Appunti di Biochimica

Esame di biochimica È un credito (l’esame è 8+1), ci

Come funziona il laboratorio e il corso, che è da 9 crediti?

sono tre lezioni frontali per il laboratorio e tre esperienze di laboratorio (due erogate a

distanza e una in presenza nelle prime due settimane di Novembre). Da ora a Dicembre ci

sono 63 ore ma dovrebbero essere 64+8 quindi le ore segnate fino a Dicembre non sono

sufficienti, quindi il corso sarà allungato fino a Gennaio, probabilmente di 9 ore. Il prof di

laboratorio si chiama Bemporad.

-> per il libro meglio Lehninger che l’altro, per avere una base, ci sono

anche più edizioni. La biochimica si aggancia con vari corsi: la

microbiologia, citologia e chimica organica. Per quando riguarda i corsi

futuri ci sarà fisiologia, farmacologia… è un aggancio tra le materie

passate e le materie più specialistiche successive.

Esame: può essere sia in presenza che in remoto a seconda di come scegliamo:

- in presenza: pre esame scritto con formule e vie metaboliche, come autovalutazione

non ha voto, e l’esame vero e proprio orale si basa su quel compitino e si collega ad

altri argomenti

- Da remoto: non esiste la parte scritta che non ha voto, ma si fa comunque un esame

tutto orale ma scrivendo delle formule quindi alla fine è la stessa cosa ma senza

autovalutazione (con foglio alzato, non come si fece a chimica).

Cosa è il corso? Vedere come le molecole si organizzano tra di loro per costituire le

macromolecole che costituiscono il nostro organismo e poi come si assemblano a

formare una cellula, vedere come da un monomero si forma un polimero che poi da luogo

ad una struttura cellulare ->BIOCHIMICA STRUTTURALE. un'altra parte sarà dedicata a

come i nutrienti sono usati dal nostro organismo per produrre energia, il viaggio

dell’alimento nel nostro corpo, ma anche il viaggio inverso da molecole piccole come si

costruisce tutto ciò di cui il nostro organismo ha bisogno.

Quanto sono grosse le molecole di cui parliamo? Ad esempio un aminoacido io non

posso vederlo in alcun modo, nemmeno con l’imaging più avanzato si può vedere un

aminoacido, li posso vedere solo quando si arriva ad avere dei composti

macromolecolari. Noi lavoriamo con macromolecole e con aggregati di molecole ad es.

la proteina è un aggregato di aminoacidi.

I monomeri si aggregano a formare i polimeri che noi studiamo, non studiamo il DNA, il

suo metabolismo, parleremo anche di nucleotidi che infatti devono essere sintetizzati e

degradati.

Un concetto di chimica che non ci possiamo dimenticare sono quei composti che hanno

una geometria tetraedrica, ha una geometria tetraedrica il gruppo fosfato che porta

energia da una parte all’altra; inoltre intorno ad un legame singolo i sostituenti possono

ruotare ma in un doppio no perché il legame doppio è un legame rigido, e hanno

implicazioni nella struttura delle proteine. È importante anche ricordarsi il concetto di cis e

trans ma anche chiare e achirale. La differenza tra un’aldeide e un chetone è quello che ci

servirà per distinguere fruttosio dal glucosio, inoltre i nostri trigliceridi sono fatti da acidi

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carbossilici, il legame fosfoanidridico è il legame grazie a cui l’ATP può portare energia al

nostro corpo.

Nella biochimica ci interessano i legami deboli, ovvero non c’è un legame ma c’è

un’interazione che può essere :

- Elettrostatica

- A idrogeno

- Idrofobica

Si chiamano deboli perché i due atomi sono legati in maniera debole e qualsiasi

perturbazione può andare a rompere questo legame. Un legame è debole quando è da

solo, ma l’UNIONE FA LA FORZA: la struttura di una proteina è tale perché tanti legami

deboli lavorano insieme per determinare una struttura che è molto stabile, come il DNA, i

legami sono tutti ad idrogeno, ma serve addirittura un enzima per aprirlo, più legami ad

idrogeno me la tengono ferma. I legami deboli si instaurano anche tra gruppi polari come i

carbossilici negativamente o amminici positivamente, si instaurano legami elettrostatici

che mi mantengono stabile una struttura.

Bisogna anche considerare l’acqua: se nel citosol della mia cellula possono starci dentro

un sacco di enzimi e di metaboliti che poi funzionano è perchè queste molecole sono

solubili, il citosol è fatta di sostanza acquosa e una molecola è solubile quando è

circondata da molecole di acqua. Il glucosio e il suo polimero, il glicogeno, sono molecole

solubili che infatti sono circondati da acqua di idratazione. Quando due molecole

interagiscono e formano un aggregato, l’aggregato si forma perchè è stata eliminata

l’acqua di idratazione che è quindi ciò che mi rende solubile una molecola ma anche con

che viene eliminato quando si forma un aggregato ad esempio substrato-enzima.

