Chimica inorganica, Laboratorio - Parte 2

Chimica Bioinorganica

- Componenti principali di proteine, acidi nucleici, lipidi, membrane, polisaccaridi.

• Elementi: C, H, N, O, P, S

Elementi essenziali

Una linea di elementi che sono essenziali per la maggior parte degli esseri viventi. Senza di loro con C, H, N, O, P, S non esisterebbe.

Un elemento è bio-essenziale per l'organismo se:

• La sua assenza crea uno stato patologico.
• La sua re-somministrazione cura la patologia.
• Ad esso è assegnata una specifica funzione.

Curva dose - risposta dell'organismo

Deficienza (carenza)?

Monte per carenza

Dosaggio dell'essenziale

• Tossicità
• Valore ottimale
• C
• Risposta
• D

Deficienza -> L'organismo può avere varie disfunzioni.

Tossicità -> Può portare al mancato smaltimento dell'elemento e alla formazione di depositi pericolosi.

La gravità dipende da quanto esso è in carenza o in eccesso rispetto al range o valori ottimali.

Amino acidi

• Alifatici
  • Glicina, Alanina, Prolina (ramificati -> Valina, Leucina, Isoleucina)
• Aromatici
  • Fenilalanina, Tirosina, Triptofano
• Polari
  • Asparagina, Glutamina, Serina, Tirosina
• Contenenti S
  • Metionina (Met) ³ C _OO CH₂ CH₂ SCH₃
  • Cisteina (Cys) ³ C _OO CH₂ SH

- Carichi negativamente: aspartato, glutammato

- Carichi positivamente: arginina, lisina, istidina (His)

Cofattore

Piccola molecola necessaria ad una macromolecola affinché quest’ultima svolga la propria funzione

Solitamente, né la piccola molecola né la macromolecola possono svolgere la loro funzione in assenza dell’altra

Chiamato qualche volta gruppo prostetico

- Cofattori non metallici:

Cofattori proteici coinvolti in processi biologici che non contengono ioni metallici.

Es. ADP, ATP

- Cofattori metallici:

Ioni metallici associati stabilmente ad una catena polipeptidica

Tipicamente sono utilizzati:

• Come centri catalitici
• Per "aiutare" la proteina ad assumere alcune geometrie specifiche

Quando leganti proteici sono legati a ioni metallici, generalmente divengono più acidi

Carica positiva del metallo stabilizza la base coniugata del legante

Nei Mb ferro penta o esacoordinato

• 4 nell'eme
• 1 amminoacido (Hys)
• 4 nell'eme
• 1 amminoacido
• 1 molecolo di O2 (Hys)

È presente nei muscoli e si occupa dell'immagazzinamento di O2 intracellulare

Colore rosso dei muscoli dovuto alla presenza dell'eme.

Emoglobina (Hb)

Struttura quaternaria - 4 subunità, ognuna lega un gruppo eme con Fe 2+

È responsabile del trasporto di O2 nel sangue

Passaggio ossigeno Mb-Hb

Si ha una norma del legame Fe-O2

Pressione parziale di O2

Caratterizzazione spetmoslopica

M0, bande UV-Vis più importanti:

• Soret (transit π-π* della porfirina) - 400-450 nm
• Banda α coeff. di estinzione molare è più alto (100-200)
• α/β insature della porfirina ≈ 500 nm circa (530-560 nm)
• CT legante-ferro ≈ 600-300 nm

ε molto bassi, bande meno visibili

Zn CHIAVE DELLA REAZIONE ENZIMATICA

• COORDINATO A 3 His IN UNA PROFONDA CAVITÀ
• LATO IDROFOBICO (ATTIRA LA CO₂)
• LATO IDROFILICO (FACILITA LA CATALISI)

MECCANISMO:

• SUBSTRATO ENTRA IN CAVITÀ GUIDATO DA INTERAZIONI IDROFOBICHE
• SUBISCE L'ATTACCO DI UN OH^-
• FORMAZIONE DI UN INTERMEDIO PENTACOORDINATO
• RILASCIO DEL PRODOTTO

ATTACCO NUCLEOFILO AL C DELLA CO₂

SI USA UN INVECE DI H₂O PERCHÉ, ANCHE SE LA FORMA H₂O È PIÙ FACILE DA OTTENERE

LA CO₂ ENTRA NEL SITO IDROFOBICO LEGANDOSI AD UNA TYR

CAVITÀ ATTRAVERSO UN CANALE, INFONDO ALLA QUALE INTONDA LO IONE ZINCO

STRUTTURA COMPATTA DELL'ENZIMA

2 SEMIREAZIONI:

CO₂ + EZnOH^- ⇌ EZnHCO₃

EZnHCO₃ ⇌ H₂O + EZnH₂O + HCO₃^-

EZnH₂O + B ⇌ EZnOH + BH⁺

Quantità di [E] e [ES] non d.

C_tot[E] = [ES]

Assolutamente [S] è una quantità direttamente non d.

K₁[E][S] = K_-1[ES] + K₂[ES]

[E]_tot, [ES][S]

[ES]

(k_-1 + k₂)k₁

K_M

K_M costante di Michaelis

V₀ = (d[P])/(dt) t=0K₂ [ES] = (K₂ [E]_tot [S])/(K_M + [S])

V_Max →

S e in e, E e s

V_max = k₂[E]_tot

Dalla combinazione di queste due equazioni nasce l'equazione di Michaelis-Menten:

V = (V_max[S])/(K_M + [S])

• Ogni coppia S/E ha una caratteristica V_M
• V_max rappresento la media della forza di legame fra S ed E

K_M grande → interazione S/E deboleK_M piccolo → interazione S/E forte

t bassa + basso [S]₀[S] celle permette raggiungere una V₀ pari a 1/2V_max