Chimica organica

POLISACCARIDI

I principali polisaccaridi sono amido, glicogeno, cellulosa e chitina. I primi due hanno funzione

energetica (l’amido lo usiamo noi ì, ossidandolo lo trasformiamo in energia, mentre il glicogeno è

uno steccaggio di riserva energetica negli animali. La chitina costituisce la struttura sia di animali

che di vegetali.

Nel caso del glicogeno e del’amido abbiamo legami alpha glicosidici 1-4, mentre chitina e

cellulosa da legami beta glicosidici 1-4. I glicosammino glicini sono presenti nella superficie delle

cellule e nella matrice cellulare e permettono la comunicazione.

I polisaccaridi che hanno un ruolo di riserva energetica nelle cellule formano dei granuli, sono

stoccati come riserva energetica. L’amido ha origine vegetale, mentre il glicogeno è l’equivalente

negli animali, presente per esempio. Nel fegato.

AMIDO: due forme principali: amilosio; lungo nastro di D-glucosio legato con legami alpha

glicosidici 1-4; l’amilopectina è un polimero ramificato (ogni 10-25 unità) (il gruppo OH in

posizione 6 lega una catena ddi zuccheri sempre con legame alpha di glucosio) sempre con

legami alpha 1-4.

GLICOGENO: simile all’amilopectina ma molto più ramificata (ogni 8 unità).

Se sei prende in considerazione l’amilosio che è una catena unica, gli enzimi di amilasi che

staccano il glucosio iniziano dal terminale non riducente (che non si apre più). Il processo è

stranamente lento, ma la cosa cambia se pensiamo all’amilopectina perchè questa oltre ad avere

la catena principali ha inoltre le ramificazioni che coinvolgono il gruppo alcolico in posizione 6. La

catena laterale costituisce un altro terminale non riducente, quindi quando arrivano le amilasi, se

agiscono sull’amilopectina, avendo questa molti terminali non riducenti, staccano molte molecole

di glucosio alla volta. Quest sistema permette di vedere come un sistema di stoccaggio è più

rapido nel caso dell’amilopectina che è più ramificata. Inoltre questo metodo permette al

polimero di non degradarsi troppo rischiando di perdersi in soluzione.

Amilosio: ha una struttura elicoidale con 6 residui per giro. Inoltre possiede una struttura

secondaria. Se si pensa alla forma a sedia degli zuccheri a 6 termini ci sono i due angoli d torsione

che si chiamano phi e psi.

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CELLULOSA: sono tutte unità di d glucosio in forma piranosica con legame beta glicosidico 1-4.

Essendo beta non siamo in grado di degradarlo, non possediamo gli enzimi cellulasi

CHITINA: non è fatto di d-glucosio ma di N-acetil-beta-D- glucosammina legata da legami

beta-1-4 . Dalla chitina si può ricavare il chitosano. Un polimero naturale ottenuto togliendo dei

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gruppi acetili alla chitina (deacetilazione). Abbiamo un 70% di gruppi ammini deacetilati e 30%

ancora acetilati, questo lo rende più solubile, poichè bisogna pensare i gruppi amminici protonati.

La chitina è quindi insolubile. Il chitosano ha un effetto emostatico, ma è stato utilizzato anche

come polimero naturale che può essere funzionalizzato attraverso delle sequenze asse, piuttosto

che sequenze che facilitino la crescita.

RUOLI SPECIALIZZATI DEI POLISACCARIDI

Oltre alle funzioni di riserva e struttura, alcuni polisaccaridi svolgono ruoli più complessi, come la

comunicazione cellulare.

Glicosamminoglicani (GAG): Questi polisaccaridi, presenti nella matrice extracellulare,

interagiscono con proteine e segnali molecolari per regolare processi biologici come lo sviluppo

embrionale, la risposta immunitaria e la cicatrizzazione.

Esempio pratico: articolazioni. L’acido ialuronico, un GAG, è fondamentale per mantenere

l’elasticità della pelle e lubrificare le

I GLICOCONIUGATI: I glico-coniugati sono molecole ibride formate dall'unione di componenti

carboidratiche con proteine o peptidi. Essi si dividono in tre principali categorie:

1. Proteoglicani

2. Peptidoglicani

3. Glicoproteine

Proteoglicani: I proteoglicani sono costituiti da una proteina centrale a cui si legano numerose

unità di glicosamminoglicani (GAG). I GAG sono polimeri derivanti dalla ripetizione di disaccaridi

formati da:

• Glucosammina o galattosammina, che possono essere acetilate.

• Un zucchero acido (es. acido ialuronico) o uno zucchero contenente gruppi solfato.

I GAG presentano numerose cariche negative a pH fisiologico, dovute alla presenza di gruppi

carbossilici e solfati. Questa caratteristica rende le catene altamente idratabili, permettendo loro

di svolgere ruoli cruciali nella matrice extracellulare, come la protezione delle articolazioni.

Aggregati di Proteoglicani: Un esempio complesso di proteoglicani è rappresentato dagli

aggregati di acido ialuronico, presenti nella cartilagine e nel liquido sinoviale. Questi aggregati

fungono da ammortizzatori e lubrificanti nelle articolazioni, grazie alla loro capacità di attirare

acqua e formare gel idratati.

Peptidoglicani: I peptidoglicani sono componenti chiave della parete cellulare batterica, costituite

da:

• Catene polisaccaridiche.

• Ponti peptidici trasversali, come pentaglicine e tetrapeptidi contenenti amminoacidi D.

Questa struttura garantisce resistenza meccanica e protezione contro enzimi degradativi. Ad

esempio, la penicillina agisce bloccando la sintesi dei peptidoglicani, indebolendo la parete

batterica.

