Biochimica

TRASPORTO DEL GLUCOSIO

La superficie assorbente dell'epitelio intestinale è aumentata dalla presenza di villi e microvilli. I villi sono dei ripiegamenti che consentono di aumentare la superficie di assorbimento dell'epitelio intestinale, grazie ad una maggiore concentrazione di trasportatori a livello delle membrane; i villi sono a loro volta ricoperti da microvilli che hanno la medesima funzione.

Ogni cellula costituente i villi, ha infatti una struttura a spazzola caratterizzata da un'elevata concentrazione a livello di membrana di trasportatori sodio dipendenti, tra cui i cotrasportatori sodio-glucosio (SGLT). I cotrasportatori sodio-glucosio introducono glucosio all'interno della cellula accompagnato da due ioni sodio.

L'ingresso del glucosio all'interno della cellula è regolato pertanto dal gradiente di ioni sodio che si viene a formare tra citosol e ambiente extracellulare, infatti questi cotrasportatori sono trasportatori.

attivisecondari.Il glucosio si concentra quindi all'interno della cellula dove in seguito, in virtù della sua maggiorconcentrazione rispetto all'esterno, esce passivamente per mezzo del trasportatore GLUT.Il sistema GLUT non richiede quindi un gradiente ionico, ma solamente un gardiente di concentrazione. Iltrasporto del glucosio avviene infatti passivamente dall'interno all'esterno della cellula (sono trasportatoripassivi, uniporti).Il trasportatore GLUT si compone di una proteina che attraversa la membrana plasmatica dodici volte,generando un canale idrofilico per il passaggio del glucosio. Questo canale idrofilico si genera perchéall'interno della sequenza α-elica si trovano alcuni amminoacidi idrofilici (polari) disposti in manieraasimmetrica. La struttura α-elica avrà quindi una faccia idrofobica (apolare) rivolta verso la membranafosfolipidica e una faccia idrofilica che determinerà invece il canale attraverso

cui avviene il passaggio del glucosio.

CANALI IONICI

I canali ionici non sono saturabili in quanto hanno una frequenza di trasporto elevatissima (dai 10 ai 100 milioni di ioni al secondo). Sono importanti per la regolazione dell'impulso nervoso e creano anch'essi zone polari per il passaggio degli ioni. Bisogna considerare che ogni ione è legato a dell'acqua pertanto è necesario che lo ione prima si liberi dell'acqua per poter passare attraverso il canale ionico. Questo è permesso dal fatto che all'interno del canale ci sono delle zone idrofiliche che consentono di sostituirsi all'acqua nel momento in cui passa attraverso il canale.

ASPETTI GENERALI DEL METABOLISMO

Il metabolismo è quell'insieme di trasformazioni chimiche che avvengono in una cellula o in un organismo attraverso reazioni sempre catalizzate dagli enzimi. Pertanto, è una serie concatenata di reazioni enzimatiche dette vie metaboliche, che talvolta possono

è associata una variazione di energia libera ΔG. Siccome il ΔG è una funzione di stato (ovvero una funzione in cui la variazione tra due punti del sistema dipende dal solo valore delle coordinate dei due punti stessi) alcune tappe della via metabolica potranno essere endoergoniche mentre altre esoergoniche, ma complessivamente la via metabolica risulterà esoergonica.

La variazione di energia libera ΔG può essere:

• variazione negativa (ΔG<0), la reazione è favorita termodinamicamente quindi l’energia che ricaviamo dalla reazione può essere impiegata per compiere un lavoro. Inoltre, i prodotti sono più stabili dei reagenti;
• variazione positiva (ΔG>0), la reazione non è favorita termodinamicamente pertanto richiede energia. Inoltre, i prodotti sono meno stabili dei reagenti;
• variazione nulla (ΔG=0), siamo in una condizione di equilibrio chimico, non è quindi possibile compiere alcun lavoro.

lavoro.CALCOLO DEL ΔG

Per ottenere il ΔG di una reazione chimica, basta considerare la concentrazione dei reagenti e dei prodotti.