Un’altra cosa fondamentale sono i concetti di bioenergetica, ma in particolare noi

dobbiamo considerare che il glucosio alla fine diventa energia per il nostro corpo perchè

fa una serie di reazioni che possono avvenire o meno a secondo che siano esoergoniche

o endoergoniche, se le reazioni invece non possono avvenire hanno bisogno di qualcuno

che dia loro energia, e lo fa l’ATP che è la nostra moneta di scambio energetico, interviene

nelle reazioni che altrimenti non avverrebbero permette al glucosio di trasformarsi in

piruvato e in energia. Quindi ci serviranno i concetti di velocità di reazione e il deltaG cioè

la variazione di energia libera, se è minore di zero allora la reazione avviene

spontaneamente altrimenti ha bisogno di aiuto.

Il metabolismo, è fatto da una serie di reazioni cataboliche (distruzione dei nutrienti)

esoergoniche (perchè si produce energia e i costituenti di una molecola organica), le

reazioni anaboliche sono invece quelle in cui si parte da precursori più semplici per

arrivare a macromolecole, ma anche la sintesi ha bisogno di energia quindi mi servirà

l’ATP che si è prodotta nel catabolismo.

Tutto il metabolismo è una grossa OSSIDO-RIDUZIONE perchè nel catabolismo dai

composti più complessi che sono ridotti si ottengono composti più ossidati (la CO2 è più

ossidata dei gruppi CHOH che ci sono nel glucosio), chi è invece quindi che si riduce? I

coenzimi

Gli aminoacidi hanno delle costanti di dissociazioni quindi ci serve anche ricordare il

concetto di pka. Es se ho ph di 4,78 vuol dire che sotto quel valore l’acido non è

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dissociato, ha l’idrogeno in più, a ph superiore è

nella forma dissociata. Se prendo l’istidina,

amminoacido particolare, ha la pka simile al ph

della cellula quindi per variazioni piccole del ph

intracellulare che è intorno a 7, l’istidina può

trovarsi in forma protonata o deprotonata. Una

forma protonata è una forma che può donare un

idrogeno, una forma deprotonata può acquistare

un idrogeno, quindi l’acido è una specie che è in

grado di rilasciare idrogeni mentre la base è int

grado di acquistare idrogeni. Ci saranno

amminoacidi che funzionano come basi, altri

come acidi e in mezzo ci sta l’istidina che può

funzionare in entrambi i modi.

Carboidrati

Il primo è un aldoso, il secondo è un chetoso; il glucosio serve per l’energia, il fruttosio è

prodotto nella glicolisi. Ci sono le forme a D o a L che dipende dalla posizione del gruppo

ossidrili più lontano da quello aldeidico, quasi tutti sono nella forma L . Se uno vede il

glucosio e il galattosio vede che sono due zuccheri, come si definiscono? EPIMERI.

Anche le forme anomeriche alfa e beta sono importanti: gli zuccheri possono esistere in

una conformazione chiusa ed aperta. Ma in soluzione sono in equilibrio quindi posso

scriverle nel modo in cui mi piace, a volte per esempio se parto dalla forma aperta mi

viene tutto spontaneo, in forma chiusa è più difficile, quindi scriveremo il GLUCOSIO

APERTO perchè ci fa più comodo, il glucosio libero tanto si trova in queste due forme.

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Non è la stessa cosa scriverlo aperto o chiuso quando il glucosio va a formare delle

catene, va a polimerizzare allora a quel punto la forma che permette la polimerizzazione è

quella chiusa e sarà importante definire se durante la chiusura dell’anello il carbonio 1

anomerico si è chiuso dando luogo alla forma alfa o quella che è la forma beta. La

cellulosa è insolubile, è prebiotica, serve per i batteri che si trovano nel mio organismo.

I monosaccaridi sono legati ad alcool ed Amine con legami glicosidici e vanno a formare

dei derivati. Quindi un derivato di un monosaccaride è uno zucchero a cui ad uno dei

gruppi ossidrili è attaccato qualcosa’altro, o un gruppo acetilammina che può attaccarsi

al glucosio o al lattosio.

