Biochimica

Biochimica

Introduzione

Esame: scritto con domande aperte (8 cfu);

o Libri: D.L. Nelson M.M. Cox “intoduzione alla biochimica di Lehninger” (zanichelli); Campbell Farrell

o “Biochimica” (edises);

Propedeuticità: per l’esame di nutrizione animale comparata.

o

Il termine “biochimica” significa “chimica della vita” e studia lo stimolo, il

segnale e quali molecole lo interpretano. Migliaia di molecole diverse sono

raggruppate in poche classi di sostanze (proteine, lipidi, glucidi e vitamine).

Una dieta bilanciata varia a seconda dell’animale.

Ripasso di chimica

Tutti gli organelli delle cellule sono composti da macromolecole che, in modo

ordinato, formano l’assetto cellulare interno. Determinati gruppi chimici

(aldeidi, alcoli, alcani, etc.) determinano il funzionamento della cellula,

riconoscono le molecole e vengono formati dei legami. Vi sono vari tipi di

legami:

Covalente: se la differenza di elettronegatività è minore di 1.7. Due

 atomi mettono in condivisione un elettrone in acqua; distinguiamo il

covalente polare

legame (OH, NH, CO, NP, OP), dove gli elettroni sono

più spostati verso il nucleo della molecola più elettronegativa, e il

covalente apolare

legame (CC, CH, O attraversa le membrane



2

biologiche senza problemi).

Ionico: se la differenza di elettronegatività è maggiore di 1.7. Molto forte

 se le molecole non si trovano in acqua i sali minerali in acqua si



separano, formando i cosiddetti elettroliti. Le molecole d’acqua, essendo

dei dipoli, attraggono le cariche negative dello ione fino a rompere il

legame ionico, determinando la dissociazione elettrolitica (carica

dipolo);

Van der Waals: legame intermolecolare, molto debole, in quanto

 durante il legame le molecole possiedono comunque una dinamicità, di

conseguenza in condizioni normali c’è la possibilità che si separano.

Dipolo-dipolo indotto se guardiamo in tempi brevi 3 molecole apolari,



noteremo che transitoriamente presentano una regione più positiva e

una regione più negativa, attraendosi tra di loro.

Legame a idrogeno: legame intermolecolare, molto debole. Lo

 troviamo tra i filamenti di DNA. Si possono formare solo quando H è

legato ad O (non se legato a C) o N. È quel legame che può formarsi e

dissociarsi permettendo alle molecole delle cellule di riconoscersi. La

dipolo,

molecola d’acqua è definita poiché è una molecola polare, con

delle regioni cariche positivamente e regioni cariche negativamente, ma

che nel complesso è neutra. Il legame a idrogeno è il legame della vita.

La forza del legame dipende dal movimento delle molecole: aumentando

la temperatura, il movimento delle molecole aumenta e, per questo

motivo, a 0° C il movimento relativo è inferiore alla forza del legame e

l’acqua diventa un solido, a 100° C invece il legame a idrogeno tra le

molecole d’acqua non si forma. il processo tra 0° e 100° è reversibile, al

di sotto lo 0 o al di sopra il 100 invece è irriversibile. Una molecola

d’acqua può formare fino a 4 legami a idrogeno.

Legame idrofobico: aumento di entropia (basso numero di molecole

 di H O ordinate) se si minimizza la superficie di contatto con molecole

2

non polari presenti. L’acqua rimane fissa, ordinata, attorno a una

molecola non polare. Se ci fossero due molecole non polari, allora le

due molecole si uniscono per consentire all’acqua di minimizzare lo

spazio in cui le molecole di acqua non possono creare legami.

Responsabile del ripiegamento delle proteine e del fatto che i lipidi sono

difficili da digerire.

