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Biochimica generale - Appunti Appunti scolastici Premium

Appunti di Biochimica generale per l'esame del professor Bonomi su: finalità delle trasformazioni chimiche negli organismi. Acqua come solvente e come agente strutturante.
Macromolecole biologiche informazionali e non-informazionali. Rapporti struttura-funzione, livelli di
organizzazione sopramolecolare e loro significato funzionale e fisiologico. Basi strutturali delle attività
catalitiche:... Vedi di più

Esame di Biochimica generale docente Prof. F. Bonomi

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ESTRATTO DOCUMENTO

- Fosfolipidi Parente stretto dei trigliceridi. Sono

molto importanti nella cellula perché

sono il costituente principale delle

membrane biologiche.

Sono composti da una parte polare e

una apolare (anfifilico). Questi composti

sono in grado di separare diverse fasi a

diversa polarità (membrane cellulari,

membrane delle gocciole di grasso

ecc..): Separare 2 fasi acquose

- Proteggere una fase grassa

- immersa in un liquido polare.

L’ammonio è sempre con carica positiva

(basico) a qualunque pH per

neutralizzare carica negativa dell’ossigeno del gruppo fosfato.

Queste molecole sono utilizzate nella tecnologia alimentari come tensioattivi ed

emulsionanti (come cap. dei saponi).

- Sfingosidi

CH OH-CHNH +-CHOH-CH=CH-(CH ) -CH

2 3 2 12 3

Sono molto simili ai fosfolipidi (teste polari e code apolari), ma non vi è presente il

glicerolo.

Ricoprono le membrane dei nervi e comprendono molti derivati glicosilati come i glicolipidi.

Quest’ultimi, se messi su una superficie cellulare, informano l’esterno di che cellula si

tratta (etichetta).

INSAPONIICABILI

2)

Non hanno il legame estere e quindi non si può rompere trasformandosi in sapone con

una base.

Si possono suddividere in sue grosse famiglie:

Cere

- Steroli

-

Le cere sono poco considerate, ma sono di particolare importanza per i frutti perché li

proteggono dall’attacco di funghi e patogeni oppure sono utilizzate dai crostacei per non

far rovinare la pelle sottostanze dall’acqua. Sono esteri tra 1 acido grasso e un lungo alcol

alifatico (insensibili all’idrolisi da parte delle basi e enzimi) e sono totalmente indigeribili. 33

Negli steroli il più famoso è il colesterolo (con una

piccolissima parte polare) composto da un’unica struttura

ciclica tranne per l’ultima codina. Esiste solo nei tessuti

animali ed è una molecola molto apolare e tende ad

associarsi con se stessa (ostruendo vene tramite delle

lacerazioni la fibrina cerca di ripararle e dato che è

apolare il colesterolo inizia a depositarsi).

• Lipoproteine ematiche

Nel plasma sanguigno abbiamo la necessità di trasportare sostanze idrofobiche da un

tessuto all’altro; i principali lipidi trasportati sono:

Acidi grassi: trasportati uno alla volta dall’albumina del siero (no lipoproteina)

- Trigliceridi: trasportate in quantità maggiori da proteine che si possono classificare

- in base alla loro densità (più aumenta la densità e più aumenta il rapporto proteina /

lipidi): Chilomicroni

 VLDL

 LDL

 HDL

Chilimicroni: provengono dall’intestino e sono le più piccole e sono il prodotto primario

dell’assorbimento dei lipidi di fatti contengono poche proteine.

VLDL (very low density lipoproteins): si originano nel fegato e ha il compito di ritirare

tutti i lipidi che vengono portati in giro dal sistema linfatico che circolatorio e li rielabora e li

consegna alle cellule quello che hanno bisogno.

LDL: quando le VLDL hanno finito il giro si trasformano in

questa categoria e sono ricche di colesterolo e di

trigliceridi.

HDL: queste proteine sono una famiglia completamente

diversa dalle precedenti(non contengono trigliceridi) e

hanno il compito di riportare al fegato colesterolo e

trigliceridi che non vengono utilizzati dalle cellule e li

porta al fegato il quale trasformerà il colesterolo in

eccesso in Sali biliari che verranno trasportati all’intestino

per essere eliminati; ed è per questo che si parla di

colesterolo buono e colesterolo cattivo. 34

Le VLDL sono formate da una sorte di palla formata da trigliceridi e colesterolo sottoforma

di esteri. È idrofobica e sulla superficie vi è uno strato fosfolipidico. La copertura di questa

struttura è rappresentata dalla componente proteica, che sta fuori. È una apolipoproteina e

ne esistono diverse varianti tra le quali una, modificata, che la hanno gli abitanti di un

paesino sul Garda la quale è molto efficace a raccogliere il colesterolo in circolo;

permettendo di non far venire ictus o occlusioni di vasi.

L’itinerario fisiologico dei lipidi è il seguente:

a livello intestinale abbiamo la formazione delle

strutture di trasporto; i chilomicroni che entrano

nei capillari e arrivano al fegato, elabora i

trigliceridi rilasciando acidi grassi che poi

andranno ai principali tessuti.

Dal fegato partono le VLDL che vengono

smontate nei tessuti extraepatici in

LDL(rimossa solo la parte lipidica). Una volta

tolta la parte lipidica tornano al fegato

sottoforma di HDL.

Un’altra modalità di trasporto per le lipoproteine a cavallo della membrana si chiama

endocitosi:

la lipoproteina in forma semplificata va a vedere se ci sono dei siti di identificazione tramite

delle proteine di membrana poste sulla superficie della cellula che fungono da recettori.

La lipoproteine si lega ad uno di questi recettori producendo una reazione

conformazionale che si trasferisce alla membrana come messaggio elettrico producendo,

come risultato, una invaginazione della membrana citoplasmatica creando una vescicola.

A questo punto si bbassa il pH all’interno della vescicola (da 7 a 5), i recettori di membrana

si separano e vengono riutilizzati mentre la nostra lipoproteina viene degradata a seconda

della necessità del tessuto. Il tessuto della vescicola riandrà a formare pezzi della

membrana della cellula.

• Membrane cellulari biologiche

Non tutte le membrane sono uguali; possono variare il rapporto che c’è tra lipidi e proteine

da un minimo 30% ad un max 70% di proteine rispetto ai lipidi.

Queste associazione sono permanenti grazie a tre interazioni:

Proteine integrali di membrana:

- Trans membrana (tutte)

 Integrali di membrana (una parte)

Proteine legate ai lipidi grazie ad una modificazione post tradizionale

- Proteine periferiche: non hanno nessuna parte a contatto con le regioni idrofobiche;

- sono tenute grazie alle cariche elettriche (estremamente basiche o acide) che

interagiscono con gli amminoacidi sulla membrana. 35

Le proteine integrali sono caratterizzate da una regione idrofobica aperta verso l’esterno

per interagire con le code dei fosfolipidi.