L’acido sialico so che è un monomero di uno zucchero, molto modificato, ha un gruppo

COH invece che un gruppo ossidrilico. Pagina 4 di 104

Quindi gli zuccheri possono essere modificati

perchè hanno un gruppo fosfato; oppure gli

amminozuccheri che possono essere modificati,le

glucosammine vanno a costruire dei polimeri che

formano l’esoscheletro degli insetti, i cabroidrati

sono modificati con gruppi acetili che danno

rigidità.

Gli zuccheri possono unirsi tra di loro e il primo livello con cui si uniscono sono i

disaccaridi (due zuccheri legati

insieme):

1: maltosio: glucosio+glucosio

legame alfa 1-4

2: Saccarosio: glucosio+fruttosio

con legame alfa 1-2

3: lattosio: galattosio+glucosio

con legame beta 1-4

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I polisaccaridi (es. glicogeno e amido) sono formati dall’unione di glucosio, sono lunghe

catene che vanno a formare l’amilosio che è un polimero formato tutto da residui di

glucosio legati da legame alfa 1-4, quando la molecola è ramificata oltre ad esserci legami

alfa 1-4 sono presenti dei legami alfa 1-6 ovvero avvengono tra il gruppo ossidirilco del

carbonio 1 di uno zucchero e il gruppo ossidirilico del carbonio in posizione 6.

Questa struttura si trova anche nel glicogeno, quali sono le differenze tra glicogeno e

amido? Anche il glicogeno è fatto da una lunga catena di glucosi legati da alfa 1-4 da cui

partono delle ramificazioni che sono molte di più di quelle che si trovano

nell’amilopectina. Queste ramificazioni vedremo danno un forte significato energetico nel

senso che mi permettono di produrre in modo molto veloce dal glicogeno, tanto ATP

quando ho bisogno di energia, una struttura non è mai a caso. Quindi il glicogeno è

ramificato perchè è il suo modo di produrre tanta energia in tempo breve.

Poi ci sono altri

polisaccaridi

come la

cellulosa e la

chitina ma la

cosa

fondamentale è

da ricordarsi la

cellulosa, il

legame beta 1-6

si indica con la

stanghetta

verso l’alto

perchè il gruppo

ossidrilico

coinvolto nel

legame era verso l’alto; il legame invece alfa 1-4 metto stanghetta di sotto.

I polisaccaridi li troveremo legati agli zuccheri come il glicogeno dei muscoli, l’amido del

pane… ma i polisaccaridi sono in tutto il nostro corpo e hanno un ruolo strutturale, sulle

membrane si trovano residui di zucchero, sulle proteine si trovano residui di zucchero… si

chiameranno glicosamminoglicani, quindi i carboidrati hanno molti più ruoli di quanti ci si

possa immaginare.

L’acido ialuronico è idrofilo, da turgidità alla pelle , l’acido ialuronico è una componente

della matrice extrcellulare.gli zuccheri non sono solo energia, hanno un ruolo strutturale!!

Anche lo stesso cheratansolfato che mi forma lo scheletro, è misto di composizione

quindi gli zuccheri sono ovunque.

Glicoconiugati: proteoglicani, glicoproteine, glicolipidi

I glicoconiugati vanno a costituire la branca della glicobiologia ovvero la branca della

biochimica che studia le macromolecole in cui gli zuccheri sono attaccati ad altre

molecole come proteine o lipidi. Sono tutte strutture in cui la parte saccaridi del

carboidrato è legato a proteina o lipidi. Queste strutture non rientrano nel metabolismo

energetico, non le consumo per produrre energia, hanno funzione di conferire struttura

alla cellula o certe funzionalità. Pagina 6 di 104

Proteoglicani: sono molecole fatte da proteine e catene di polisaccaridi, si trovano sul

lato esterno della superficie cellulare, uniti a proteine sia mediante legami covalenti che

mediante interazioni deboli con i gruppi carichi negativamente dei glicosaminoglicani .

Alle proteine si attaccano i polisaccaridi formati da residui di glucosio e galattosio

modificati da un acetile. Nella costituzione del tessuto una cellula è in contatto con l’altra

cellula e la riconosce o non la riconosce a seconda degli zuccheri a cui le varie proteine

sono legate quindi la parte saccarifica permette il riconoscimento o l’adesione cellula-

cellula. Due cellule che aderiscono tra di loro vanno formare un tappeto di cellule che poi

costituiranno un tessuto, cellule che invece non aderiscono non sentono l’adesione e

quindi continuano a crescere: caratteristica dei tessuti tumorali in cui le cellule crescono

in maniera incontrollata proprio perchè non c’è un corretto riconoscimento.

Glicoproteine:oligosaccaridi legati covalentemente a proteine di superficie. Sono

riconosciuti dalle lectine. Sono sia extracellulari che di membrana che citoplasmatiche.

