Biochimica

Atomo

Formato da particelle nucleari (neutroni e protoni) ed elettroni che ruotano attorno al nucleo in orbite.

• 1° guscio: ha un livello con max 2 elettroni.
• 2° guscio: ha 4 livelli con max 8 elettroni (2 per livello).

Numero atomico (Z): numero di protoni. N: numero di neutroni.

Massa atomica o numero di massa (A): numero di protoni + numero di neutroni.

Isotopo

Numero atomico uguale, ma diverso numero di massa. Isotopi dell’H:

• Prozio: Z=1, N=0, A=1.
• Deuterio: Z=1, N=1, A=2.
• Trizio: Z=1, N=2, A=3.

1 unità di massa atomica = 1/12 della massa di un atomo di carbonio 12.

Massa molecolare

Somma dei pesi atomici che la compongono. Una mole di qualsiasi composto contiene sempre lo stesso numero di molecole pari al numero di Avogadro (Es: 1 mole di H₂O => 18 grammi).

Reattività chimica

Capacità di formare legami che dipendono dalla configurazione elettronica di un atomo. I gas nobili non reagiscono perché hanno il guscio esterno pieno.

Ione

Specie chimica che porta una o più cariche elettriche.

• Catione: atomo che perde un elettrone e diventa carico positivamente.
• Anione: atomo che acquista un elettrone e diventa carico negativamente.

Elettronegatività

Tendenza di un elemento di acquisire un elettrone.

Polarità

Una molecola si dice polare quando le cariche elettriche sono distribuite in modo non omogeneo tra gli atomi che la compongono. Le molecole polari sono solubili in H₂O, mentre le molecole molto apolari tendono in ambiente acquoso ad unirsi tra loro per escludere al massimo il contatto con l’acqua (lipidi).

Legami chimici

Gli atomi presenti in natura tendono a legarsi con altri atomi formando molecole.

• Legame covalente: legame molto forte dove vi è una compartecipazione tra 2 atomi di una coppia di elettroni.
• Legame ionico: legame forte tra un atomo molto elettronegativo e uno meno.
• Legame a H: legame debole tra un atomo di H legato ad un altro atomo più elettronegativo ad un atomo elettronegativo di un’altra molecola. Sopra i 100°, il legame non esiste perché l’energia presente è elevata e distrugge il legame.

Molarità (M)

Numero di molecole nell’unità di volume. Permette di misurare la concentrazione di soluto. Le soluzioni sono formate da un substrato sciolto in un solvente. Una soluzione 1 molare di qualsiasi composto contiene sempre lo stesso numero di molecole nell’unità di volume.

• Peso molecolare NaCl: 58,44.
• 1 mole NaCl: 58,44 g/L

Acidi e basi

• Acidi: molecole in grado di donare protoni. Sostanze che si dissociano in ambiente acquoso provocando l’aumento della concentrazione di ioni H⁺.
• Basi: molecole in grado di accettare protoni. Sostanze che si dissociano in ambiente acquoso provocando l’aumento della concentrazione di ioni OH^-.

Acidi e basi sono “forti” se in ambiente acquoso si dissociano (ionizzano) completamente. Acidi e basi sono “deboli”, se in ambiente acquoso si ionizzano parzialmente.

Elettroliti

Molecole che in ambiente acquoso si dissociano liberando ioni. L’H₂O è un’elettrolita debole, perché si dissocia poco in ioni. Può comportarsi sia da acido che da base.

Soluzione neutra

La concentrazione di ioni H⁺ è uguale a 10^-7. pH = - log [H⁺]. [H⁺] = 10^-1 M -> pH = 1.

• pH > 7 -> soluzione basica
• pH < 7 -> soluzione acida
• pH = 7 -> soluzione neutra (es: acqua)

La variazione di 1 unità di pH comporta la variazione di 10 volte la concentrazione di ioni di H. Tampone: minimizza le variazioni di pH.

Reazioni chimiche

Trasformazione di una o più sostanze presenti inizialmente dette reagenti in prodotti.

• Reazioni di sintesi: A+B->AB
• Reazioni di decomposizione: AB->A+B

La maggior parte delle reazioni è reversibile e tendono a raggiungere uno stato di equilibrio.

Reazioni di ossido-riduzione

• Ossidazione: rimozione di elettroni.
• Riduzione: aggiunta di elettroni (detti equivalenti riducenti).

Chimica organica

Tratta i composti del carbonio. H-> 1 legame. O-> 2 legami. N-> 3 legami. C-> 4 legami. Il metano (CH₄) è il composto organico più semplice.

Gli atomi di carbonio possono formare legami covalenti singoli, doppi o tripli con altri atomi.

• Etano: legame singolo (gli atomi possono ruotare).
• Etilene: legame doppio (gli atomi non possono ruotare). Ha geometria planare.
• Acetilene: legame triplo (gli atomi non possono ruotare). Molecola rigida e lineare.