La membrana è anche detta a mosaico fluido grazie al fatto che le proteine si possono

muovere liberamente sulla superficie tramite diffusione:

Traversale

- Laterale

-

Le proteine integrali su membrana sono

glicosilate; escono catene zuccherine

rivolte verso l’esterno della cellula e

servono come carta d’identità e come

funzione di antiribaltamento.

Molto spesso si hanno strutture ad alfa

elica; in questo caso non si ha il bisogno

di proteggere i legami idrogeno dall’acqua.

Il colesterolo è infilato nella struttura a

palizzata e sporge solo di un pezzetto

(parte polare ossidrile). La caratteristica

che più influisce la membrana è la sua fluidità (velocità con cui si spostano le proteine o i

glicolipidi) più ce colesterolo e più la membrana è rigida. Gli acidi grassi insaturi influiscono

anche loro sulla fluidità rendendola più fluida.

La membrana è anche detta semipermeabile creando un sistema controllato di trasporto

delle sostanze all’interno e all’esterno della cellula.

Il trasporto mediato passivo avviene senza il consumo di

energia, ma mediante delle specifiche proteine:

UNIPORTO: ingresso univoco di una sola molecola.

- SIMPORTO: ingresso simultaneo di due molecole.

- 36

ANTIPORTO: ingresso di una molecola affiancata all’uscita di un’altra molecola

- mantenendo gli equilibri.

I canali delle proteine che permettono questi tipi di trasporto fungono da discriminanti nei

confronti delle specie che voglio far passare. Molti di questi canali sono dei “gated”

costituiscono una sorta di cancello che può essere aperto o chiuso per azione di molecole

effettrici; la loro apertura dipende dalla concentrazione intra ed extracellulare.

Una seconda tipologia di trasportatori sono i carries rappresentati

da molecole in grado di trasferirsi da un lato (es: in) ad un altro lato

(es:out) della cellula in condizioni in cui legano un certo composto;

alterano la struttura della proteina, diventa completamente

idrofobica, passa la regione a palizzata della membrana e si

presenta sull’altro lato della membrana facendo fuoriuscire il suo

contenuto. Tutto questo avviene sempre con un gradiente di concentrazione.

Vi sono anche dei sistemi che si usa un meccanismo

di antiporto o simporto, ma associato alla produzione

e/o consumo di energia chimica. Questi sistemi di

membrana che consentono il trasporto attivo si

chiamano pompe di membrana, infatti il nome del

sistema in figura denominato pompa sodio-potassio.

IL METABOLISMO

cap.1

Il metabolismo è una seria di eventi che si compiono negli esseri viventi.

Ha due finalità:

Catabolica (catabolismo): trasforma molecole complesse in molecole semplici per

- creare composti alto energetici (composti chimici in energia).

Anabolica (anabolismo): trasforma molecole semplici in molecole complesse

- (procedimento opposto).

Da questi processi otteniamo energia di tipo:

Termica

- Meccanica

- Informazionale

-

Ma dentro la cellula l’energia è depositata in composti chimici denominati composti alto

energetici utilizzati come moneta di scambio tra i vari processi dell’organismo.

Il più universale è il nucleotide ATP (adenosin-

tri-fosfato) composto da una base azotata (in

questo caso l’adenina) e uno zucchero

(ribosio) che formano un nucleoside

(adenosina) più acido fosforico.

AMP: no molecola alto energetica e lo

zucchero è esterificato da una molecola di

acido fosforico. 37

ADP: presente un legame anidridico e l’idrolisi di questo legame produce molta energia

perché è molto instabile; è una molecola alto energetica.

ATP: vi è un secondo legame anidridico e quindi è una molecola che può produrre ancora

più energia.

Il legame anidridico dell’ATP è molto instabile per ragioni elettrostatiche:

Quando si aggiunge acqua, mediante un

- enzima che è in grado di aggiungerla al

legame anidridico, genera un anione

fosfato e ADP. L’equilibrio è fortemente

spostato verso la creazione dei due

composti separati che entrambi portano

due cariche negative (∆G estremamente

negativo).

Reazioni accoppiate: la natura ha permesso di far avvenire delle reazione difficili da

- far avvenire accoppiandole con altre reazioni facili da fare facendole svolgere dallo

stesso enzima simultaneamente (unico catalizzatore):

Ho accoppiato una reazione difficile termodinamicamente (fosforilazione del

glucosio) alla reazione molto facile termodinamicamente (idrolisi dell’ATP).

Rompendo il legame dell’ATP ottengo ADP che conserva ancora un legame alto

- energetico che mi consente di riformare la molecola di ATP recuperando energia

mediante l’enzima ubiquitario ADENILATOCHINASI che catalizza la seguente

reazione:

Da due molecole di ADP ottengo una molecola di ATP e una di AMP.

Tutti gli enzimi che rompono il legame anidridico (alto energetico) e lo attaccano a qualche

cosa prendono il nome di CHINASI.

Questo enzima, come conseguenza della sua attività enzimatica, crea un parametro che è

la carica energetica di una cellula che avrà un massimo di 2 (quando ho solo ATP) e un

minino di 0 (quando non ho molecole alto energetiche) e definisce quanta energia

protonabile spendibile c’è nella cellula.

• +

NAD e NADH

Il NAD+ è un agente ossidante; ruba due elettroni e due protoni trasformandosi in NADH

(nicotin-ammide-di-nucleotide).

Il nucleotide è una base azotata attaccata ad uno zucchero con un fosfato (es: AMP)

perciò in un di-nucleotide avrà due nucleotidi attaccati nella seguante maniera: 38

La parte che lavora, che funziona da ossidante è l’anello nicotinico perché ha una carica

positiva attirando lo ione idruro (1 protone e 2 elettroni) diventando:

Questa struttura è il NADH ed è un cofattore che permette di far avvenire delle reazioni in

simultanea ossidazione e fosforilazione.

La parte attiva della molecola (nicotin-ammide) è una molecola che l’organismo non sa

fabbricare, quindi adotta due sistemi:

Assume con la dieta: con al vitamina B1

- La fa fabbricare dai nostri simbionti: vivono alle spese di quello che noi scartiamo e

- si trovano nel nostro tratto digerente e ve ne sono in molte quantità.

Questi cofattori derivano dalle vitamine.