Gli anticorpi stessi sono delle glicoproteine.

Il quadratino verde è lo scheletro della catena, mentre i

rombi sono i pezzettini della catena polipetidica. Quindi una

glicoproteina è una proteina con una struttura dove

attaccati ci sono dei residui di zuccheri. Può essere un

anticorpo, può essere una proteina extracellulare. La parte

dello zucchero è fatto da una serie limitata di carboidrati

che vanno a fare questi alberelli che è una sorta di codice

con cui vengono descritte tutte le glicoproteine. Sulla

struttura vedo Asn che è l’asparagina, ovvero un aminoacido, questo vuol dire che il

punto in cui lo zucchero si attacca in modo covalente una proteina è presente come

aminoacido l’asparagina. Se ingrandisco il punto in cui lo zucchero si lega

covalentemente vedo che ho un’asparagina inserita in una catena polipeptidica, avrò il

carbonio alfa a cui è attaccata l’asparagina, a cui si attacca uno zucchero modificato con

il gruppo acetile ad esempio ad andare a formare GlcNAc.

Quindi IN UNA GLICORPTEINA GLI ZUCCHERI SONO ATTACCATI ALLA CATENA

LATERALE DI UN’ASPARAGINA ATTRAVERSO UN LEGAME COVALENTE

GlcNAc: N acetil glucosammina

Gal: galattosio non modificato

Neu5Ac: Acido Acetil neurammico

Al posto dell’asparagina posso avere anche Serina e Treonina, quindi la parte zuccherina

può essere attaccata alla parte di Serina e Treonina. Negli organismi superiori le

glicoproteine di solito sono attaccate ad un residuo di asparagina formando il legame N-

glicosidico, invece il legame O-glicosidico avviene attraverso la serina o la treonina è

molto meno frequente.

Quindi gli zuccheri sono formati da una serie di zuccheri di cui noi conosciamo la

composizione e che sono importanti per il riconoscimento cellula-cellula. I gruppi

sanguigni A B 0 sono tali perchè la parte dei carboidrati è diversa tra i vari gruppi, infatti la

parte saccaridica che si trova sulla superficie dei globuli rossi avrà diversa struttura.

Lectine: proteine che legano i carboidrati. La complessità e la diversità delle catene

glicosidiche fa si che i carboidrati siano molecole in grado di portare molte informazioni

(codice saccaridico). Pagina 7 di 104

Alcuni esempi: selectine; emoagglutinina (lectina del virus dell’influenza, essenziale per la

penetrazione nelle cellule ospiti, riconosce residui di acido sialico legati a galattosio).

-> ultimamente si parla di codice saccaridico, il codice porta un’informazione specifica di

riconoscimento o no, una parte della biochimica studia proprio le glicoproteine.

Sono proteine che vanno e legare i carboidrati e possono mediare il riconoscimento

cellula-cellula ma anche il riconoscimento tra un antigene esterno e la membrana

cellulare.

Glicolipidi: sono formati da lipidi e zuccheri, oligosaccaridi conuigati ai lipidi (nel tessuto

nervoso partecipano alla conduzione degli impulsi; in altri tessuti permettono la

trasduzione del segnale all’interno delle cellule). Gangliosidi: glicolipidi contenenti acido

sialico.

C’è una parte idrofobica, che saranno tutte le code che sono degli acidi grassi quindi un

glicolipide è una struttura formata da una parte lipidica e da una parte zuccherina, sono

importanti per le risposte immunologiche che diamo a degli agenti patogeni. I glicolipidi

non sono solo strutture batteriche, ci sono anche nel nostro organismo, i glicolipidi si

trovano ad esempio a costituire le membrane del tessuto nervoso, la parte zuccherina è

molto ricca di acido sialico, derivato di uno zucchero, e sono abbondanti nelle membrane

del tessuto nervoso.

Lipidi

Hanno vari tipi di ruoli:

1) di riserva e quindi costruiscono la più straordinaria riserva energetica del nostro

organismo, a parità di peso sono 3 volte più energetici dei carboidrati-> ci

concentriamo su questo

2) Strutturali come i fosfolipidi della membrana

3) Come segnale ovvero una molecola va ad attivare una cascata di eventi che porta

un’informazione dall’esterno della cellula a dentro una cellula o dentro il nucleo.

I lipidi passano indenni dal stomaco, vengono scissi, trasportati nel sangue ed arrivano ai

vari tessuti. Un LIPIDE È IDROFOBICO E QUINDI HA DELLE PROBLEMATICHE, non può

andare a circolare liberamente nel sangue, io mangio la pasta, l’amido ha