Glicoproteine: le glicoproteine sono essenzialmente proteine modificate post-traduzionalmente

con catene carboidratiche legate ai residui di serina o asparagina. Questa modifica:

• Stabilizza il folding proteico.

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• Protegge dalla degradazione enzimatica.

Un esempio importante di glicoproteine è legato ai gruppi sanguigni, determinati da specifici

zuccheri presenti sulla superficie dei globuli rossi. Ad esempio:

• Gruppo 0: antigene di base.

• Gruppo A: antigene 0 + N-acetilgalattosammina.

• Gruppo B: antigene 0 + galattosio.

• Gruppo AB: antigene 0 + entrambi gli zuccheri.

Questa variabilità influisce sulla compatibilità nelle trasfusioni di sangue, con il gruppo 0 come

donatore universale e il gruppo AB come ricevitore universale.

LIPIDI

I lipidi sono una classe fondamentale di biomolecole con caratteristiche chimiche e strutturali che

li distinguono nettamente da proteine, carboidrati e acidi nucleici. La loro caratteristica comune è

la scarsa solubilità in acqua, data dalla predominanza di catene idrocarburiche apolari, e la

solubilità nei solventi organici apolari. Questa proprietà li rende ideali per svolgere funzioni

specifiche in organismi viventi.

Funzioni principali dei lipidi:

Riserva energetica: I lipidi, grazie alla loro struttura chimica composta da lunghe catene

idrocarburiche completamente ridotte, forniscono una grande quantità di energia quando

vengono ossidati. Per questo motivo, rappresentano la riserva energetica più concentrata negli

animali e nelle piante.

Componenti delle membrane cellulari: I lipidi sono gli elementi fondamentali delle membrane

biologiche, che separano la cellula dall’ambiente esterno e delimitano i compartimenti

intracellulari, garantendo una regolazione precisa degli scambi e delle funzioni.

Isolamento termico e protezione: I depositi di grasso servono a proteggere gli organi interni e a

fornire isolamento termico negli animali.

Ruoli specializzati: Alcuni lipidi, come gli ormoni steroidei derivati dal colesterolo, regolano il

metabolismo. Altri, come i gangliosidi, partecipano al riconoscimento cellulare e alla trasmissione

dei segnali.

STRUTTURA

A differenza delle proteine e dei carboidrati, i lipidi non formano strutture polimeriche. Tuttavia, la

loro anfipatia – la presenza di una testa polare idrofila e di una coda apolare idrofobica – permette

loro di auto-organizzarsi in strutture specifiche quando sono in ambiente acquoso:

-Monostrati: Le teste polari si orientano verso l’acqua, mentre le code idrofobiche si allontanano

dal solvente.

-Bilayer: I doppi strati lipidici formano la base delle membrane cellulari.

-Micelle: Strutture sferiche in cui le teste polari sono rivolte verso l’esterno e le code idrofobiche

verso l’interno.

-Vescicole: Strutture simili alle micelle, ma con un compartimento acquoso centrale.

Le forze che stabilizzano queste strutture includono: effetto idrofobico: Le code lipidiche si

aggregano per minimizzare l’esposizione all’acqua; interazioni di Van der Waals: Che stabilizzano il

contatto tra catene idrofobiche; interazioni polari: Tra le teste idrofile e le molecole di solvente

acquoso.

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COLESTEROLO

Il colesterolo è un lipide appartenente alla classe degli steroidi. La sua struttura chimica è

costituita da quattro anelli condensati (A, B, C e D), tipici della struttura steroidea. Questi anelli

formano un nucleo idrofobico rigido. Possiedono una coda idrocarburica, non polare e altamente

idrofobica, che interagisce con le code idrofobiche degli altri lipidi; e un gruppo ossidrilico (-OH),

localizzato sul carbonio 3 dell’anello A. Questa è l’unica parte polare della molecola e rende il

colesterolo debolmente anfipatico.

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Ruolo biologico del colesterolo:

1.Membrane biologiche: Il colesterolo si inserisce tra i fosfolipidi del doppio strato lipidico:

-A basse temperature, impedisce che le catene idrofobiche dei fosfolipidi si cristallizzino,

mantenendo la fluidità della membrana.

-A temperature elevate, limita l’eccessiva fluidità della membrana stabilizzandola.

2.Precursore di molecole bioattive:

-Ormoni steroidei, come cortisolo, aldosterone, estrogeni e testosterone.

-Vitamina D, coinvolta nell’omeostasi del calcio.

-Sali biliari, essenziali per la digestione dei grassi.

STRUTTURA DELLA MEMBRANA D MODELLO A MOSAICO

La membrana cellulare è una struttura dinamica che separa la cellula dall’ambiente esterno,

regolando il trasporto di molecole e la comunicazione con altre cellule. È composta

principalmente da lipidi, proteine e carboidrati, organizzati secondo il modello a mosaico fluido.

Componenti principali:

1.Doppio strato lipidico: formato principalmente da fosfolipidi, che si organizzano in modo che le

teste polari idrofile siano rivolte verso l’esterno (verso il citoplasma e l’ambiente extracellulare) e

le code idrofobiche verso l’interno. Il colesterolo è disperso all’interno del bilayer, modulandone

fluidità e stabilità.

2.Proteine: Proteine integrali: Attraversano l’intero doppio strato e svolgono funzioni di trasporto,

segnalazione o adesione cellulare, proteine periferiche: Si trovano sulla superficie interna o

esterna della membrana e sono coinvolte in attività enzimatiche o di segnalazione.

3.Carboidrati: spesso legati alle proteine (glicoproteine) o ai lipidi (glicolipidi), svolgo