Biochimica

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BIOCHIMICA

Compartimentazione cellulare​ : (cellule eucarioti)

● Membrana plasmatica​ : doppio strato di fosfolipidi, dal punto di visto chimico ha una parte

idrofobica e una natura idrofilica. Le molecole piccole con carica non riescono a passare.

La selettività della membrana è la caratteristica principale. Fanno passare solo molecole di

dimensioni piccole idrofobica senza cariche.

● Proteine trasportatrici, proteine canal​ i (​ SISTEMI DI TRASPORTO​ ) che attuano il trasporto di

tutte le molecole che non riescono a passale la membrana. I canali che si aprono e

chiudono, e sono specifici. La differenza tra i due è che il trasportatore riconosce una

molecola alla volta. La direzione delle molecole si muovono dove la concentrazione è

​ ​

minore, secondo gradienti di concentrazione. Se invece il trasporto è contro gradiente

allora c'è un consumo di energia e si compie un lavoro.

​ ​

La chiusura e apertura dei canali 1. a controllo di ligando​ (struttura proteica si lega nella

avviene per due modalità: apertura del canale), attraverso un legame si ha una

modificazione della struttura della proteina che apre il canale.

​

(i canali sono proteine 2.​ A controllo di potenziale il canale ha de un lato una carica

trasmembrana) positiva e dall'altro negativo, nel momento di un variazione

della carica (la membrana viene depolarizzata) si ha una

modificazione della conformazione.

I trasportatori sono molto specifici, hanno una grande selettività. Possono essere trasporto attivo

(contro gradiente, usando energia). Possono trasportare una o due specie contemporaneamente

detto

SIMPORTO se vanno nella stessa direzione ANTIPORTO se le due molecole vengono trasportare in

direzione inversa.

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I fosfolipide​ : testa polare

coda idrofobica: catene di acidi grassi di grandezza variabile (16-18-20. atomi di carbonio)

Le catene legate al glicerolo, che tre siti attivi, in due le catene acide e nel terza c'è un gruppo

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fosfato​ al quale può essere legato un gruppo di colina.

I fosfolipidi sono immersi nell'acqua e grazie alle code sono attaccati senza far passare acqua.

Nei grassi insaturo crea uno spazio maggiore nella membrana plasmatica perche la catena

presenta un doppio legame che fa ripiegare la catena. Questi acidi insaturi aumentano la fluidità

della membrana.

Sfingolipidi, altri lipidi che non presenta il glicerolo, presenta un acido grasso più lungo che

​

termina con un OH al quale si lega un sfingosina.

Il colesterolo è un altro lipide formato da 4 anelli, 3 a sei atomi, uno a cinque atomi e una catena

carbonica; il colesterolo si interpone nella membrana .

Le molecole polari sono solubili in acqua. I lipidi in acqua si organizzano nella organizzazione a

minor ridotto consumo energetico. Costituiscono le micelle (ridotte dimensioni) o membrane.

Le membrane non sono planari ma sono una sfera per escludere totalmente il contatto dell'acqua

con le parti idrofobiche.

Le molecole con ridotte dimensioni, che hanno una polarità molto limitata o apolari, riescono a

passare la membrana. 2

I fosfolipidi hanno una certo grado di mobilità (e quindi hanno una fluidità) quando sono costituiti

​

da fosfolipidi insaturi e anche molecole di colesterolo. Si possono muovere con la diffusione

​

laterale o rotazione, dipende dalle relazioni con le altre molecole, alcuni lipidi si muovono con un

​ ​

movimento chiamato flip-flop il lipide si sposta dallo strato interno all'esterno o il contrario,

spostamento che richiede energia ed è molto raro. La diffusione laterale non cambia la

composizione chimica della membrana, al contrario del flip-flop, che cambia la superficie della

cellula quindi esistono enzimi apposta per contrastare questo fenomeno per non modificare la

cellula.

Ci sono differenze tra la composizione e le membrane che costituiscono i comparti cellulari.

Lipid Raft raggruppamento di lipidi che possono avere proteine all'interno

SEGNALI EXTRACELLULARE INTRACELLULARI:

Alcune proteine della membrana plasmatica sono recettrici, ovvero in grado riconoscere una

​

specifica molecole (neurotrasmettitore, ormone) chiamate ligandi,​ i ligandi non entrano nella

cellula ma si legano ad una proteina recettrice generando conseguenze:

● la interazione porta una modificazione della conformazione delle cellula con conseguente

modificazione della sua funzione biologica;

● Attivazione dentro la cellula di un sistema capace di fosforilare (trasferimento di un gruppo

fosforico dal ATP ad un'altra molecola, che puo essere una proteina) una o più proteina

(​ TRASDUZIONE DEL SEGNALE​ )

Non tutte le cellule reagiscono con un certo ligando, dipende dai recettori presenti nella

membrana.

