Riassunto esame Biochimica, Prof. Urbanelli Lorena, libro consigliato I principi di biochimica, Lenhinger

DNA, come tra adenina e timina e guanina e citosina. Se fossero solo adenina e timina che tra loro presentano solo due legami

idrogeno, mentre guanina e citosina sono tre, in soluzione non si appaiano in quanto l’acqua interagisce con le basi azotate per

formare dei legami aspecifici. Ciò che fa la differenza è il fatto che negli acidi nucleici ci sono lunghe catene e c’è la possibilità di

formare tanti legami idrogeno. L’acqua essendo un solvente polare riesce a solubilizzare con molta facilità tutte le molecole polari,

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come un sale cloruro di sodio, che si ionizza a Na e Cl e il sodio siccome ha una carica positiva netta interagisce con l’acqua, in

particolare con l’ossigeno che presenta una carica parziale negativa, mentre il cloro carico negativamente avrà affinità per la parte

della molecola di acqua che presenta le cariche parziali positive, ossia i due atomi di idrogeno. Esiste però anche una classe di molecole

che per definizione non è polare, ma apolare e poco solubile in acqua ed è la classe dei lipidi. Nei lipidi quando vengono messi in un

solvente acquoso succede che, non avendo possibilità di interagire con le molecole di acqua perché non hanno gruppi particolari,

fatta eccezione per gli acidi grassi che sono acidi monocarbossilici ossia sono delle lunghe catene alifatiche con all’estremità un gruppo

funzionale acido carbossilico che è il COOH che può interagire sì con l’acqua, ma tutto il resto della catena no, e quindi scansa l’acqua

e le parti idrofobiche preferiscono interagire tra di loro, formando delle strutture organizzate. Ciò avviene altrimenti l’incapacità delle

parti idrofobiche a formare i legami idrogeno con l’acqua, costringerebbe l’acqua stessa a stare in ordine e ciò sarebbe una diminuzione

di entropia/disordine non tollerata dal sistema. Per aumentare l’entropia le molecole idrofobiche si devono associare tra loro

escludendo ogni molecola di acqua, altrimenti ogni molecola obbliga, non potendo formare e distruggere legami idrogeno con l’acqua

in maniera rapida, alle molecole di acqua a stare ordinate con legami idrogeno intorno alla struttura lipidica. Oltre ad essere polari, a

volte, anziché formare una carica parzialmente negativa ed una carica parzialmente positiva, ci sono una frazione di molecole che si

ionizzano. L’acqua in chimica è caratterizzata da un prodotto ionico. Il prodotto ionico dell’acqua è dato dal contributo della

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concentrazione degli ioni H moltiplicata per la concentrazione degli ioni OH e vale 10 , e da delle caratteristiche importanti al

solvente acquoso, tant’è che esiste una misura, una grandezza fondamentale che caratterizza il solvente acquoso che è il pH. Il pH è

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l’inverso del logaritmo base 10 degli ioni H ed è un parametro fondamentale. Nel solvente acquoso, le molecole di acqua hanno una

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certa tendenza a dissociarsi in molecole che non hanno una carica parziale ma con una carica netta come i protoni H e gli ioni OH

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(idrossido). La quantità degli ioni H del –log [H ] è una misura detta pH ed è fondamentale per mantenere le caratteristiche del

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solvente, ed a seconda della concentrazione degli ioni H una reazione può essere facilitata o meno. In biochimica si ha la variazione

di energia libera standard biochimica detta anche energia libera di Gibbs (o ΔG) ed è il contributo entalpico ed il contributo entropico,

moltiplicato per la temperatura, ed in biochimica si aggiunge un apice che indica che viene misurata ad una temperatura di 25°C e ad

una pressione atmosferica costante (1 atm) ed a pH neutro, e sono parametri di grande importanza in quanto il pH può influire di

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molto. Il solvente è sempre acquoso ma non è sempre uguale in quanto la concentrazione H crea delle differenze di comportamento.

Gli organismi viventi superiori hanno una proteina di trasporto, detta emoglobina che lega ossigeno a livello dei polmoni e lo cede a

livello tissutale ed uno dei meccanismi che aiuta la cessione di ossigeno è il fatto che nei tessuti c’è la respirazione cellulare che

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produce anidride carbonica, e quindi viene idratata ad acido carbonico H CO o bicarbonato HCO e ci sono degli enzimi che lo fanno

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come l’anidrasi carbonica. L’anidride carbonica CO viene idratata da H CO e HCO e ci sono degli enzimi che bloccano la produzione

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di gas e viene prodotto H CO che si dissocia in H e HCO , e mantiene il tampone del sangue. La presenza di H nei tessuti aiuta

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l’emoglobina a cedere l’ossigeno. L’acidosi è una condizione che può capitare alle persone diabetiche e nel sangue ci sono sistemi

estremamente sofisticati di mantenimento del pH ed il primo è il tampone bicarbonato; poi c’è il tampone fosfato e le proteine che

funzionano da tampone.