Supponiamo di avere una reazione:

Per calcolare il ΔG bisogna applicare la formula:

0

Nella formula, ΔG ’ è il ΔG standard. Quando la concentrazione di P e Q è pari alla concentrazione di A e B, il rapporto PQ/AB è pari ad 1, quindi il logaritmo di 1 è pari a 0, pertanto il prodotto RTln(PQ/AB) è complessivamente pari a 0. ΔG ’ è quindi il ΔG che otteniamo a partire da una concentrazione di 1 molare di prodotti e reagenti.

0

Il ΔG ’ contiene la costante di equilibrio K perché quando ΔG=0 otteniamo che:

Nella formula, [X] sono le concentrazioni all’equilibrio, quindi possono essere anche tradotte in K :

eq

All’equilibrio quindi non possiamo compiere lavoro perché le concentrazioni iniziali sono uguali e abbiamo infatti ΔG=0.

reagenti in modo tale da rendere il ΔG complessivo minore di 0, e far sì che la reazione diventi favorita termodinamicamente.

LOGICA CHIMICA ALLA BASE DELLE VIE METABOLICHE

La logica chimica alla base delle reazioni biochimiche più comuni può essere classificata in cinque tipologie:

1. reazioni che formano o spezzano un legame C-C o C-H (legami covalenti);
2. reazioni di riarrangiamento interno (isomerizzazioni);
3. reazioni con formazione di radicali liberi;
4. reazioni di trasferimento di gruppo;
5. reazioni di ossidoriduzione.

ROTTURA DI UN LEGAME COVALENTE

Un legame C-C O C-H può essere spezzato in due modi diversi.

1. Scissione omolitica.
2. Scissione eterolitica: è la più frequente. Nel caso in cui andiamo a scindere un legame C-H, abbiamo due possibilità, ovvero la formazione di un carbanione staccando un protone dal legame, o la formazione di un carbocatione staccando uno ione idruro dal legame.

Nel caso in cui il legame è invece C-C’,

avido di elettroni, e tende quindi a trascinare con sé tutti gli elettroni del doppio legame lasciando un buco positivo sul carbonio carbonilico, che attrarrà elettroni e sarà suscettibile ad un attacco nucleofilo.

IL CARBONIO NELLE REAZIONI DI OSSIDORIDUZIONE

Le reazioni di ossidoriduzione riguardano sempre il carbonio, perché è il carbonio che perde elettroni dal legame, ossidandosi da un composto idrogenato (come un alcano o un alcol) fino all'anidride carbonica. Lo stato di ossidazione può oscillare tra +4, quando il carbonio è legato solamente all'idrogeno, e -4, quando il carbonio è legato solamente all'ossigeno (nell'anidride carbonica).

Il processo ossidoriduttivo è alla base del metabolismo: il metabolismo catabolico, quello in grado di degradare le sostanze organiche complesse, porta il carbonio dallo stato -4 allo stato +4, quindi espelle elettroni per ricavare energia (per fare ATP). Al contrario,

Il metabolismo anabolico, quello costruttivo, richiede elettroni per passare dall'anidride carbonica (nel caso delle piante) o da composti più complessi (come gli acidi carbossilici, nel caso degli animali) a composti organici più ridotti con uno stato di ossidazione più bassa. Il processo di ossidazione e riduzione sono pertanto due processi opposti: l'ossidazione distrugge mentre la riduzione ricostruisce.

Idrolisi di ATP
L'idrolisi dell'ATP è la reazione che più di ogni altra può essere impiegata per consentire alle reazioni endoergoniche (sfavorite) di avvenire. Nell'idrolisi dell'ATP, dal punto di vista energetico, abbiamo un ΔG' pari a -30 kJ/mol, il che ci dice che la reazione è spostata fortemente verso i prodotti con un rapporto di circa un milione di volte. Questo significa che all'equilibrio l'ADP è circa un milione di volte più concentrato rispetto.