Biochimica

X ESAME

Bisogna sapere per l’esame: la capacità dell’acqua di formare legami

idrogeno e gli effetti che i vari legami idrogeno possono avere sulle

proprietà chimico-fisiche dell’acqua;

Bisogna anche ripetere la teoria acido base e cosa sono i tamponi ma

questo non lo chiede.

Amminoacidi e legame peptidico.

Le proteine sono polimeri costituiti da alfa-amminoacidi; tra le

macromolecole di interesse biologico le proteine sono state le prime ad

essere state studiate.

Esse non sono le principali macromolecole, ma hanno una principale

importanza nel buon funzionamento di una cellula; inoltre sono le più

abbondanti in quanto rappresentano più del 50% del peso totale di una

cellula se si esclude l’acqua.

Un amminoacido è una molecola che presenta almeno due gruppi

funzionali, un gruppo amminico ed uno carbossilico,

entrambi legato ad un carbonio detto carbonio alfa,

cioè il carbonio 1.

A questo carbonio sono legati anche un atomo di

idrogeno e una catena laterale R che nella glicina è

sostituita da un altro idrogeno.

(All’esame non scrivere mai come amminoacidi la glicina perché è

troppo semplice e può pensare che non sappiamo gli amminoacidi).

Gli amminoacidi che entrano a far parte delle proteine sono 20, ciò non

significa che in natura esistono solo questi amminoacidi; inoltre sarà la

loro combinazione nella proteina a conferire proprietà diverse alle

diverse proteine.

Esistono diverse strutture per poter disegnare gli aminoacidi, ma basta

saperlo scrivere anche come nell’immagine precedente, anche se in

questa condizione gli amminoacidi non esistono poiché avremo sempre

uno stato di ionizzazione dell’amminoacido.

Abbiamo detto che il carbonio alla quale sono legati il gruppo amminico,

il gruppo carbossilico, l’idrogeno e la catena

laterale R prende il nome di carbonio alfa; gli

altri carboni della catena si nominano

partendo dalla catena alfa ed allontanandosi

da essa, questi prendono il nome di beta,

gamma, delta, eta, ecc.

Nell’immagine ci sono due esempi, nel caso

della lisina il gruppo amminico legato al

carbonio epsilon si dice gruppo epsilon

amminico; per quanto riguarda invece il

glutammato il gruppo carbossilico legato al

carbonio gamma si dice il gruppo gamma

carbossilico.

Gli amminoacidi possono essere raggruppati secondo alcune proprietà

che condividono, per esempio gli aminoacidi con gruppi R alifatici e

quindi non polari comprendono:

• Glicina

• Alanina

• Valina

• Leucina

• Isoleucina

• Metionina, particolare poiché contiene un’atomo di zolfo

• Prolina, particolare poiché non presenta un gruppo amminico lineare

ma un gruppo imminico ciclico.

Qui accanto c’è la

rappresentazione dei diversi

amminoacidi con gruppi R

alifatici ed in rosa è evidenziata

la catena R.

Tutti questi elencati sono 1- Val

la

Gly Pro

amminoacidi idrofobici e quindi

non polari.

Questi amminoacidi singolarmente

in soluzione possono interagire

con l’acqua perché sia il gruppo

amminico che il carbissilico

possono interagire con l’acqua;

infatti la definizione di questi Ite

Leu Net

aminoacidi è di amminoacidi con

gruppi alifatici e quindi è il gruppo R a non poter interagire con l’acqua,

ma essi singolarmente possono ancora interagire con l’acqua.

Ci sono poi gli amminoacidi con gruppi R aromatici che sono:

• Fenilalanina

• Tirosina

• Triptofano

Questi presentano catene molto

idrofobiche, ma dei tre amminoacidi solo

uno in realtà presenta anche un gruppo

che può interagire con l’acqua ed è la

tirosina; in verità anche il gruppo

amminico del triptofano se venisse

esposto all’acqua può avere un minimo di Tyr

Phe Trp

capacità di formare legami idrogeno.

Abbiamo poi gli amminoacidi con gruppi R polari non carichi che sono:

• Serina

• Treonina

• Cisteina

• Asparagina

• Glutammina ser CYS

Thr

Dire che questi aminoacidi presentano dei

gruppi polari non carichi significa che le

catene laterali possono interagire con

l’acqua pur non avendo una carica netta.

Questi gruppi R presentano le caratteristiche

che gli consentono di interagire con l’acqua

come la presenza del gruppo ossidrilico di Asn Gin

serina e treonina; il gruppo solfidrilico

della cisteina; o ancora i gruppi ammidici (-CONH2) di asparagina e

glutammina; tutti questi sono gruppi che almeno in linea teorica possono

interagire con l’acqua formando legami idrogeno.

Esistono poi degli aminoacidi con gruppi R carichi, in particolare

vediamo quelli carichi negativamente che sono soltanto due:

• Aspartato, anche detto acido aspartico

• Glutammato, anche detto acido glutammico

Utilizzando questi due possiamo ricavare

facilmente l’asparagina e la glutammina

poiché questi ultimi due differiscono per la

presenza di gruppo ammidico. Glu

Asp

Oltre agli amminoacidi con gruppi R carichi negativamente ci sono gli

amminoacidi con gruppi R carichi positivamente che sono tre:

• Lisina

• Arginina

• Istidina

Questi tre amminoacidi tendono

naturalmente ad accettare protoni.

