Biochimica I - corso completo

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Carboidrati

I carboidrati sono molecole organiche composte da carbonio, idrogeno e ossigeno che svolgono funzione energetica, strutturale e di segnalazione. In base alla complessità strutturale si parla di monosaccaridi, oligosaccaridi o polisaccaridi. Essi possono legarsi ad altre macromolecole formando glicoconiugati come proteoglicani, glicoproteine o glicolipidi.

Monosaccaridi

Presentano sempre una funzione aldeidica o chetonica e in base a quale delle due possiedono si parla di aldosi o chetosi. In soluzione, i gruppi carbonilici possono reagire con gli OH sulla catena per formare un emiacetale ciclico portando lo zucchero in forma piranosica (eterociclo a 6 atomi) o furanosica (eterociclo a 5 atomi). Se scritti in proiezione di Fischer si possono distinguere due tipi di zuccheri, gli zuccheri della serie D (che presentano l'ultimo OH a dx) e gli zuccheri della serie L (che presentano l'ultimo OH a sx). Inoltre, si possono notare alcuni zuccheri che si differenziano per un singolo OH, essi sono detti epimeri in quel determinato carbonio, ad esempio il mannosio è l'epimero in C2 del glucosio mentre il galattosio ne è l'epimero in C4.

Oligosaccaridi e polisaccaridi

Gli oligosaccaridi sono costituiti da pochi monosaccaridi legati da un legame glicosidico. I più comuni sono:

• Maltosio (glucosio + glucosio)
• Lattosio (glucosio + galattosio)
• Saccarosio (glucosio + fruttosio)
• Trealosio (glucosio + glucosio)

I polisaccaridi sono costituiti da più unità monosaccaridiche, si parla di omopolisaccaridi se sono formati da unità identiche e di eteropolisaccaridi se le unità sono diverse. I più comuni sono:

• Amido
• Glicogeno
• Cellulosa
• Chitina

Amido e glicogeno

L'amido e il glicogeno sono polisaccaridi del glucosio con struttura molto simile, il primo è presente negli amiloplasti di alcune cellule vegetali, il secondo nelle cellule muscolari ed epatiche degli animali. L'amido è composto da amilosio e amilopectina che si differenziano per i legami glicosidici che li compongono. L'amilosio è caratterizzato da legami α1,4 glicosidici mentre l'amilopectina forma le ramificazioni con legami α1,6 glicosidici. Il glicogeno presenta gli stessi legami α1,4 glicosidici dell'amilosio e ramificazioni con legami α1,6 glicosidici.

Cellulosa e chitina

La cellulosa è un omopolisaccaride di glucosio con legami β1,6 glicosidici e una struttura allungata stabilizzata da legami a idrogeno intracatena. Le unità di glucosio nella cellulosa sono situate adiacenti formando un angolo di 180°. Forma fibre che si strutturano a fogli stratificati rendendola molto resistente. La chitina è il principale componente degli esoscheletri degli insetti ed è un omopolisaccaride formato da N-acetil-D-glucosammina con legami 1,4 glicosidici.

Eteropolisaccaridi

Alcuni eteropolisaccaridi importanti sono i glicosamminoglicani (GAG) formati da disaccaridi ripetuti contenenti uno zucchero con funzione ammidica spesso derivante da uno zucchero acido, per questo vengono detti mucopolisaccaridi acidi. Se i mucopolisaccaridi non vengono degradati adeguatamente a causa di un problema ereditario si hanno delle patologie dette mucopolisaccaridosi. Una di queste è la sindrome di Hurler o gargoilismo che provoca nanismo disarmonico, ritardo mentale, epatosplenomegalia e alterazioni cardiache oltre all'accumulo di questi mucopolisaccaridi.

