Appunti di biochimica

La biochimica

La biochimica è la scienza che si occupa della vita dal punto di vista chimico; studia quindi la composizione chimica degli esseri viventi e dei loro prodotti e le trasformazioni chimiche che avvengono in essi. Ciò che distingue un essere vivente da un essere non vivente è la presenza di cellule. Inoltre, essi possono crescere, svilupparsi, riprodursi, evolversi, adattarsi all'ambiente e possiedono all'interno delle proprie cellule un'informazione genetica. La vita di qualsiasi essere vivente è sostenuta dal continuo interscambio di materia ed energia tra cellula e ambiente.

I carboidrati

I carboidrati (chiamati anche zuccheri, glucidi o idrati di carbonio) assolvono due funzioni principali:

• Funzione energetica (nelle cellule animali)
• Funzione strutturale (nelle cellule vegetali)

Possiamo classificarli in:

• Monosaccaridi (triosi, pentosi, esosi ecc.)
• Oligosaccaridi: disaccaridi (saccarosio, maltosio, lattosio ecc.) e polisaccaridi (amido, cellulosa, glicogeno ecc.)

I monosaccaridi

Sono i carboidrati più semplici. Sono costituiti da catene di carbonio che contengono un gruppo aldeidico (aldosi) oppure un gruppo chetonico (chetosi).

Triosi: Come possiamo notare il carbonio centrale della gliceraldeide è legato a quattro gruppi diversi, è chiamato perciò carbonio asimmetrico o chirale. Le molecole in cui è presente un carbonio asimmetrico, si presentano in forme diverse, dette isomeri ottici. Ad esempio della gliceraldeide esistono due isomeri ottici:

Tetrosi:

Pentosi: il ribosio e il desossiribosio sono costituenti dei nucleotidi e degli acidi nucleici.

Esosi: Sono i monosaccaridi più importanti.

L'anomeria

Nelle soluzioni acquose molti monosaccaridi sono presenti sotto forma di molecole cicliche. Il C1 si lega infatti con il C5, formando delle molecole dette semiacetaliche. Per effetto di questo processo il C1 diventa asimmetrico. Ogni molecola quindi ciclizzando produce due nuovi isomeri, detti anomeri.

Gli oligosaccaridi

Quando due molecole di monosaccaridi reagiscono, si ha la formazione di un legame covalente tra esse, detto legame glicosidico. Si formano così gli oligosaccaridi. I disaccaridi sono formati da due unità monosaccaridiche. I più importanti sono: maltosio, saccarosio, lattosio.

I polisaccaridi, invece, sono voluminose molecole formate dal ripetersi di numerosissime unità di monosaccaridi. Un esempio è l'amido, un polisaccaride presente nei semi e tuberi e principale costituente dell'alimentazione umana. È inoltre il carboidrato di riserva del glucosio nelle piante. La maltodestrina è sempre un polimero del glucosio. È idrosolubile. Rispetto al glucosio ha un basso indice glicemico e per questo è usato per sopperire al calo di glucosio che si verifica durante attività fisiche prolungate.

Il glicogeno rappresenta il carboidrato di deposito negli animali. È un polimero del glucosio con varie ramificazioni. Le ramificazioni permettono più siti di attacco dell'enzima glicogeno fosforilasi, rilasciando glucosio più velocemente. È presente nel fegato con catene lunghe circa 30000 unità di glucosio e nei muscoli con catene lunghe circa 6000 unità.

La cellulosa è costituita da un gran numero di molecole di glucosio. La catena non è ramificata. Solida e fibrosa nelle piante, specialmente nelle pareti cellulari. L'uomo non è in grado di digerire la cellulosa perché nell'organismo mancano gli enzimi capaci di distruggere i legami tra le molecole di glucosio della cellulosa.

I protidi (proteine)

Sono costituite da unità di amminoacidi legate tra loro in grossi polimeri tramite legame peptidico. Svolgono numerosissime funzioni: trasmissione di segnali chimici, eliminazione di agenti estranei, movimento, trasporto, deposito, sostegno.

Gli amminoacidi sono formati da un gruppo amminico (-NH₂) e un gruppo carbossilico (-COOH). I 20 amminoacidi presenti nelle proteine sono:

In tutti gli amminoacidi (tranne la glicina) è presente il carbonio asimmetrico. Gli amminoacidi presenti nelle proteine appartengono sempre alla serie L.

Due amminoacidi si uniscono tra loro tramite condensazione, formando un legame ammidico, detto peptidico. Molecole costituite dalla successione di amminoacidi così legati vengono dette polipeptidi. I gruppi che si trovano alla fine della catena, quindi non legati con legame peptidico, sono detti amminoacidi terminali. Ciò che differenzia una proteina dall'altra è la composizione in amminoacidi, ma soprattutto la sequenza degli amminoacidi nella molecola.

Le proteine si presentano in quattro diverse strutture: La struttura alfa-elica è stabilizzata da legami a idrogeno intracatena.

L'emoglobina

L'emoglobina (Hb) è una proteina di struttura quaternaria, contenuta nei globuli rossi (eritrociti). È formata da quattro subunità globulari. Ogni subunità contiene al suo interno una molecola non proteica, l'eme. Al centro dell'eme si trova uno ione Fe⁺⁺ che si lega con l'ossigeno permettendone il trasporto dagli alveoli polmonari a tutto l'organismo. La saturazione emoglobinica indica il rapporto percentuale tra il numero medio di molecole di ossigeno (O₂) realmente legate alle molecole di emoglobina, e il massimo numero di molecole di ossigeno che potrebbero essere legate alle stesse molecole di emoglobina. Sebbene esista una piccola percentuale di ossigeno non legata all'emoglobina (pari a circa 0,3 ml/100 ml di sangue, lo 0,3%), il resto dell'ossigeno è legato e trasportato dall'emoglobina. Ogni molecola di emoglobina è in grado di legarsi, al massimo, con 4 molecole di O₂ e quando ciò accade si dice che è «satura». Se tutte le molecole di emoglobina fossero legate a 4 molecole di O₂, allora la saturazione sarebbe pari al 100%.

La mioglobina è una proteina molto simile all'emoglobina, ma costituita da una sola subunità. Essa è presente nei muscoli ed è utile come riserva di ossigeno.

I lipidi (grassi)

Hanno principalmente una funzione strutturale ed energetica. A temperatura ambiente possono presentarsi allo stato solido, sotto forma di grassi, o allo stato liquido, sotto forma di oli.

Gli acidi grassi sono acidi monocarbossilici che hanno la seguente formula generale: CH₃ (CH₂)_n COOH. La formula si riferisce ad acidi grassi saturi (cioè che non presentano doppi legami). Il più importante, tra quelli saturi, è l'acido stearico (a 18 carboni). Tra gli acidi grassi insaturi (e poliinsaturi) i più importanti sono l'acido oleico, l'acido linoeico e l'acido linolenico (tutti a 18 carboni). Gli acidi grassi sono molto abbondanti negli esseri viventi come costituenti dei lipidi complessi, ma possono trovarsi anche in forma libera.

I lipidi complessi

Tra le principali classi di lipidi complessi troviamo gli acilgliceroli e i fosfogliceridi, accomunati entrambi dalla presenza del glicerolo, un polialcol a tre atomi di carbonio. Il gruppo carbossilico di un acido grasso, in opportune condizioni, può reagire con uno dei gruppi del glicerolo per formare un estere.