Solubilità in H O proprietà chimico-fisica in quanto influenza: passaggio di



2

molecole attraverso le membrane biologiche; localizzazione intracellulare;

digestione

necessità di specifici meccanismi di e assorbimento; necessità di

trasporto mediante proteine o lipoproteine nel sangue; distribuizione e

accumulo nei diversi organi; farmacocinetica; localizzazione degli enzimi

responsabili del suo metabolismo; etc. La solubilità è determinata dalla

polari

presenza o assenza di gruppi e dal loro contributo relativo rispetto alle

apolari

porzioni della molecola. La presenza di cariche elettriche nette

contribuisce alla solubilità. Il colesterolo è insolubile in acqua e di conseguenza

si accumula all’interno delle vene. Ad esempio, gli alcoli (-OH) a catena corta

acidi

sono solubili in acqua, più aumenta la catena, meno solubili sono. Gli

grassi non si sciolgono in acqua, per questo motivo nel sangue l’albumina si

molecole anfipatiche

carica di acidi grassi e li porta nelle cellule. Le hanno una

regione nettamente idrofobica e una regione nettamente polare; infatti, si

posiziona nelle superficie di separazione, ad esempio danno origine alle

membrane biologiche.

Equilibrio chimico

Il processo (reazione chimica) è irreversibile e reversivile. Lo stesso processo

può essere irreversibile in certe condizioni e reversibile in altre. Ad esempio,

l’acqua può diventare solida se arriva a 0° ed è irreversibile se la temperatura

rimane costante o si abbassa; se la temperatura si alza, questo processo

diventa riversibile.

Processo spontaneo: se non impedisco che avvenga, avverrà. Ad esempio,

se pongo un gas in un contenitore chiuso, vicino ad un contenitore chiuso

vuoto, appena lo apro il gas va ad occupare spontaneamente il vuoto, andando

a distribuirsi omogeneamente.

Reazione irreversibile: aA+bB cC+dD

 

Reazione reversibile: aA+bB cC+dD

 

Nel caso di una reazione irreversibile, non esiste una costante di equilibrio.

Al contrario, in una reazione reversibile esiste una costante che descrive

quantitamente la reazione stessa. All’equilibrio il rapporto tra

concentrazioni di reagenti e prodotti non è uguale, ma costante.

Principio di Le Chatelier: quando un equilibrio chimico è perturbato per

effetto di un’azione esterna, il sistema reagisce in modo da ridurre o annullare

l’effetto della sollecitazione stessa in modo da ripristinare quell’equilibrio.

L’azione di perturbazione può essere un cambiamento nelle condizioni (es. si

alza o si abbassa la temperatura) o aggiungendo o togliendo reagenti o

prodotti.

Non tutti gli acidi hanno la stessa costante di equilibrio e dipende dalla forza

dell’acido. Nel nostro organismo sono presenti più processi

contemporaneamente, sono presenti tamponi e molecole che si dissociano. La

maggior parte dei metaboliti negli animali sono o degli acidi deboli o delle basi

deboli. Se aggiungo un acido forte in una miscela di acqua e acido debole,

l’acido forte influenza la dissociazione dell’acido debole. Ad esempio:

CH COOH H + CH COO acido debole, la maggior parte non si

+ -

  

3 3

dissocia nell’acqua. Se aggiungo acido cloridrico (HCl H +Cl ),

+ -



l’aggiunta di H causa un cambiamento nell’equilibrio della prima

+

miscela.

Nel rumine gli acidi grassi volatili attraversano la parete solo se presenti sotto

forma di HA (HA H +A ), se il pH varia, gli acidi grassi non manterranno la

+ -



forma HA e di conseguenza non possono essere assorbiti. Quindi, CH COOH

3

attraversa tranquillamente le membrane, invece CH COO non riuscirà ad

-

3

attraversare le membrane. Le specie hanno permeabilità e legami con altre

L'acidosi

proteine diverse. è un'alterazione del pH che “sballa” tutte le reazioni

dell’organismo.

A pH 7 gli acidi subiscono questa variazione della loro tendenza a dissociare,

ovvero si dissociano completamente. I metaboliti (acidi deboli) che hanno un

carbossile a ph 7 sono sempre carichi negativamente. Nelle cellule e nel

sangue il pH 7 viene mantenuto dai sistemi tampone, ovvero da acidi

poliprotici, sostanze capaci di dissociare più protoni (diprotici e poliprotici), es.

acido fosforico.