La simultanea ossidazione è l’accoppiamento di diverse reazioni che avvengono sulla

gliceraldeide-3-fosfato-deidrogenasi:

l’enzima ha bisogno di tre siti:

Una funzione reattiva: tiolo

- +

Un sito per legare il NAD

- Non si cita

-

Grazie alla funzione nicotin-ammide, l’aldeide forma con la cisteina un legame tio-emi-

+

acetalico. Il NAD si lega al suo sito specifico e si riduce, sottraendo elettroni dalla

molecola e un protone dall’ambiente ossidando il carbonio della molecola trasformandolo

in un legame tio-estere: 39

Il legame tio-estere è un legame alto energetico (70Kj/mol) perché questo tipo di legame,

idrolizzato, è instabile perché crea due prodotti con entrambi cariche negative (a pH

fisiologici buona parte del tiolo contiene carica negativa) e difficilmente torneranno insieme

e quindi spaccare questo legame porta molta energia.

Un altro motivo è legato alla risonanza perché l’ossigeno è molto più elettronegativo dello

zolfo e quindi il doppietto rimane fermo.

L’enzima riesce a creare questo legame difficile grazie all’ossidazione; non lo idrolizza (se

no l’energia si libererebbe sottoforma di calore), ma recupera l’energia depositata in quel

legame (cerchiato in figura) tramite una fosforilisi. 40

LA GLICOLISI

cap.2

Le reazioni cataboliche sono legate ai polisaccaridi. Possono avvenire tramite

metabolismo:

Aerobico

- Anaerobico (no ossigeno): nel citosol avviene la glicolisi

- POLISACCARIDI

MONOSACCRIDI (glucosio) Glicolisi

PIRUVATO

Per glicolisi si intende l’utilizzo, a fini energetici, di una molecola di glucosio; è una via

catabolica.

Il glucosio viene etichettato come “glucosio che deve essere demolito” mediante

1) una fosforilazione in posizione

C6 trasformandosi in un estere

fosforico (Glu-6-P) mediante

una chinasi (esochinasi) che

fosforilizza tutti gli esosi in

posizione 6 (è un enzima

allosterico e ne esistono diversi isoenzimi es: glucochinasi nel fegato).

È una reazione esoergonica (serve ATP). Si usano due enzimi perché è come

avere due motori:

Glucochinasi: Km molto basso, molto specifico e lavora a basse

 concentrazioni di glucosio

Esochinasi: lavora solo ad alte concentrazioni di glucosio o quando si

 utilizzano diversi zuccheri

Ora il glucosio-6-P viene trasformato in fruttosio-6-P (molecola con uguale formula

2) bruta, ma diversa formula di

struttura) per risolvere il

problema che la cellula deve

attaccare un altro gruppo

fosfato sul C1, ma essendo

aldeidico questo non lo può

fare, ma trasformandolo in

fruttosio si perché è alcolico.

Questa reazione la si fa con una isomerasi (fosfo-gluco-isomerasi).

Il fruttosio-6-P viene rifosforilato ad opera di un’altra molecola di ATP tramite una

3) chinasi (fosfofruttochinasi) che è un

enzima chiave perché a questo punto

questa molecola può intraprendere

solo una certa via metabolica e

diventare successivamente piruvato. 41

È un enzima allosterico che viene regolato da:

Prodotto finale di questa reazione (ATP): effettore negativo

 Composto, se presente, che indica che le batterie delle cellule sono

 esaurite (AMP): effettore positivo (indica che la cellula “ha fame”)

Il fruttosio-6-P viene scisso in due molecole (un chetone e un aldeide) mediante un

4) aldolasi.

GAD: gliceraldeide-3-P

DHAP: diidrossi-acetol-3-P (papà del glicerolo)

Due zuccheri piccoli fosforilati su una delle loro funzioni

alcoliche.

Questa reazione si mantiene all’equilibrio (considerato

per un essere vivenete) perché il fru-6-P si continua a

scindere in questi due composti che a loro volta si trasformano in qualcosa d’altro;

mentre in un organismo morto avremmo 50 parti di frut-6-P per una parte di

ciascuno dei due triosi.

L’aldoso(DHAP) viene interconverso in un chetoso (GAD) tramite un isomerasi

5) (trioso-fosfato-isomerasi).

Fino ad ora abbiamo solo consumato energia (2ATP) per etichettare la molecola e per

prepararla alla via catabolica.

Il GAD (gliceraldeide-3-P) viene convertita in acido 1-3 bifosfogliceride (PGA)

6) tramite una reazione di deidrogenasi

+

(ossidazione) riducendo il NAD in

NADH.

Questa reazione è esoergonica cioè

che avviene in assenza di energia

con attacco di una molecola di fosfato

(creando un anidride mista  PGA 1-3-

fosfoglicerato possedente il legame anidridico che è un legame alto energetico).

Con una reazione esoergonica (con creazione di energia) e mediante una chinasi

7) (fosfoglicerato-

chinasi) formo la

prima molecola di ATP

e acido-3-

fosfogliceride grazie

all’energia depositata

nel legame anidridico.

Quando avviene si ha questo scambio di fosfati tra una molecola alto energetica e

l’ATP si ha una FOSFORILAZIONE A LIVELLO DI SUBSTRATO.

A questo punto siamo in pareggio con l’energia prodotta e l’energia utilizzata.

All’acido 3-fosfoglicerico faccio una mutasi (fosfogliceromutasi) formando l’acido

8) 2-fosfoglicerico (2-PGA struttura meno stabile) che servirà all’enolasi (perché

creano funzioni enoliche) per eliminare una molecola d’acqua creando il fosfo-enol-

piruvato (PEP). 42

Quest’ultima è molto instabile e con un legame alto energetico quindi viene

9) fosforilata

(FOSFORILAZIONE A

LIVELLO DEL

SUBSTRATO) creando

un’altra molecola di ATP e

enol-piruvato.

Questo legame è così alto energetico perché l’ossidrile è acido, ma la ragione più

significativa è che rompiamo quel legame otteniamo la forma enolica del piruvato.

In sintesi la sua stabilità è dovuta alla forte stabilità del prodotti di idrolisi del

piruvato.

L’enol piruvato è caratterizzato da due forme (chetonica, più stabile, ed enolica) e

10) quindi viene trasformato in piruvato. DA 1 GLUCOSIO  2 ATP effettive

La glicolisi è importante non solo per

l’energia, ma anche per gli scarti che sono

importanti per altre vie metaboliche o

partenze per alcuni amminoacidi.

La glicolisi è caratterizzata da un consumo

iniziale di 2 molecole di ATP e 2 NADH. Se

queste due ultime molecole non verranno

riossidate non si potrà più produrre altro

ATP (perché è uno degli inibitori). 43

Lo possiamo fare con due vie: +

Aerobiosi: ci pensa l’ossigeno a riossidare il NAD

- Anaerobiosi (fermentazione omolattica): non essendoci ossigeno e dato che il

- muscolo continua a produrre ATP e piruvato, utilizziamo quest’ultimo (che si ridurrà

per la perdita di un protone) e ossiderà in NAD+. Da 1 Glu  2 acido lattico.