Tipologie di composti organici

• Alcoli (alcool etilico/etanolo, metanolo): composti polari formati non solo da C e H, ma anche dal gruppo ossidrilico OH (è acido). Nel metanolo, l’O concentra la carica negativa su di sé, poiché è l’atomo più elettronegativo, quindi l’elettrone in comune nel legame è molto più vicino all’O.
• Fenoli: contengono un gruppo OH legato ad un atomo di carbonio di un anello aromatico.
• Tioli: simili agli alcoli, ma al posto dell’O contengono zolfo (SH-> gruppo solfuro).
• Eteri: composti dove l’O è legato con 2 gruppi. Sono insolubili in acqua, molto volatili, esplosivi ed infiammabili.
• Aldeidi e chetoni: presenza di un gruppo carbonilico (doppio legame tra C e O). Il gruppo carbossile invece è COOH.
• Acido acetico (CH₃COOH): i carboni vengono ossidati finché diventano CO₂.
• Esteri: acido + alcool.
• Ammine: derivati organici dell’ammoniaca (NH₃).
• Amidi: acido + ammina.

Idrocarburi

Composti organici semplici formati da C e H. Si dividono in:

1. Alifatici.
   • Saturi (metano, etano, propano): legame singolo tra i carboni (alcani-> insolubili in acqua).
   • Insaturi (etilene, propilene): almeno doppi legami tra i carboni (alcheni).
2. Aromatici (benzene): sono caratterizzati dall’anello aromatico, che conferisce stabilità alla molecola. L’anello aromatico ha struttura ciclica in cui 6 atomi di carbonio sono uniti da doppi legami coniugati.
   • Monociclici: struttura con un solo anello aromatico.
   • Policiclici: struttura con più anelli aromatici.

Isomeria

Stesso numero di atomi, ma diversa disposizione. La presenza di doppi legami causa l’esistenza di una forma di isomeria detta CIS/TRANS.

• CIS: isomero dove i gruppi più voluminosi dei 2 atomi di carbonio sono situati dalla stessa parte del piano.
• TRANS: isomero dove i gruppi più voluminosi dei 2 atomi di carbonio sono situati in parti diverse del piano.

Tipologie di isomeri

• Isomeri strutturali: differiscono per il tipo e/o il numero di legami presenti.
• Stereoisomeri: differiscono per disposizione nello spazio tridimensionale dei singoli costituenti.

Carbonio asimmetrico: legato a 4 gruppi diversi. Il carbonio è un elemento ossidabile, cioè in grado di cedere uno o più elettroni all’ossigeno. Doppi legami coniugati: 2 o più legami doppi separati da un legame singolo.

Micro e macro costituenti

• Macro: C, H, N, O, P, S, L, Na, Ca, Cl, Mg.
• Micro: Fe, Zn, I, Cu, Co…

Molecole organiche

1) Glucidi. 2) Lipidi. 3) Amminoacidi. 4) Nucleotidi-> acidi nucleici. 5) Vitamine.

Molecole strutturali: presenti nella composizione delle strutture cellulari. Molecole non strutturali: hanno varie funzioni biologiche (metaboliti, ormoni…). La struttura nelle molecole biologiche determina la funzione.

Glucidi/carboidrati

Molecole organiche più abbondanti sulla terra, si suddividono in:

• Semplici: monosaccaridi (1 molecola di carboidrati), disaccaridi (2 molecole), oligosaccaridi come maltodestrine (< 10 monosaccaridi).
• Complessi: polisaccaridi (> 10 monosaccaridi).

Funzioni:

• Energetica
• Riserva energetica
• Strutturale
• Biosintesi
• Riconoscimento cellulare

Legame glicosidico: legame covalente forte che tiene unito i monosaccaridi e permette l’eliminazione di una molecola di H₂O tramite condensazione. Questo legame a seconda della disposizione del gruppo ossidrile OH, può essere:

• Alfa: legame che l’uomo può spezzare.
• Beta: legame che l’uomo non può spezzare.

Tipologie di monosaccaridi

Monosaccaridi (aldosi o chetosi): costituiti da un numero variabile di atomi di carbonio da 3 a 7 atomi legati a H e OH. In base al numero di carboni si hanno monosaccaridi triosi, tetrosi, pentosi, esosi. Glucosio e fruttosio sono 2 isomeri (hanno la stessa formula -> C₆H₁₂O₆).

• Glucosio: monosaccaride aldo-esoso. E’ il più abbondante zucchero in natura, ha funzione energetica. Nel sangue può essere presente attorno al 1%. Galattosio e mannosio sono 2 epimeri del glucosio.
• Fruttosio: monosaccaride cheto-esoso. Ciclizza formando un anello a 5 atomi.
• Desossiribosio e ribosio: monosaccaridi aldo-pentosi. Hanno la funzione di costruzione di molecole più complesse (costituiscono i nucleotidi e i monomeri di DNA e RNA).
• Gliceraldeide: 2 isomeri che ruotano in modo differente la luce polarizzata (D-gliceraldeide -> destrogiro con gruppo OH a destra, L-gliceraldeide -> levogiro con gruppo OH a sinistra).