LE PROTEINE DI MEMBRANA

Nelle proteine i gruppi R sono idrofobici allora consentono loro di stare in un ambiente sia

idrofobico che idrofilo.

I recettori solitamente attraversano la membrana sette volte, costituendo la proteina stessa. È

​ ​

funzionante quando è organizzata. Le proteine possono essere glicosilate, portano degli zuccheri,

polisaccaridi.

Globuli rossi​ : che mostrano una struttura biconcava perché la membrana plasmatica è legata

anche al citoscheletro (rete di proteine a contatto in dei punti con la membrana).

In condizione ipertoniche il globulo diventa crenato, nelle condizioni ipotoniche il globulo si gonfia

e assume la forma di una sfera, in condizioni molto ipotoniche la cellula si gonfia tanto fino a

rompersi. Trasporto

Proteine trasportatrici​ : prende un soluto da una parte di membrana e portarlo dall'altra parte,

molto specifico grazie al sito di legame.

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Proteine canale: i canale non è un ambiente idrofobico consentono quindi il passaggio di una

specie specifica, normalmente secondo gradiente. Il canale può essere chiuso o aperto.

● Sistemi di trasporto passivi​ , trasporto secondo gradiente ma grazie l'azione di una

proteina, 3

● Sistemi di trasporto attivi​ , contro gradiente, consumano energia (idrolisi di ATP) e grazie

l'azione di una proteina.

Alcune membrane hanno una prevalenza di cariche nei tue estremi, questo cambia la velocita in

cui le specie con una certa carica passano la membrana.

Quindi la velocità dipende sia dalla concentrazione, distribuzione di cariche e dalla velocità

massima

Tanta più alta è la concentrazione di substrato per ottenere un 1/2 di Vmax tanto più bassa è

l'affinità del trasportatore con la specie da trasportare

Esempi di trasporto:

● Trasporto sodio e potassio

● Traporto di glucosio​ : negli umani abbiamo 5 geni che portano la formazione di 5 proteine

che trasportano il glucosio, 4 sono secondo gradiente, e una contro gradiente si trova

nell'intestino ( per assorbire tutto il glucosio preso con la dieta). Nel lume intestinale la

concentrazione di glucosio è più alta rispetto il fuori; la proteina simporto lavora insieme al

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sodio​ con il glucosio​ in modo tale che assorbiamo il glucosio.

● Nelle fibre cellularie il calcio

Riassunto​ : Rilascio della acetlcolina, si aprono i canali di sodio a controllo di ligando, depolarizzano

la membrana e si aprono i canali a controllo di potenziale e fanno entrare il sodio, la cellula è

totalmente depolarizzata, a quel punto si aprono i canali di calcio sul reticolo endoplasmatico\, la

fibra muscolare si contrae.

Rilascio di calcio fa poi contrarre il muscolo, dopo ci sono meccanismi che riportano i muscoli

rilassati: prima cosa eliminare il primo ligando, l'acetilcolina che viene eliminata attraverso degli

enzimi ecetilcolinaesterasi che si trovano nella membrana delle cellule.

(Se i muscoli non vengono rilassati e rimangono contratti, moriremo soffocati)

AMMINOACIDI E PROTEINE

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Amminoacidi​ : un carbonio Alfa​ e legato ad un gruppo amminico e uno carbossilico e ad un

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gruppo R (cio' che differenzia i vari amminoacidi). Questo carbonio è un carbonio CHIRALE.

Importante è capire che la molecole non è su un piano, ma nello spazio occupa un volume. D

(destra) e L (sinistra) che descrivono la nomenclatura, nascono dallo studio dello zucchero. ( Lo

zucchero più semplice, la GLICERALDIDE, a tre atomi di carbonio. ) Tutti i nostri amminoacidi sono

della serie L, le proteine D e L non cambiano dal punto di vista chimica ma cambia le funzione.

Abbiamo alcuni amminoacidi D.

● Il peso molecolare degli amminoacidi cambia a seconda del gruppo R. Gli amminoacidi più

ingombranti, ovvero con la catena R più grossa, fanno parte della famiglia degli aromatici.

● Si può calcola il pK degli amminoacidi, sarà un pK acido quello del gruppo carbossilico e un

pK basico quello del gruppo amminico. In alcuni amminoacidi esiste un terzo pK che

riguarda il gruppo R, che può essere sia basico e acido. Es pKa per l'amminoacido Aslartate

e Glitamate e pKb per la Lysine e Arginine. 4

Differenze del gruppo R (guardare tabella nel libro)​ : gli amminoacidi di cui parliamo sono solo

quelli a cui corrispondo una tripletta nel DNA, ne esistono altri.