Anaerobiosi (fermentazione enolica): converte il glucosio in etanolo riossidando il

- +

NADH in NAD con formazione di anidride carbonica +

Queste due ultime vie sono molto sacrificanti perché sacrifica il NADH per avere NAD

invece di ossidare ancora il piruvato per ottenere altra ATP. 44

DEGRADAZIONE DI ALTRI ZUCCHERI

cap.3

Questi zuccheri possono essere utilizzati al posto del glucosio:

Degradazione dei disaccaridi:

MALTOSIO: entra nella via gli colitica mediante una

fosforazione che produce che produce direttamente una

molecola di frutt-6-P.

LATTOSIO: l’enzima rompe (idrolizza) con la βgalattosidasi il legame tra i due zuccheri.

Questo enzima è un enzima inducibile cioè sintetizzato solo in presenza del suo substrato

e con il passare dell’età tende a sparire e in alcune popolazioni questo fatto è molto più

marcato (neri).

Se il lattosio arriva intatto nell’intestino fermenta (grazie ai batteri che lo colonizzano) e

creano mal di pancia.

La via che prende il glucosio l’abbiamo già vista; mentre il galattosio viene attivato da una

chinasi (galattochinasi) e si forma il galattosio-1-P e attraverso una isomerasi (UTP

glucosiosintasi) si trasforma in UDP-glucosio e i due gruppi fosfato che avanzano vanno

incontro ad una idrolisi per spostare l’equilibrio della reazione verso la sintesi del

composto che ci interessa.

L’UDP è l’etichetta per trasformare gli zuccheri diversi dal glucosio; e grazie ad una UDP

transferasi ottenendo UDP-galattosio e Glu-1-P:

A questo punto l’UDP-galattosio deve ruotare il C4 per far si che diventi glucosio e lo fa in

due tappe:

Usa il NAD+ per ossidare quella posizione con formazione di una funzione

1) chetonica

Con lo stesso NADH riduco il gruppo chetonico ottenendo il glucosio.

2) 45

Degradazione dei polimeri:

GLICOGENO: composto da catene molto ramificate di monomeri di glucosio. Viene

accumulato nel fegato e nel muscolo.

Questo composto non viene idrolizzato per rompere i legami, ma viene fosforilato

mediante la glicogeno fosforilasi che produce direttamente glu-1-P (notevole vantaggio

per la cellula) agendo sulle estremità non riducenti del glicogeno. Successivamente agisce

un secondo enzima de ramificante (fosfo-gluco-isomerasi) che sposta il gruppo fosfato

dalla posizione 1 alla posizione 6 ottenendo il glu-6-P (più stabile perché è un estere).

Il vantaggio che ha la cellula partendo dal glicogeno invece che dal glucosio è che se

ricordiamo la prima parte della glicolisi, la trasformazione del glu in glu-6-P in frutt-1-6-P

comportava il consumo di 2 molecole di ATP, ma se parto dal glicogeno non uso le due

molecole di ATP e guadagno 3 molecole di ATP. È per questo che gli atleti mediante

alcune diete riescono ad aumentare il glicogeno nella massa muscolare che consente di

ottenere energia pronta all’uso anche in anaerobiosi.

AMIDO: composto dall’amilosio (lineare, legami α1-4 glu) e dall’amilopeptina (ramificato

legami 1-4 e 1-6 glu). S i legami fossero stati β si avrebbe al cellulosa. Tutti e i due

costituenti hanno solo una estremità riducente e l’amilosio ha solo una unità non riducente,

mentre l’amilopeptina ha più unità non riducenti per via delle ramificazioni.

Ci sono diversi enzimi che interagiscono per degradare l’amido; i primi tre si trovano nella

bocca: α-amilasi (endoenzima): taglia all’intermo della molecola solo i legami 1-4 (solo

1) amilosio). Questo taglio fa aumentare i gruppi riducenti (C1 liberi). Questo enzima

taglia sull’amilopeptina fino a due unità prima della ramificazione.

β-amilasi (esoenzima): idrolizza sempre legami α1-4 ma idrolizza le estremità non

2) riducenti liberando disaccaridi (maltosio).

Glucoamilasi: degrada a glucosio i piccoli polisaccaridi (prevalentemente sul

3) maltosio).

Per degradare l’amilopeptina ci sono due ensimi:

4) De ramificante: sono le trans glicosidasi che rompono il legame 1-6

a) Glucoamilasi: degrada i polisaccaridi a glucosio.

b) 46

LA VIA DEI PENTOSO-FOSFATI

cap.4

E’ una via alternativa a quella che porta alla produzione di piruvato ed è importante in tre

famiglie di tessuti:

Tessuti bio-sintetici: un organismo che si sta riproducendo o l’epitelio della pelle che

- si rinnova sempre.

Tessuti adiposi: depositiamo materiale di riserva (eventi anabolici).

- Tessuti esposti a stress di tipo ossidativo:

- Tessuto epatico: usa l’ossigeno per distruggere molecole strane

i. Globuli rossi: perché sono delle proteine trasportatori.

ii.

Lo scopo di questa via non è quella di creare enrgia, ma creare pentosi (es: molecole che

servono per fare gli acidi nucleici) e 2 molecole di NADPH che servono come meccanismo

di difesa contro gli stress ossidativi.

Come funziona questa via:

Il glucosio viene etichettato con l’enzima glucosinasi e viene trasformato in glu-6-P

1) Il carbonio in posizione 1 viene deigrogeto mediante una ossidazione riducendo il

2) NADP+ (nucleotil-adenin-dinucleotide-fosfato e la differenza con NAD è che ha un

gruppo fosfato che esterifica il carbonio in posizione 2; differenza molto utile perché

gli enzimi che usano il NAD conme coffattore non possono usare l?NADP come

coffattore e viceversa)

e ottenendo il 6-fosfo-gluconolattone.

N.B: il NADP la cellula lo usa per creare qualche cosa (vie anaboliche) mentre il

NAD per distruggerle (vie cataboliche). Ecco perché questo ciclo avviene in tessuti

dove si sta lavorando attivamente all’anabolismo (es: tessuto adiposo).

