano nella seconda fase detta fase di recupero in cui siha la produzione netta di due molecole di ATP e di una coppiadi NADH dovuta al fatto

Che estraiamo atomi di idrogeno dalla gliceraldeide con la formazione finale di questa molecola a tre atomi di carbonio che è l'acido piruvico, il cui destino è variabile. La plurivalenza di questo composto finale rende conto dell'importanza della via metabolica che lo produce. La glicolisi viene regolata mediante due enzimi di regolazione i quali si trovano rispettivamente uno nella fase preparatoria che è la fosfofruttochinasi e il secondo si trova nella fase di recupero e si chiama piruvatochinasi.

Vediamo nel dettaglio le due fasi singolarmente: gruppo fosfato aggiunge la possibilità di formare legami di contatto tra l'enzima e il substrato.

FASE DI ATTIVAZIONE (o preparazione) ha come obiettivo quello di  i legami anidridici sono, rispetto ad altri tipi di legame, più energia libera del glucosio per produrre due molecole a tre utilizzare facilmente trasformati in legami ad alta energia. atomi di carbonio (2 molecole gliceraldeide

3-fosfato) ad alta energia di trasferimento di fosfato superiore a quella dell'ATP che servirà per Il glucosio innanzitutto arriva dentro la cellula attraverso il GLUT in un sintetizzare poi da ADP e fosfato ATP. contesto in cui il glucosio viene riversato dal fegato, mediante la vena Consta di 5 reazioni: porta, nel circolo ematico. Ci troviamo di fronte ad alti livelli di glucosio plasmatici, superiori al livello di controllo standard medio che La 1° reazione (I reazione di innesco) è quella di fosforilazione del è 5 millimolare e quindi il glucosio, tramite il GLUT-1 ubiquitario in glucosio sul carbonio 6. tutte le cellule, penetra facilmente all'interno di esse. (Nel caso di tessuti specializzati avremo altre GLUT come nel caso del muscolo e del tessuto adiposo in cui il glucosio entra nella cellula mediante il GLUT-4 con recettori mediati dall'insulina ecc..) La fosforilazione avviene mediante una classe di enzimi che prendono il nome di

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