Alcuni gruppi R sono non polari, alifatico dove alcuni sono aromatici, presentano una struttura ad

anello. I gruppi R possono essere polari, senza carica o con una carica negativa o positiva.

Nomenclatura​ viene semplificata a tre lettere, normalmente corrispondono alle tre prime tre

lettere del nome intere o addirittura a una sola lettere.

CARATTERISTICHE DEGLI AMMINOACIDI

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Punto isoelettrico​ : è un valore di ph nel quale la sommatoria delle cariche della proteina è uguale a

zero.

(Per una dimostrazione sperimentale si fa una elettroforesi ). Quando la mettiamo in un campo

elettrico quella proteina con quel valore di pH, essa non si muove in nessuna direzione, ne verso

l'anodo ne verso il catodo.

● Punto isoelettrico​ : è un valore di PH, quel valore di ph in cui la sommatoria delle cariche

della proteina è pari a zero ( punto in cui non si ha ne carica negativa ne positiva).

Spiegato mediante l'elettroforesi : Immaginiamo un supporto solido (gel di amido o carta) dove

disponiamo delle proteine e applichiamo un campo elettrico (ad un certo valore di ph) quando

applichiamo l'elettrodo le proteine migrano. Migrano verso l'anodo se uso un ph basico perché a

quel valore di ph hanno un valore negativo e vanno verso l'anodo che è positivo. Se vario il ph della

soluzione dove compio l'esperimento facendo in modo che la sommatoria delle cariche di quella

proteina sia zero e rifaccio l'esperimento la proteina non si muove, così abbiamo identificato il

punto isoelettrico. Ponendo la proteina in un campo elettrico a quel valore di ph la proteina non si

sposta ne verso l'anodo ne verso il catodo.

Avremo il punto isoelettrico che è media tra pk del gruppo carbossilico e amminico. Nel caso in cui

come abbiamo precedentemente visto il gruppo R è acido o basico, avremo un punto isoelettrico

acido o basico rispettivamente.

● Proprietà ottiche​ : le hanno triptofano, tirosina e fenilalanina (perché hanno R con anelli

aromatici) , rilevanti sono gli spettri di assorbimento del triptofano.

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Per comprendere la s

spettrofotometria​

pettrofotometria​

:

Immaginiamo una Sorgente luminosa che produce luce in tutto lo spettro vicino visibile e

infrarosso, se metto davanti alla lampadina un prisma ottico esso separa la luce in lunghezze

d'onda (scomposizione luce bianca in tutti i colori). Se davanti il prisma ottico si pone un oggetto

con un foro, la luce può passare solo attraverso di esso, girando il prisma si può selezionare quale

lunghezza d'onda far passare nel foro. Se poniamo poi oltre l'oggetto forato una cunetta,

(parallelepipedo) con due pareti almeno trasparenti e dentro ci poniamo una soluzione che

contiene l'aminoacido, con un sistema che misura la luce che passa attraverso la cunetta si

analizza quanta ne arriva dopo l'attraversamento. Avremo un sistema che misura la luce trasmessa,

se abbiamo una soluzione che assorbe la luce, proporzionalmente avremo una luce emessa

inferiore (se nella cunetta non c'è nulla verrà emessa il 100%). Si esprime in luce trasmessa o luce

assorbita, ci interessa sapere quanta luce assorbe la soluzione, tanto più alta è la luce trasmessa

inferiore sarà la luce assorbita. 5

Legame peptidico​ - legame covalente tra gruppo amminico e il gruppo carbossilico

dell'amminoacido successivo. Attraverso la eliminazione di una molecola d'acqua (condensazione)

si crea il legame. La catena polipeptidica inizia sempre con un gruppo amminico libero e finisce

sempre con un gruppo carbossilico libero. Il legame peptidico si forma indipendentemente dai

gruppi R. ​ ​

Le dimensioni delle proteine​ è molta ampia, partono da qualche migliaia di dalton​ , dipende dal

numero di amminoacidi che compongono la proteina, a volte una proteina è formata da più catene

​

peptidiche. Se la proteina occupa meno spazio prende il nome di Peptide​ . [(es. emoglobina,

​

proteina tetramerica​ formata da quattro polipeptidi, due e due catene uguali)].