Nella reazione successiva il prodotto viene idrolizzato con acqua mediente un

3) enzima (lattonasi) e ottenendo l’apertura dell’anelloformando l’acido 6-fosfo-

gluconico. 47

L’acido 6-fosfo-gluconico è ulteriormente ossidato dall’enzima 6-fosfo-gluconato-

4) deidrogenasi e ha come coffattore il NADP facendo ossidare il carbomio in

posizione 3 producendo una forte instabilità e producendo una molecola di anidride

carbonica ottenendo il ribulosio 5-fosfato (chetoso).

Mediante un altro enzima (pentoso-fosfato-isomerasi) mettendo in equilibrio

5) questa reazione con la sua forma aldosa.

Come faccio ad usare il NADPH contro gli stress ossidativi:

esso viene utilizzato dai bloguli rossi per produrre la forma ridotta del glutatione (GSH). Il

glutatione è un tripeptide con una strutura particolare: è una γ-glutamil-cistenil-glicina.

La differenza che ha con il glutammato è che l’amminoacido è attaccato al Cγ.

Questo peptide ha di interessanti che contiene un legame eisopeptide: non è un legame

peptidico perché non avviene con il Cα ma con il Cγ; tipico dei peptidi che non vengono

fabbricati sui ribosomi. Mentre la funzione tiolica della cisteina uccide i radicali liberi.

Il GSH nelle cellule sta nella forma ossidata, ma se vogliamo che catturi i radicali liberi lo

dobbiamo attivare. Lo si attiva mediante un enzima (glutatione reduttasi) che usa il

NADPH per generare due molecole di glutatione attivo.

Alcuni individui non riescono a mantenere nelle loro cellule adeguati livello di glutatione

ridotto perché gli manca l’enzima chiave ovvero la glucoso-6-P dh che consente di

avviare il sistema per la produzione di NADPH dal glucosio. Questo causa che i radicali

liberi sono in grado di andare in giro e danneggiare le membrane cellulari (favismo). 48

IL CICLO DI KREBS

cap.5

È un evento del catabolismo in anaerobiosi per la produzione e lo sviluppo di energia e

rifornimento di altre vie metaboliche (es: il citrato è utilizato come base negli ormoni e dei

trigligeridi).

E definito Si realizza

anche come ciclo degli acidi tricarbossilici o ciclo dell'acido citrico.

all’interno del mitocondrio più precisamente nella membrana mitocondriale e si parte dal

piruvato ossidandolo completamente, trasformando i C in anidride carbonica e

trasformando gli H in molecole di acqua; tutto questo prende il nome di combustione

controllata del piruvato.

Per prima cosa bisogna far passare il piruvato dal citoplasma allìinterno del

1) mitocondrio mediante uniporto (entra solo piruvato) mediante trasporto passivo in

quanto nel mitocondrio il piruvato ce ne poco.

All’interno del mitocondrio il piruvato viene attaccato da un complesso del

2) piruvato deidrogenasi che permetterà al CoA di attarsi al piruvato. Questo

complesso è composto da 3 tiversi tipi di enzimi presenti in numero diverso che

comporta la velocità della reazione. Di quelli veloci ce ne sono pochi e quelli più

lenti ce ne sono di più (come una catena di montaggio. Il vantaggio sta nel fatto che

se si produce un intermedio di reazione non ha la necessità di lasciarlo in giro, ma

completa la sua formazione mentre è ancora ancorato sulla molecola proteica.

2a) per far attaccare il piruvato al CoA si usano tre coffattori presenti nel

complesso. Il primo è la tiamina (coffattore di tutte le reazioni di decarbossilazione)

che fa una reazione di decarbossilazione formando un aldeide.

2b) il secondo coffattore è il didrolipoil trans acetilasi facendo ossidare l’aldeide

trasformandolo in un carbossile mandando i due elettroni sulla molecola non

protonata (acido lipoido) che si attacca ad un residuo di lisina della struttura

quaternaria del complesso trasformando il C che si attacca all’anello creando un

legame instabile (legame tio-estere) trasferendo il carbonio carbossilico al CoA. Il

legame tioestere è un legame altamente istabile.

2c) l’acido lipoico ridotto lo devo portarlo alla forma ox per poterlo utilizzare e lo

faccio mediante il 3° coffattore del complesso tramite del NAD che verrà ridotto

tramite un altro cofattore che deriva dalla riboflavina (vit B2) che prende il nome di

didrolipoil di idrogenasi.

Il risultato è che da piruvato e CoA otteniamo acetilCoA + 1 CO2 + 1 NAD redx

Tutta questa sequenza si svolge nel all’interno del mitocondrio perché all’interno si

smontano molecole per creare energia (catabolismo) mentre al di fuori si montano

molecole per crearne di nuove (anabolismo).

L’acetilCoA condensa in ossalacetato (chetoacido) creando un legame C-C con

3) formazione di citrato (acido tricarbossilico) apparentemente simmetrico (è 49

prochirale e quando va interagire con qualche cosa deve agire in un determinato

modo) lasciando il CoA tramite l’enzima citrato-simtetasi.

Il citroato poi viene disidratato e poi reidratato creando così un isomero (iso citrato

4) con l’ossidrile spostato) tramite l’acolitasi che ha un centro metallico che consente

di orientare il citrato nel senso giusto.

Questa molecola particolare è composta da 4 ferri e da 4 zolfi che, mendiente 3

ferri e le cisteine della proteina si tiene tutto insieme. Il quarto ferro si lega al

substrato.

L’isocitrato va in contro ad una ossidazione che comporta troppe cariche negative e

5) questo comporterà una eliminazione di una molecola di anidride carbonica

(decarbossilazione ossidativa e NADH).

N.B: il NAD all’interno del mitocondrio non ha interazioni con il NAD al di fuori.

Quello che ci rimane è un α-chetoglutarato (α-cheto acido) e assomiglia molto al

6) piruvato ma è di dimensioni più grosse. Subisce la stessa sorte del piruvato; gli

viene attaccato il CoA facendo perdere una molecola di anidride carbonica e NADH,

ma con un enzima diverso perché il substrato è diverso. Adesso abbiamo un

carbossile (tioestere) sulcinilCoA.

Come prima questo legame non è stabilizzato da risonanza allora un enzima

7) reagisce ed utilizza quella energia per formare ATP (fosforilazione a livello del

substrato): un enzima (tiochinasi) accoppia l’idrolisi del legame alla formazione di

un legame anchesso instabile presente nell’ATP ottenendo l’acido succinnico.

Si rimuove altri due atomi di C tramite il succinato deidrogenasi formando un

8) doppiolegame in conformazione trans (acido fumorato).

Il succinato deidrogenasi è affondato nella membrana mitocondrialee usa il FAD

invece del NAD.

Le caratteristiche del FAD (coffattore flavinici) possono strappare 1 elettrone oppure 2

formulando reazioni redox mono o bioelettroniche.