Costituenti delle proteine – amminoacidi

Per comprendere le proprietà delle proteine, dobbiamo passare per il monomero che costituisce la struttura primaria di queste, gli

amminoacidi per l’appunto. Nell’immagine seguente viene rappresentato un amminoacido generico nella sua forma zwitterionica. Il

pH dei sistemi biologici è intorno alla neutralità, fatta eccezione il sangue che è spostato verso valori alcalini dato che il pH risulta

essere in un range tra 7.2/7.3 e dato che la scala del pH è una scala logaritmica in base 10, una variazione di un’unità vuol dire una

variazione di 10 volte, e nei sistemi biologici ciò non accade. A pH= 7 per una variazione di 0.2/0.3 si può stare molto male. I sistemi

tampone che mantengono il pH alla neutralità sono dei sistemi fondamentali e devono funzionare, e le condizioni di acidosi e di

alcalosi sono condizioni che devono essere prevenute. Nelle molecole biologiche spesso si ha un pH intorno alla neutralità dove si

deve specificare a che pH ci si trova, ma già in biologia della cellula, ci sono organelli come i lisosomi in cui il pH= 4/5 e sono organelli

fortemente acidi, e ci sono delle situazioni particolari in cui il pH cambia, e ciò aiuta lo svolgimento di alcune reazioni. Un amminoacido

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a pH neutro, in cui la concentrazione di protoni è uguale alla concentrazione di OH dato che il prodotto è 10 , sono presenti in forma

zwitterionica. Gli amminoacidi sono costituiti da un carbonio centrale, che utilizza la sua tetravalenza per legare un gruppo acido

carbossilico, ed un gruppo basico amminico che ha caratteristiche basiche. Dopodiché c’è un atomo di idrogeno ed una catena

laterale R. L’atomo di carbonio che instaura i quattro legami viene detto carbonio-α. L’atomo di carbonio-α è un centro chirale (due

atomi uguali nella glicina) e si chiama alfa perché è più vicino al carbonio carbossilico da cui parte la numerazione negli acidi

carbossilici. Se ce ne fosse un altro verrebbe difatti chiamato beta, e vedremo la betaossidazione degli acidi grassi. Nella numerazione

l’atomo di carbonio del gruppo COOH è il primo carbonio, ed il carbonio alfa a quel punto risulterebbe il secondo atomo di carbonio.

Il carbonio alfa è un centro chirale e ci possono essere due immagini speculari e sono gli L-amminoacidi ed i D-amminoacidi. In realtà

nelle proteine si utilizzano solo gli amminoacidi della serie L. Il ribosoma, il macchinario che assembla la proteina riconosce solo gli

amminoacidi in forma L, ed arrivano al ribosoma caricati dal tRNA di trasporto. L’enzima che carica l’amminoacido sul tRNA non è in

grado di riconoscere la forma D dell’amminoacido. Questo fa capire una prima proprietà importante ossia che gli enzimi sono

stereospecifici e non sono come le reazioni organiche che producono due enantiomeri che poi dovranno essere separati, ma gli enzimi

riconoscono solo una delle due forme, ossia la forma L in questo caso. Gli amminoacidi in forma D sono utilizzati nella sintesi della

parete batterica, come nel peptidoglicano (D-Alanina), ma non sono utilizzati nella sintesi proteica. Un’altra informazione importante

è che amminoacidi che sono codificati geneticamente sono 20 e sono gli amminoacidi essenziali ma nella cellula non ci sono solo 20

amminoacidi, come l’ornitina nel ciclo dell’urea e la citrullina.

Amminoacidi apolari

Gli amminoacidi sono classificati in base al gruppo R, che è variabile, fatta eccezione per la glicina, che ha due idrogeni ed è achirale.

Il gruppo più abbondante nel contesto cellulare è quello degli amminoacidi alifatici non polari, ossia che hanno delle catene laterali

non polari. La glicina, ad esempio, non ha alcune caratteristiche degli amminoacidi in generale, ossia non è un centro chirale in quanto

il carbonio lega due gruppi uguali che sono due atomi di idrogeno, ma ha delle proprietà importanti proprio perché è piccolo ed è

presente in proteine di grande importanza pratica come nel collagene. Poi ci sono amminoacidi che si assomigliano come la alanina

che assomiglia alla glicina con al posto di un idrogeno un CH (metile). La valina al posto del CH ha una ramificazione e lega un

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isopropile (H C–CH–CH ). La leucina è come la valina solo che ha un CH in più, mentre la isoleucina ha uno spostamento di

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ramificazione. La prolina e la metionina hanno proprietà particolari: la prolina è un amminoacido con un gruppo R particolare perché

ciclizza con il gruppo amminico, e questo non risulta libero ed è un gruppo imminico legato a due atomi di carbonio ed è un

amminoacido che destabilizza le α-eliche (la prolina viene anche detta imminoacido). La metionina è un amminoacido che nella sintesi

proteica è il primo amminoacido che viene aggiunto sia nei procarioti (batteri) sottoforma di N-formilmetionina (gruppo formile che

lega il gruppo amminico) oppure come metionina negli eucarioti, a cui corrisponde il codone di inizio AUG. Questo non deve far

pensare, specialmente nei procarioti, che tutte le proteine iniziano con la metionina, perché le estremità iniziali vengono tagliate e

processate e non tutte le proteine contengono la metionina all’inizio. La metionina ha la caratteristica di essere uno dei due

amminoacidi che contiene un atomo di zolfo poco reattivo perché è bloccato da un metile CH .

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Amminoacidi polari neutri (fosforilabili)

Gli amminoacidi neutri polari ma non hanno una carica netta, e sono la serina, la treonina e la cisteina. La cisteina è simile alla

metionina in quanto la metionina ha il gruppo solfidrile SH bloccato dal metile perché non si crea una grande differenza di

elettronegatività tra lo zolfo ed il carbonio, mentre per quanto riguarda la cisteina, c’è un gruppo SH e c’è una differenza di

elettronegatività tra zolfo ed idrogeno e tende a