Primo parziale Biochimica

Alcuni gruppi R possono avere gruppi polari, i cui amminoacidi tendono ad associarsi con l’acqua

(si tratta di sostanze idrofile), mentre altri possono essere apolari (sostanze idrofobe) e tendono a

stare lontani dall’acqua.

• AA polari idrofili: serina, treonina, cisteina, asparagina, glutammina, gruppi -OH, -SH

(sulfidrico), e CONH (carbonile);

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• AA apolari idrofobi: alanina, glicina, fenilalanina, isoleucina, leucina, metionina, prolina,

triptofano, tirosina e valina.

La modifica/sintesi delle proteine avviene a livello dell’Apparato di Golgi e consiste solitamente

nell’aggiunta di altri gruppi chimici in modo da regolare l’attività della proteina affinché possa

assumere una determinata struttura tridimensionale; ciò viene detto modificazione post-

traduzionale.

Livelli gerarchici della struttura delle proteine

1. Struttura primaria: è quella più semplice, costituita da una sequenza di amminoacidi legati

tra loro in modi differenti; è rigida e non può ruotare;

2. Struttura secondaria: la sua conformazione può essere associata a brevi tratti della catena

polipeptidica e si distingue in strutture ad alfa-elica e foglietto-beta:

- Alfa-elica: è una struttura data dalla disposizione elicoidale della catena peptidica, è

generalmente destrorsa e presenta 3,6 amminoacidi per giro e 10-20 per elica. La struttura

viene stabilizzata sia da legami a idrogeno tra il carbonile e l’azoto (che avvengono ogni 4

amminoacidi), sia da legami elettrostatici tra le catene positive e negative;

- Beta-foglietto: è una struttura formata da due catene parallele o antiparallele dette

“foglietti” che si legano tra loro formando una struttura semplice a zig-zag. Si può arrivare

a una decina di filamenti, ognuno con circa 15 amminoacidi; inoltre la sua stabilità è data

da legami a idrogeno.

3. Struttura terziaria: è la conformazione tridimensionale della catena polipeptidica, in cui

avviene un ripiegamento della struttura secondaria; qui avviene l’attività catalitica degli

enzimi;

4. Struttura quaternaria: è data dall’associazione di 2 o più catene polipeptidiche , ognuna con

struttura terziaria, che formano più subunità (proteine multimeriche; es. Emoglobina, con 4

catene polipeptidiche, composte da 2 subunità globina alfa e 2 globina beta; ogni globina

contiene un gruppo eme non proteico che ha al centro un atomo di ferro in grado di legare

l’ossigeno. Il suo ruolo è quello di prelevare l’ossigeno dai polmoni e portarlo ai vari

tessuti periferici dove verrà sintetizzata energia).

Come si forma il legame peptidico?

Il legame peptidico si forma mediante una reazione di condensazione tra il gruppo carbossilico di

un amminoacido ionizzato e quello amminico di un altro; questa reazione comporta l’eliminazione

di una molecola d’acqua e la creazione di un legame in cui si evidenziano un’estremità

amminoterminale (dove si trova il gruppo che non ha partecipato alla reazione) e una

carbossiterminale.

Il legame peptidico è dotato di rigidità poiché presenta legami simili a un doppio legame e per

questo motivo non può ruotare; la rotazione può avvenire solo al lati di questo legame e per i legami

che si trovano attorno ad esso e ciò crea degli angoli di rotazione detti psi e phi, che portano alla

formazione di varie strutture secondarie.

Proteine fibrose e globulari:

• Proteine fibrose: sono generalmente insolubili, svolgono ruoli strutturali e possono avere

struttura primaria o secondaria (es. cheratina, collageno);

• Proteine globulari: sono solubili, svolgono diverse funzioni e hanno struttura terziaria o

quaternaria (es. mioglobina).

Acidi nucleici

Gli acidi nucleici sono molecole polimeriche

dette DNA e RNA che hanno il compito di

immagazzinare l’informazione genetica. La loro

struttura è composta da monomeri detti

nucleotidi, all’interno dei quali si trovano uno

zucchero pentoso (da 5 atomi di carbonio) legato

a un gruppo fosfato e una base. Nel DNA, le

basi azotate legate allo zucchero sono quattro:

• Adenina e guanina, che sono purine

(presentano un doppio anello nella

struttura);

• Citosina e timina (/uracile nel RNA), che

sono pirimidine (con un solo anello).

L’unione tra zucchero e base azotata prende il

nome di nucleoside; in questo processo il

carbonio 1’ dello zucchero lega la base dell’azoto 1’ delle pirimidine e dell’azoto 9’ delle purine,

creando un legame beta-N-glicosidico.

Il legame tra più nucleotidi, detto legame fosfodiestere, avviene invece tra gruppo fosfato e gruppo

ossidrile. Questo legame si crea per formare la struttura a doppio filamento del DNA, che sarebbe

una struttura ad alfa-elica con due filamenti antiparalleli; questa doppia elica, destrorsa, deve essere

stabilizzata attraverso legami tra i nucleotidi presenti nei due filamenti.

La rigidità della struttura è dovuta all’interazione delle basi azotate con legami a idrogeno e

dall’impilamento delle basi che crea un solco maggiore e uno minore.

L’accoppiamento delle basi deve avvenire solo tra una purina e una pirimidina, in quanto si

incastrano tra loro: la coppia adenina-timina presenta 2 legami a idrogeno, mentre quella guanina-

citosina ne presenta 3.