Non tutte le specie possono uscire o entrare dal mitocondrio; quelle che non passano dalla

membrana sono:

Molecole grosse

- Molecole cariche

-

Somme energetiche:

1 AcetilCoA  2 CO2 + 3 NADH + 1 FADH + 1ATP

Quindi è uno smontaggio incompleto:

3 CO2 + 4 NADH + 1 FADH + 1 ATP

Quali sono i punti di regolazione di questa serie di eventi?

Piruvico deidrogenasi: regolato dallo stadio di

- energia della cellula mitocondriale. Poca energia

stimola la produzione, ma tanta ATP è inibito ma è

anche inibito dai suoi prodotti (acetilCoA e NADH).

Isocildeidrogenasi (isocitrato  αchetoglutarato):

- questa reazione è stimolata dal ADP ma è

rallentata dal NADH.

L’α-cheto-deidrogenasi: inibita dai suoi prodotti

- Succinatodeidrogenasi (malato  ossalato):

- questa reazione è inibita dall’ossal-acetato e

l’NADH 50

Ossal-acetato: molecola chiave perché consente l’ingresso nel cilco di krebs

- dell’AcCoA (quindi se questa molecola non è presente non può partire neanche il

ciclo), ma se ce n’è troppo rispetto al flusso dei metaboliti in circolo il flusso si

ferma.

L’ossal-acetato insieme al succinil-CoA sono le uniche molecole che non possono uscire

dal mitocondrio.

Le due molecole di CO2 corrispondono ai due carboni eliminati dalla molecola di piruvato.

L’energia diretta se n’è prodotta solo 1 molecola di ATP nella reazione dell’idrolisi del

legame tioestere. Il resto dell’energia non è stata buttata, ma depositata in energia chimica

come coenzimi ridotti (5 NADH e 1 FADH2).

N.B: per far avvenire i bilanci di energia giusti devo moltiplicare tutto per due perché da

unma molecola di glucosio ottengo due molecole di piruvato. 51

TRASPORTO DEGLI ELETTRONI E LA

FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA

cap.6

L’accettore finale di elettroni della fosforilazione ossidativa è l’ossigeno molecolare che

viene ridotto ad acqua e serve per ricavare ulteriore energia sfruttando la differenza di

potenziale elettrochimico che esiste tra il NADH e l’ossigeno (il NADH ha un potenziale

molto basso mentre l’ossigeno lo ha molto alto). Il salto di energia potenziale è di circa 1,2

W.

Abbiamo a disposizione energia elettrica e la vogliamo trasformare in energia chimica;

mediate la seguente formula si può calcolare quanta energia si può produrre:

ΔG = -n f ΔE

Dove:

n = nà di elettroni (in questo caso sono 4)

f = costante di conversione (200Kj)

ΔE = salto dipotenziale che ho a disposizione (tensione della batteria)

Da questa ossidazione si possono ricavare 240 Kj, energia sufficiente per creare 5/6

molecole di ATP.

Il fattore che converte l’energia elettrica ad energia chimica è la catena di trasporto

mitocondriale degli elettroni.

Questo salto è molto grosso per essere preso così com’è; per questo motivo viene

frazionato in altri salti intermedi (esempio acqua dal ghiacciao che scende a valle; per

creare energia non si utilizza solo una centrale eletrrica a fondovalle, ma tante collocate a

diverse altezze perché non esistono tubi che possono sostenere certe pressioni).

Con il frazionamento si evitano reazioni che non centrano, si gestisce meglio il salto e si

sfrutta la disposizione topologica dei singoli elementi della catena sulla parte interna della

membrana mitocondriale.

Per far avvenire tutto questo si usano 4 complessi proteici e due trasportatori di elettroni

liberi.

Ciascuno di questi complessi ha un compito ben specifico:

1° complesso (NADH deidrogenasi): trasferisce gli elettroni dal NADH a un

- composto chiamato ubichinone –complesso 2°- (1 protone contine riboflavina e 1

contine ferro).

2° complesso (succinico deidrogenasi): è l’unico enzima che è ancorato alla

- membrana mitocondriale con altre due proteine accessiore che lo modificano

(coenzima Q e citocromo C).

3° complesso (citocromo reduttasi): è composto da 72 proteine diverse.

- 52

4° complesso (citocromo ossidasi): accumula gli elettroni che arrivano e li fa

- reagire con l’ossigeno molecolare riducendolo a molecola d’acqua.

5° complesso (ATPasi mitocondriale): complesso accessorio che si occupa della

- fabbricazione dell’ATP.

Le proteine accessorie citate prima sono:

Coenzima Q: piccola e liposolubile situata nella regione a palizzata della

- membrana mitocondriale. L’ubichinone (coenzima Q) è un benzochinone con lunga

catena isoprenoide. Il coenzima Q può accettare un elettrone e un protone (trasformandosi

in radicale semichinonico) oppure due elettroni e due protoni (riducendosi completamente a

ubichinolo QH ). Il coenzima Q è di piccole dimensioni e di natura idrofobica, pertanto può

2

diffondere liberamente nel doppio strato lipidico della membrana mitocondriale interna

fungendo da ponte tra i trasportatori di elettroni.

Citocromo C: sono proteine contenenti un gruppo eme. Si lega alla superficie esterna della

- membrana mitocondriale interna. Nei citocromi l’atomo di ferro del gruppo eme può

2+ 3+

assumere stati di ossidazione Fe o Fe .

Proteine ferro zolfo:

- contengono ferro associato ad atomi di zolfo [FeS].

- 53

Che strade percorrono gli elettroni?

Il primo complesso, nel quale è presente la flavin-mono-nucleotide, riduce il NADH

1) un NAD+ facendo fuoriuscire 2 protoni e due elettroni grazie al ferro che si riduce.

passano al coenzima Q.

Il coenzima Q farà da trasportatore per il terzo complesso complesso

2)

mitocondriale Si può trovare sotto tre forme: Q , Q e Q. quest’ultimo è quello che si

10 H2

trova ancorato nella membrana mitocondriale ed è un accettore e donatore di elettroni

(possono prendere –red- elettroni senza dover cedere protoni o viceversa) e ci consente di

sisaccoppiare e accoppiare il trasporto degli elettroni/protoni. Queste ultime due cose lo

può fare anche il complessi 1.

Contengono anche centri (a cuscinetto o a caramella) per il ferro e lo zolfo

dando così il caratteristico color marrone ai mitocondri.

DOMANDE BIOCHIMICA I

Quali sono le forme di energia la cui interconversione caratterizza i sistemi

1. biologici?