Dei tre l’istidina è un po’ particolare

poiché ha come catena laterale un anello

imidazolico; mentre lisina e arginina sono

amminoacidi carichi positivamente e

insolitamente abbondanti in proteine che Lys Arg His

devono il loro ruolo alla presenza di

questi amminoacidi.

La lisina ha un gruppo epsilon amminico, mentre l’arginina è

particolarmente ricca di atomi di azoto.

Un’altra classificazione degli aminoacidi prevede la divisione di questi in

aminoacidi essenziali e non essenziali.

Gli amminoacidi essenziali sono quelli che noi non sappiamo sintetizzare

autonomamente per cui dobbiamo inserirli attraverso la dieta, mentre

quelli non essenziali sono quelli che sappiamo sintetizzare

autonomamente (non chiederà mai quali sono gli amminoacidi

essenziali).

X ESAME

Molto spesso la prima domanda d’esame è disegna il legame peptidico

tra un amminoacido polare non carico a piacere e uno aromatico; oppure

tra un amminoacido alifatico e la serina.

lezione 4

Gli amminoacidi sono molecole estremamente versatili e reattive grazie

alla presenza del gruppo amminico e del gruppo carbossilico, ma anche

grazie alle catene laterali le quali sono in grado di poter contrarre

diversi legami:

- Legami ionici o elettrostatici

- Legami a idrogeno

- Forze di Van der Waals

- Interazioni idrofobiche

Tra questi dobbiamo ricordare anche i ponti disolfuro ovvero dei legami

covalenti che soltanto la cisteina può instaurare.

Bisogna imparare questa immagine; per facilitare il compito ricordiamo

che il legame ionico può avvenire tra amminoacidi con catena laterale

carica; il legame a idrogeno può avvenire soltanto se gli aminoacidi

presentano un atomo di idrogeno legato ad un altro atomo

elettronegativo nella catena laterale; le interazioni idrofobiche possono

avvenire tra aminoacidi con catene laterali apolari.

X ESAME

Quello che bisogna sapere identificare se un amminoacido presenta i

presupposti per creare un determinato legame piuttosto che un altro.

Ogni amminoacido, almeno in linea teorica, presenta due gruppi

ionizzabili quello carbossilico e quello amminico.

Ignorando la catena laterale R se io immergo un amminoacido in acqua

entrambi i gruppi tenderebbero a ionizzarsi.

Per questo motivo gli aminoacidi possono essere visti come ioni

dipolari; la conformazione dipolare di uno ione prende il nome di

forma zwitterionica, ovvero una molecola che presenta carica netta

nulla.

Se mi allontano dalla condizione zwitterionica, e quindi variando il pH

succede che il gruppo amminico ed il gruppo carbossilico si ionizzano in

una maniera piuttosto che in un’altra:

— Per valori di il pH bassi (acido)

prevalgono le cariche positive

- Per valori di pH alti (basico)

prevalgono le cariche negative

- Per valori di pH pari al punto

isoelettrico avremo la forma

zwitterionica.

Il punto isoelettrico è il valore di

pH al quale un amminoacido si

trova con una carica netta pari a zero cioè si si trova nella

sua forma zwitterionica.

Esempio

Sappiamo che nel nostro stomaco c’è un enzima chiamato pepsina che

funziona a pH acidi, per cui gli aminoacidi che la compongono devono

essere funzionali a pH acidi. Questo significa che se noi togliessimo la

pepsina dal pH acido spostandolo ad un pH fisiologico questa non

funzionerà perché la sua struttura si distorce a causa del cambiamento

di ionizzazione degli aminoacidi.

In generale ciò significa che se varia il pH cambia la struttura degli

aminoacidi di quella proteina e quindi cambia la possibilità di legami

che la catena laterale può effettuare per questo la proteina potrebbe

smettere di funzionare correttamente.

Abbiamo detto che il punto isoelettrico è quel valore di pH in cui

l’amminoacido si presenta nella forma zwitterionica, questo valore è

dato dalla media dei valori di pK del gruppo carbossilico e del gruppo

amminico.

Ricordiamo che il pK è un numero che esprime la forza di un acido o di

una base e che a Ka (costante di dissociazione acida) maggiori

corrisponde un pKa minore quindi un acido è tanto più forte quanto più

piccolo è il suo pK.

Tutti gli amminoacidi hanno dei punti isoelettrici caratteristici poiché

non solo il gruppo carbossilico ed il gruppo amminico possono essere

ionizzati ma anche le catene laterali di alcuni amminoacidi.

Un esempio è il caso dell’istidina.

A pH molto bassi la forma dell’amminoacido è positiva, però

aumentando il pH perdo prima il protone del gruppo carbossilico (perché

è un gruppo acido), poi si perde il protone dell’azoto dell’anello

imidazolico (perché più instabile) arrivando così alla forma

zwitterionica, infine si perde l’idrogeno del gruppo amminico (il più

restio a cedere protoni).

Curve di titolazione.

Se tutto questo discorso lo dovessimo

porre in un grafico verrebbe fuori un

grafico del genere in cui sull’asse delle

ascisse avremo gli equivalenti e su

quello delle ordinate il pH.

Si potrebbero notare a questo punto ben

due flessi uno a monte e uno a valle.

In questo caso il punto isoelettrico è

dato dalla media dei valori di pK più alti

perché è lì che ri