Nell’organismo ci sono 3 tipi di sistemi tamponi:

1. Presenza contemporanea di H PO (acido debole) e HPO (base

4- 42-

2

coniugata) li scriveremo come “Pi” (fosfati inorganico), li intenderemo

entrambi;

2. CO + H O H CO (acido debole) H +HCO (base coniugata)

+ 3-

  

2 2 2 3

questa specie è instabile, o si dissocia in H CO o in CO ;

2 3 2

3. Proteine, ricche di catene laterali con proprietà di acido o base debole.

Lipidi

Acido acetico e metanolo, reagendo, producono un estere.

I lipidi sono delle molecole caratterizzate da insolubilità in H O. Svolgono la loro

2

funzione in membrane o legate a proteine (non in ambienti acquosi), sono

immagazzinati in gocce lipidiche o membrane e vengono trasportati nel sangue

legandosi a specifiche proteine o lipoproteine.

I lipidi più comuni sono gli acidi grassi, trigliceridi, fosfolipidi, glicolipidi e steroli

(colesterolo).

Altri sono gli steroidi (derivati dal colesterolo), eicosanoidi (derivati dall’acido

arachidonico, mediano le infiammazioni), vitamine liposolubili (A, D, E, K) e

ubichinone o coenzima Q (trasportatore di elettroni della catena respiratoria).

Non tutti i lipidi servono per ottenere energia, ma sono presenti nell’organismo

energetico

anche in modo funzionale. I ruoli principali sono: (metabolismo

strutturale

aerobico, si devono ossidare delle molecole); (nelle membrane

biologiche e parete cellulare); termoregolazione; vitamine; cofattori di enzimi e

proteine (vitamina K, retinale); trasportatori di elettroni; ormoni e precursori di

ormoni; antiossidanti; segnale cellulare; neurotrasmettitori (es.

endocannabinoide, fa passare il segnale da un neurone ad un altro; l’organismo

animale riconosce bene molecole della cannabis o di vari oppiacei in quanto nel

nostro organismo ci sono altre molecole che si legano nello stesso punto dove

eicosanoidi

si legano le molecole della “droga”); gli sono mediatori di

infiammazione, febbre, dolore e allergie; ruolo in vasodilatazione, chemiotassi,

coagulazione, crescita e differenziamento cellulare, sistema immunitario etc.

Gli acidi grassi li distinguiamo in:

Liberi: R-COOH R-COO +H

- +

 

Esterificati: R -COOH+HO-R R-COOR +H O

 

1 2 2 2

Gli acidi grassi volatili, ovvero acido acetico, acido propionico e acido butirrico

NON sono lipidi, difatti sono solubili in acqua ed evaporano molto facilmente.

L’acido grasso più comune è l’acido stearico (C H O ). Se una

18 36 2

saturo;

catena ha solo legami semplici viene chiamato se ha uno o

insaturo poliinsaturo

più doppi legami, allora è detto o (>1). Se vi è un numero

cis;

pari di C allora è detto il doppio legame tra i carboni introducono una certa

rigidità nel movimento delle catene, che si impaccano in modo meno ordinato,

punto di fusione

formando meno legami tra loro. Il è legato alla lunghezza della

catena, aumenta a un numero maggiore di C.

Gli acidi grassi liberi sono acidi deboli e sono tensioattivi: si impongono nella

superficie di contatto tra l’acqua e l’aria o l’olio (non è una cosa positiva per le

cellule).

Gli acidi grassi presentano una libertà di rotazione, la molecola si dispone

nello spazio in tanti modi. In base a dove si trova, presenterà una forma estesa

o ripiegata. doppio legame,

Se nella molecola vi è un allora la molecola in quel punto non

sarà libera di ruotare. acido palmitico;

16 C e 0 doppi legami

  acido stearico;

18 C e 0 doppi legami

  acido palmoleico;

16 C con 1 doppio legame in C9 acido cis (insaturo)

  acido oleico;

18 C con 1 doppio legame in C9

 

PUFA: acido linolenico,

18 C con 2 doppi legami in C9, C12 acido grasso che i

 mammiferi deve assumere e non lo può produrre, è essenziale (&om