Le forme di energia che caratterizzano i sistemi biologici hanno come energia di base

l’energia CHIMICA dalla quale tramite delle reazioni biologiche si trasforma in energia:

TERMICA (il corpo si mantiene ad una temperatura superiore di circa 15/17°

• rispetto alla temperatura ambiente), 54

MECCANICA (il corpo umano si muove grazie a delle reazioni che si instaurano nei

• muscoli),

ELETTRICA (il corpo umano invia degli impulsi in tutto il corpo),

• LUMINOSA (piante)

• INFORMAZIONALE (duplicazione cellulare)

Il 40% dell’energia che un organismo consuma è sottoforma di energia informazionale.

Tutte queste energie possono essere riconvertite in energia chimica tramite altri processi

biologici.

Qual è la principale peculiarità termodinamica di un sistema vivente?

2.

La principale peculiarità termodinamica di un sistema vivente è l’omeostasi, ovvero la

capacità di mantenere caratteristiche chimico-fisiche interne diverse da quelle

dell’ambiente circostante con il quale si hanno flussi di energia e materia. In ogni caso le

trasformazioni biochimiche non sono mai all’equilibrio (ΔG mai nullo), come del resto

affermano le prima due leggi della termodinamica (mai efficienza del 100%).

Come viene controllata la concentrazione delle specie chimiche in un sistema

3. vivente?

Per controllare la concentrazione delle specie chimiche in un sistema vivente ben lontano

dall’equilibrio, dipende sia dalle proprietà delle specie, sia dalla velocità delle reazioni e in

fine dagli enzimi che sono una specie di rubinetti che permettono di chiudere il flusso per

un determinato vaso oppure aprirlo da una’altra parte (es. pompa sodio potassio)

A B C D A B C D

E Cosa si intende per “energia informazionale”?

4.

Per energia informazionale si intende uno dei tanti modi in cui un sistema vivente

interconverte l’energia chimica mediante processi reversibili; tale energia è associata ad

esempio alla trasmissione o ricezione di messaggi intra e intercellulari o alle duplicazioni

cellulari; così facendo un organismo consuma il 40 % dell’energia chimica totale.

Quanti e quali legami ad idrogeno si possono formare tra una funzione

5. aldeidica e l’acqua?

Si possono formare 4 legami idrogeno:

Il primo legame tra l’ossigeno del gruppo aldeidico intaccando il legame pi-greco (l’acqua

fa da donatore). 55

Il secondo legame che si forma è quello con l’idrogeno del gruppo aldeidico con i due

elettroni dell’ossigeno dell’acqua. In quest’ultimo caso l’acqua fa da accettore.

L’acqua può formare altri due legami che si andranno a legare con il gruppo R.

Cosa si intende per legame idrofobico?

6.

Per legame idrofobico si intendono quelle forze di tipo entropico che consentono di

minimizzare il contatto dell’acqua, anche solo parzialmente, a quelle molecole che

prendono il nome di idrofobiche (non affini all’acqua). Queste interazioni si formano solo

quando la molecola idrofobica è immersa in un mezzo polare formando una specie di

gabbia che prende il nome di clatrato; il risultato è che lo stato d’ordine del sistema

aumenta e l’entropia diminuisce perché non ha formato nuovi legami chimici, ma ha solo

modificato quelli esistenti.

A cosa è dovuto il fatto che il punto di fusione e di ebollizione dell’acqua sono

7. di gran lunga più elevati di ogni altro composto?

Il fatto è dovuto dai legami idrogeno che si instaurano tra le varie molecole d’acqua; allo

stato liquido questi legami continuano a rompersi e a riformarsi con altre molecole

d’acqua. Di per se il legame H è debole, tuttavia tutti questi legami che si formano sono

forti insieme perché per far passare l’acqua allo stato di vapore bisognerebbe rompere tutti

questi legami in una volta sola fornendo molta energia, se no continuerebbero a riformarsi.

Mentre, nella fase cristallina, l’acqua non continua a formare legami, ma crea delle pile di

molecole d’acqua unite tra loro sempre da legami idrogeno, ma anche da altri legami

idrogeno che li tagliano perpendicolarmente distanziando le varie pile (diminuendo la

densità; max densità a 4°).

Tutti questi legami idrogeno sono molto facili da rompere perché ci vuole una bassa

energia ed è proprio per questo che hanno un punto di fusione e di ebollizione cosi alti.

L’acqua ha un elevatissimo calore specifico con elevato calore latente di fusione e di

ebollizione.

Per quali ragioni l’etanolo è miscibile con l’acqua ad ogni rapporto ponderale,

8. mentre la solubilità del n-butanolo non supera l’8% in volume?

La diversità dei due composti è dovuta dalla lunghezza della catena idrocarburica delle

due sostanze. La funzione ossidrilica dell’alcol si comporta come un R-OH, dove R

potrebbe essere metanolo, etanolo … fino al propanolo perché oltre ai 3 atomi di carbonio

in acqua non si scioglie più: ecco perché più è lunga la catena carboniosa e più è meno

polare la molecola e quindi immiscibile.

Disporre in ordine di idrofobicità crescente i seguenti amminoacidi: glicina,

9. glutammato, leucina.

I° Glicina III° Leucina

II° Glutammato

Quali sono gli idrossiaminoacidi e cosa gli distingue?

10. 56

Gli idrossiamminoacidi sono il risultato di una modificazione post tradizionale degli aa: essi

diventano così precursori di macromolecole fondamentali come i neurotrasmettitori.

Prolina idrossiprolina* (nel collagene)

Lisina idrossilisina* (nel collagene)

Tirosina tiroxina*

Serina idrossiserina (gruppo alifatico con alcol primario)

Treonina idrossitreonina (gruppo alifatico con alcol secondario)

Le prime due* si distinguono perché hanno un gruppo alcolico attaccato al carbonio

adiacente a quello che ha il gruppo amminico; mentre la tiroxina ha un’ulteriore gruppo

aromatico contenete iodio sulla catena laterale.

Consideriamo asparagina e glutammina, quale dei due ha carattere più

11. apolare e perché?

Entrambi gli aa hanno una natura polare: a livello atomico però il glutammina presenta un

atomo di C in più nella catena laterale, il che causa un livello di polarità minore rispetto

all’asparagina.

Quale sarà la carica approssimativa di una molecola di glicina a pH7?

12.

Considerando il PI di un aa, esso è quel punto nella scala del pH in cui le cariche positive

equivalgono a quelle negative, per cui l’aa avrà carica pari a zero. Man a mano che il pH si

abbassa aumentano le cariche positive, mentre se il pH si alza avremmo sempre più

cariche negative.

Quindi possiamo dire che la sua carica sarà negativa perché il pH è superiore al PI (per la

glicina è 6,06), mentre se il pH fosse stato inferiore al PI sarebbe stata carica

positivamente.