Le proteine per avere una attività biologiche sono associate a qualcos'altro (un gruppo prostetico),

es ● gli anticorpi sono​ glicoproteine​ , quindi legati a polisaccaridi, la proteina ha una parte

glucida e una proteica;

​

● ci sono anche lipoproteine​ ;

● emoproteine​ che hanno un gruppo eme;

● f​ osfoproteine​ con gruppi di amminonacidi fosforici

● Flavoproteine​ , legati a una flavina

● Metalloproteine​ , legate ad uno ione metallico, solitamente implicati negli enzimi

Gli amminoacidi possono frequentarsi in maniera diversa, ed è il gene che stabilisce la frequenza

degli amminoacidi. ​

I legami covalenti di tipo non peptidico, in particolare i ponti di solfuro​ , hanno un ruolo nella

stabilizzazione della struttura in alcune proteine.

STRUTTURA​ ​ ​

: Tutte le proteine hanno in comune la struttura primaria​ : amminoacidi disposti

tra di loro in una catena e legati attraverso un legame peptidico.​ Nella seconda struttura​ c'è una

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differenziazione in una struttura ad alfa elica o foglietti beta. Nella terza struttura​ che riguarda la

​

conformazione nello spazio della proteina. La struttura quaternaria​ riguarda proteine formate da

più catene polipeptidiche.

Le tecniche per isolare le proteine sono in base le loro funzione chimiche e fisiche, proprietà

biologiche, punto isoelettrico. Le proteine possono essere separate e purificate in base alle loro

proprietà. Esse possono essere fatte precipitare selettivamente per cambiamenti nel pH, nella

temperatura o in seguito all'aggiunta di particolari Sali. Le numerose procedure cromatografiche

adottate, come la cromatografia a scambio ionico, la cromatografia per affinità e la cromatografia

ad alta prestazione, si basano sulle differenze in dimensioni, affinità di legame, carica, e altre

proprietà.

L'elettroforesi separa le proteine sulla base della loro carica nella massa. L'elettroforesi su gel in

presenza di SDS e l'isoelettrofocalizzazione possono essere usate separatamente o in

combinazione, per ottenere una maggiore risoluzione.

PRIMA STRUTTURA p.118

CI sono due situazioni estreme un doppio legame tra C e O, e tra C e N. Nella realtà nel legame

peptidico la sua distanza è più corta di un semplice legame ma ha dimensioni maggiore di un

classico doppio legame. Una nuvola elettronica distribuita tra l'ossigeno e l'azoto. In pratica la 6

nuvola elettronica è distribuita dal ossigeno del carbonile e tra l'azoto dell'amminico, e si ha una

risonanza, cosi si forma un delta meno nell'ossigeno e un delta + nell'azoto.

Se il legame fosse semplice allora noi intorno al carbonio avremmo tutte le rotazioni possibile, in

questo modo si comporta come un legame doppio, quindi con dei vincoli e si sviluppa in un piano.​ I

vari legami peptidiche formano una serie di piani, strutture rigidi che possono rotarsi

limitatamente (+180 o -180), per gli ingombri sterici degli atomi che formano i piani.

Nomi ai legami Fi e psi.

SECONDA STRUTTURA p.120

​

Nella seconda struttura​ ci si riferisce a un segmento polipeptidico della proteina e descrive

l'organizzazione spaziale della catena principale. Nel caso del​ Alpha elica​ la catene si sviluppa

lungo un ipotetico asse. Il legami che si formano sono nella stessa catena. Si formano dei legami

idrogeno tra l'ossigeno (parzialmente negativo) con l'idrogeno del quarto amminoacido successivo,

​

della catena che gira intorno a questo asse. Servono 3,6 amminoacidi(o detti residu​ i) (5,4 A

l'Angstrom e corrisponde a 0,1 nm) per formare un giro dell'elica completo. In questa struttura

secondaria i gruppi R non hanno nessuna rilevanza anche perché nella struttura stanno tutti al di

fuori. (PER CAPIRE: Quindi la seconda struttura sfrutta i delta+ e delta - degli amminoacidi. ) L

l'Alpha elica può poi essere destro gira o sinistro gira. Dal punto di vista delle cariche lungo la

catena si annullano tra di loro attraverso i legami, a parte negli estremi poiché non formano

legami, quindi avremo un estremo parzialmente carico negativo e uno carico positivo, creando un

dipolo. ​

Nelle strutture di tipo​ foglietto ripiegato o di tipo Beta, il legame idrogeno non è intra catena, ma

tra catene diverse.

Tutti gli amminoacidi hanno un carbonio Alpha con un carbonio carbossilico e un gruppo

​

amminico, tranne un amminoacidi in cui il gruppo amminico forma un ciclo, nella Prolina.

Nella elica Alpha la prolina ne consegue un punto di interruzione, che dopo può continuare come

una nuova catena.

Esiste anche la​ tripla elica​ nelle strutture fibrose, sono le strutture più robuste in assoluto.

Resistente molto all'allungamento.

STRUTTURA QUATERNARIA

Alcune proteine contengono due o è più catene polipeptidiche