Centro chiralico: carbonio asimmetrico che causa la presenza di stereoisomeri. Epimeri: 2 monosaccaridi che differiscono solo per la configurazione attorno ad un atomo di carbonio chiralico.

Il numero di possibili isomeri per una molecola con più carboni asimmetrici è 2ⁿ. - n = numero di atomi di carbonio chirali. Il glucosio ha 4 carboni asimmetrici, quindi sono possibili 16 isomeri.

Disaccaridi

• Maltosio: glucosio + glucosio.
• Lattosio: galattosio + glucosio.
• Saccarosio: glucosio + fruttosio.

Polisaccaridi

1° divisione:

• Semplici: amido (amilosio + amilopectina), cellulosa, glicogeno.
• Complessi: acido ialuronico, condroitinsolfati, eparina.

2° divisione:

• Omopolisaccaridi: stesso polisaccaride.
• Eteropolisaccaridi: polisaccaridi diversi.

3° divisione:

• Ramificati
• A catena lineare: non ramificati.

Glicogeno (riserva di glucosio): molecola molto idratata (lega bene con H₂O). Presente nelle cellule del fegato (molto concentrato) e nelle fibre muscolari (poco concentrato). Ha una struttura altamente ramificata.

• Aumentando l’intensità dell’esercizio fisico, aumenta il consumo di glucosio.
• Aumentando l’intensità dell’esercizio fisico, cala il consumo di grassi.

Glicosaminoglicani: componenti della matrice extracellulare presenti anche nel tessuto connettivo, in strutture complesse (tendini, ossa) e strutture mucose.

• Acido ialuronico: lubrificante nelle giunzioni (liquido sinoviale). Conferisce elasticità e resistenza a cartilagini e tendini.
• Condroitinsolfati: presenti in cartilagini, tendini, ossa e pelle.

Proteoglicani: principale componente del tessuto connettivo (cartilagine) dove unisce proteine e muco polisaccaride.

Lipidi

(vegetali e animali) Molecole insolubili in H₂O, ma solubili nei solventi apolari.

Funzioni:

• Strutturale: nelle membrane cellulari, creano una barriera e selezionano il trasporto.
• Riserva energetica e fonte energetica (9 Kcal/g): deposito di tessuto adiposo (isolante termico).
• Ormoni: comunicazione tra le cellule.
• Precursori di ormoni e vitamine.

I principali costituenti dei lipidi, sono gli acidi grassi, detti grassi se a temperatura ambiente sono solidi (acidi grassi saturi), o olii se a temperatura ambiente sono liquidi (acidi grassi insaturi). Gli acidi grassi sono formati da:

• Gruppo carbossilico COOH.
• Catena Alifatica (CH₂-CH₂-CH₂…).

Classificazione acidi grassi

1. Acidi grassi saturi: non hanno doppi legami tra carboni (carne, tuorlo, latte).
2. Acidi grassi insaturi: contengono almeno un doppio legame tra carboni. I doppi legami sono nella conformazione CIS. Questo comporta una curvatura nella molecola a livello di ogni doppio legame, perciò cambiano le sue proprietà fisiche.

Gli acidi grassi insaturi conferiscono fluidità alle strutture che li contengono. I doppi legami possono essere ossidati dall’ossigeno (irrancidimento).

In relazione al numero di atomi di carbonio della loro catena, si possono dividere in:

• Acidi grassi a catena corta: 2-4.
• Acidi grassi a catena media: 6-12.
• Acidi grassi a catena lunga: 14-22.
• Acidi grassi a catena molto lunga: 24-26.

Generalmente contengono un numero pari di atomi di C, quelli a numero dispari, in genere, sono a catena molto lunga.

• Acidi palmico: 16:0 (16 = numero di atomi di C, 0 = numero di doppi legami).
• Acido stearico (18:0) e acido oleico (18:1): stessi atomi, ma con diversa conformazione.

Il gruppo carbossilico (COOH) si trova sulla testa (inizio) del lipide. Il gruppo metile (CH₃) si trova nella coda (fine) del lipide.

Δ e Ω: indicano la posizione del doppio legame a partire dall’inizio (Δ) o dalla fine (Ω).

• Δ9: il doppio legame è tra il nono e il decimo carbonio partendo a contare dalla testa del lipide.
• Ω9: il doppi legame è tra il nono ed il decimo carbonio partendo a contare dalla coda del lipide.

Acidi grassi essenziali (Ω3 e Ω6)

Hanno doppi legami negli ultimi carboni. Si assumono con la dieta. L’uomo non è riesce a formare acidi grassi con doppi legami oltre il 9° carbonio. La conversione da Ω3 a Ω6 e viceversa, non è possibile.

• Ω3: contenuti in pesce. Conosciuti come EPA e DHA. L’acido alfa-linoleico è il precursore. Abbassano i trigliceridi e aumentano il colesterolo HDL.
• Ω6: contenuti in olii, verdure e cereali. L’acido linoleico è il precursore. Influiscono su retina e cervello.

Grassi idrogenati: subiscono il processo di idrogenazione.