Glicosilazione

Le glicoproteine e i proteoglicani subiscono una glicosilazione per aumentare l'idrofilia della molecola, per eventuale segnalazione e per aumentare la biodiversità. Tra zuccheri e polipeptidi possono avvenire due tipi di glicosilazione: la O-glicosilazione e la N-glicosilazione. La O-glicosilazione avviene nel Golgi in fase post-traduzionale, gli zuccheri si legano alle catene laterali di residui di serina o treonina che presentano i polipeptidi. La N-glicosilazione avviene in fase cotraduzionale nel reticolo endoplasmatico e avviene tra lo zucchero e residui di asparagina (N) nelle sequenze consenso N-X-S/T in cui X può essere un qualsiasi amminoacido ad eccezione della prolina.

N-glicosilazione

La N-glicosilazione avviene a partire da un alcol terpenico ad alto peso molecolare in forma attivata: il dolicolo fosfato (o dolicolo-P). Gli zuccheri vengono "caricati" sul dolicolo-P tramite una serie di reazioni enzimatiche con le loro forme attivate con UDP. La N-glicosilazione si può separare in varie fasi:

1. Due residui di N-acetilglucosammina (NAG) si legano al dolicolo-P all'esterno del reticolo endoplasmatico.
2. Cinque residui di mannosio si legano alla catena formata dando origine a ramificazioni.
3. Il dolicolo viene traslocato all'interno del reticolo.
4. Vengono legati altri quattro singoli residui di mannosio da altro dolicolo-P.
5. Vengono legati tre singoli residui di glucosio da altro dolicolo-P.
6. La catena formata viene trasferita su un polipeptide in presenza della sequenza N-X-S/T.
7. Il dolicolo-P viene traslocato nuovamente all'esterno del reticolo di nuovo disponibile per la glicosilazione.

Glicoproteine

A partire da una glicosilazione comune che presenta N-acetilglucosammina e mannosio vengono aggiunti altri residui glicidici differenziando le varie glicoproteine, che possono fungere da recettori o semplicemente avere una funzione migliorata con alcuni tipi di glicosilazione.

Proteoglicani

I proteoglicani costituiscono principalmente la matrice extracellulare in quanto a partire da una proteina core partono varie diramazioni glicosilate, che li rendono molto più idrofili rispetto alle glicoproteine e più adatti all'esterno della cellula. Essi sono molto utili durante gli scambi e le connessioni tra cellule e nell'adesione intercellulare.

Lipidi

I lipidi sono sostanze apolari che svolgono ruoli strutturali e di riserva energetica all'interno delle cellule. In alcuni casi essi svolgono anche funzione isolante e di trasmissione. Le molecole base che costituiscono i lipidi sono detti precursori lipidici e sono acidi grassi, glicerolo ecc. I lipidi più semplici sono formati da legami esterici e sono suddivisi in grassi e cere a seconda delle molecole che formano questi legami. Lipidi più complessi presentano anche altre molecole legate ad essi oltre al legame esterico tra acido grasso e alcol e possono essere fosfolipidi, glicolipidi ecc.

Acidi grassi

Gli acidi grassi sono acidi carbossilici a lunga catena, si dicono saturi se non presentano doppi legami e si dicono insaturi se presentano doppi legami. I principali acidi grassi saturi sono: acido laurico (C12), miristico (C14), palmitico (C16), stearico (C18) e arachidico (C20). I principali acidi grassi insaturi sono: acido oleico (C18 ω-9), linoleico (C18 ω-6), linolenico (C18 ω-3) e arachidonico (C20 ω-6).

Trigliceridi

Sono la principale forma di riserva degli acidi grassi e sono composti da tre acidi grassi esterificati con una molecola di glicerolo.

Fosfogliceridi

Sono i principali costituenti delle membrane biologiche. Sono composti da due acidi grassi, esterificati con un glicerolo, che fungono da code apolari, e da una testa polare formata da un fosfato legato al glicerolo e ad un residuo polare aggiuntivo. I fosfogliceridi danno origine ad altre...