Replicazione del DNA

La replicazione del DNA crea copie perfettamente identiche della molecola principale partendo

dal filamento originario; il doppio filamento si chiama Elica-DNA-beta, ha un diametro di 2,37

nanometri, presenta 10 coppie di basi per giro e viene detto “passo” per la distanza percorsa in un

giro completo dell’elica (3,4 nanometri).

Le molecole di DNA non hanno struttura uniforme a causa della rotazione del legame glicosidico,

che fa ruotare anche la molecola cambiando la sua conformazione da esterna a interna (struttura

sin-adenosina, in cui zucchero e base azotata occupano in linea d’aria la stessa posizione) o

viceversa (anti-adenosina, in cui base azotata e zucchero occupano posizioni “opposte”).

Un’altra variazione riguarda la struttura tridimensionale dello zucchero, detta anche

conformazione raggrinzita, in cui si ha una modificazione dello spazio; possiamo avere quindi 2

conformazioni, C-3-endo e C-2-endo, che alterano la struttura della doppia elica:

- DNA-A: che presenta lo zucchero c-3-endo e 11 coppie di basi per giro;

- DNA-B: che presenta 10 coppie di basi per giro;

- DNA-Z: che è sinistrorsa, con regioni irregolari, elevati appaiamenti citosina-guanina, struttura a

zig-zag e 13 coppie di basi per giro. Si forma quando si copia una molecola di DNA in una di RNA.

RNA

Ha un singolo filamento che può essere stabilizzato da interazioni intramolecolari tra nucleotidi e

basi, che rendono rigida la molecola. L’RNA-transfer presenta una struttura ripiegata e ha una

lunghezza che va da 70-90 nucleotidi; somiglia a un trifoglio in quanto possiede 3 strutture con uno

stelo, formato da legami a idrogeno che stabilizzano la struttura, e un ansa con ripiegamento a C.

Vi sono diversi tipi di RNA, come il miRNA, che regola negativamente l’espressione genica; in

questo caso possono verificarsi abbinamenti errati nelle basi azotate che non portano a

destabilizzazioni ma a un’irregolarità della struttura per mancati appaiamenti delle basi.

Nel caso in cui si abbia una struttura tridimensionale, più complessa, questa scaturisce

dall’interazione aggiuntiva tra coppie di basi di nucleotidi di anse diverse (uracile-guanina, non

canonico), che causa un ripiegamento con conformazione a L.

Alcuni nucleotidi, specie nell’RNA-Transfer, possono essere modificati attraverso reazioni

specifiche nelle basi azotate:

• la guanina può essere metilizzata a 7-metilguanina (le funzioni delle molecole variano);

• la deaminazione sostituisce il gruppo amminico dell’adenina con uno carbonilico, facendola

diventare ipoxantina;

• la tiosostituzione sostituisce l’ossigeno con lo zolfo;

• l’isomerizzazione della base crea lo pseudouracile dall’uracile;

• la saturazione del doppio legame permette la formazione di un singolo legame da uno

doppio.

Il DNA non è isolato ma è associato a proteine dette istoni, che creano un complesso chiamato

cromatina: si tratta di un sistema di impacchettamento della molecola di DNA attraverso il quale

può accorciarsi. Il DNA e gli istoni entrano in contatto attraverso enzimi detti nucleasi, che

rompono il DNA liberando frammenti a livello dei legami fosfodiesteri attraverso tempi prolungati

(con frammenti di DNA con 146 coppie di basi) o limitati (con frammenti più grandi). In questo

modo si è scoperto il DNA-collegamento che avvolge 8 istoni creando un pacchetto detto

nucleosoma (un ottamero a forma di botte) e li trasferisce ad altri. Un altro istone, posto tra un

nucleosoma e un altro, impedisce al DNA avvolto di staccarsi.

Lipidi

I lipidi sono una classe eterogenea di composti con diverse funzioni quali

riserva energetica (in quanto vengono degradati quando l’organismo ha

bisogno di energia) e funzione strutturale (intervengono nella formazione

delle membrane biologiche). Esempi di lipidi sono le cere (presenti negli

animali, hanno funzione di protezione e termoregolazione), ormoni, vitamine e

terpeni (nelle piante, proteggono da agenti esterni e partecipano alla

fotosintesi).

I lipidi sono molecole idrofobe (che non si sciolgono in acqua) ma lipofile (che

si sciolgono in solventi organici). Figura 3: Struttura

La catena idrocarburica è una catena di carbonio che presenta legami con acido carbossilico

l’idrogeno e che si trova in una molecola lipidica con una lunghezza da 4 a 36

atomi di carbonio. I lipidi derivano inoltre da acidi grassi detti carbossilici, con catena laterale R

rappresentata dalla catena idrocarburica.

Gli acidi grassi si distinguono in saturi, privi di doppio

legame e solidi a temperatura ambiente con punto di fusione a

40 gradi, e insaturi, con doppio legame, rigidi e liquidi.

I lipidi più comuni in natura sono i trigliceridi o

triacilgliceridi, composti da 3 acidi grassi e glicerolo che

subiscono una condensazione perdendo una molecola d’acqua

creando una catena idrocarburica in cui gli idrogeni sono

sostituiti da 3 gruppi ossidrilici. I trigliceridi possono essere

semplici (con acidi grassi saturi uguali) o complessi (i più

comuni, con acidi grassi insaturi anche diversi tra loro).

Il tessuto bruno (o adiposo, con riserve lipidiche che dissipano

energia) e quello bianco (con cellule più grandi) sono

caratterizzati dalla presenza di cellule dette adipociti, che possono depositare acidi grassi al loro

interno.

Come si forma il sapone?

I lipidi che formano il sapone derivano da una reazione in cui i