N.B: pH >PI molecola carica NEGATIVA

pH<PI molecola carica POSITIVA

Quale sarà la carica approssimativa di una molecola di istidina a pH7?

13.

La sua carica sarà positiva perché il pH è inferiore al PI (7,60).

Quali sono le caratteristiche geometriche di un legame peptidico?

14.

Un legame peptidico si crea mediante la eliminazione di una molecola d’acqua. Si crea tra

un gruppo carbossilico di un amminoacido e il gruppo amminoacidico dell’amminoacido

successivo.

Ogni proteina ha una parte ammino-terminale e carbossile-terminale.

Tutti gli amminoacidi hanno la possibilità di ruotare sul piano tranne la prolina; essa

impedisce l’impaccamento della proteina rendendola più attaccabile dagli enzimi (più

digeribile).

Questo legame è solitamente un legame singolo con una coppia di elettroni condivisa tra

due atomi, tuttavia con un semplice spostamento della coppia di elettroni è possibile

scrivere tale legame come doppio; il risultato è avere una molecola planare che crea 57

conseguenze nella struttura tridimensionale quando si avranno delle rotazioni attorno a

questo legame.

Spiegare perché l’acido acetico ha pKa = 4,75, il γ-COOH del glucosio ha pKa

15. = 4,3 e il β-COOH dell’aspartato è pKa = 3,9

Come si muoverà in un campo elettrico a pH 7 il dipeptide glicil-lisina?

16.

Dato che la lisina ha un PI: 9,74 sarà caricata positivamente (pH<PI) mentre la glicina sarà

caricata negativamente perché ha il PI: 5,97 (pH >PI). Dato che la lisina ha un notevole

eccesso di carica positiva il dipeptide si muoverà in direzione del polo negativo il tutto

mediato dalla piccola carica negativa della glicina.

Quale aa è più basico: arginina (pKa: 12,5) o lisina (pKa: 10,5)?

17.

Risulterà più basico l’arginina in quanto ha il PI più elevato della lisina e quindi si

avvicinerà più facilmente al polo negativo.

Perché le proteine nei semi vegetali sono ricche in glutammina e asparagina e

18. non in aspartato e glutammato?

Le proteina nei semi sono più ricche in glutammina e asparagina in quanto sono più “facili”

da utilizzare: al contrario degli ultimi due non attirano acqua e contribuiscono a mantenere

il seme come struttura quiescente (addormentata) e a parità di peso hanno il doppio di

azoto (fonte di nutrimento).

Quali eventi fanno si che la struttura tridimensionale di una proteina nella

19. cellula non corrispondono a quella determinata geneticamente?

L’ordine in cui vengono disposti gli aa è scritto nel DNA, ma molto spesso le proteina che

troviamo nel’organismo sono diverse da quelle scritte nei geni. I motivi possono essere

che le proteina abbiano subito una modificazione lungo il tragitto oppure vanno incontro a

processi di mutazione (modificazioni proteolitiche o post-traduzionali).

Quali interazioni stabilizzano gli elementi di struttura secondaria in una

20. proteina?

Le interazioni che stabilizzano gli elementi di struttura secondaria in una proteina sono i

legami idrogeno esclusivamente formati da atomi coinvolti nel legame peptidico. La

conformazione α-elica comporta la formazione di un cilindro in cui i legami H sono allineati

verso la stessa direzione e si formano tra il CO di un amminoacido e l’NH del 4° aa

successivo. Nella conformazione β-foglietto i legami H si formano con tutti gli amminoacidi

presenti. 58

In entrambi i casi più legami H vi sono e più è stabile e inoltre questi legami sono protetti

dai grupi R dalla penetrazione dell’acqua.

Perché la perdita di struttura secondaria non è, di solito, un fenomeno

21. progressivo, ma avviene tutto in un colpo?

Perché la struttura secondaria è stabilizzata da legami idrogeni che, come detto per

l’acqua, devono essere rotti tutti insieme, se no tenderanno a riformarsi. Per fare questo

c’è bisogno di tanta energia per essendo un legame debole.

Quali aa sono incompatibili con la conformazione di una struttura secondaria

22. ad α-elica?

Quelli incompatibili sono:

Glicina (non può allontanare l’acqua perché il suo gruppo R è un H e quindi

• l’attirerebbe)

Prolina (presenta un punto di rigidità)

• Aa ramificati (avendo più sostituenti sullo stesso carbonio β hanno una

• incompatibilità sterica)

Aa carichi (provocherebbero repulsioni elettrostatiche nel caso si trovassero vicini e

• di uguale carica)

Come si ripiega la struttura primaria per dare origine a foglietti β pieghettati?

23.

Si ripiega a formare dei punti di flesso dei Cα dei punti di flesso, e si costituiranno quindi

delle piastre messe parallelamente le une alle altre in regioni della sequenza distanti tra

loro. In tale formazione non tutti i CO e NH vengono usati. Se le catene polipeptidiche

corrono tutte nello stesso verso si forma un β-foglietto parallelo; mentre se le catene

hanno versi diversi si formeranno dei β-foglietto antiparallelo.

Elencare le ragioni per cui il legame di metalli può stabilizzare la struttura

24. terziaria di una proteina.

La può stabilizzare in quanto fa avvicinare due strutture secondarie con carica uguale che

altrimenti si respingerebbero.

- - - ++ -

Es: COO COO con un metallo diventa: COO Ca COO

Per quale regione gli aa carichi sono di norma sulla superficie esterna di una

25. proteina?

Stanno sulla superficie esterna in quanto sono in grado di interagire con l’acqua. Se

presenti all’interno della struttura proteica potrebbero denaturare la proteina richiamando

dell’acqua al suo interno, mentre stando sulla superficie proteggono i legami idrogeno che

stabilizzano la struttura secondaria oppure i gruppi idrofobici all’interno del core.

Cosa si intende per core idrofobico?

26. 59

Si intende quella zona di natura idrofobica inaccessibile al solvente che si costituisce

all’interno della struttura terziaria di una proteina, grazie alle catene laterali apolari dei

residui aa che tendono a disporsi all’interno.

Cosa si intende per dominio?

27.

Il dominio è una organizzazione di una parte della catena proteica della struttura terziaria

che si ripiega in modo indipendente a costituire una struttura super-secondaria ripetitiva

(diverse modalità di contatto tra le strutture secondarie motivi). I domini, e di

conseguenza le proteine che li contengono e che rappresentano conformazioni simili sono

associati ad una particolare funzione anche se non si riesce completamente a predire la

funzione biologica della proteina.

Con quali meccanismi può avvenire il processo di folding proteico?

28.

Esso è un processo di ripiegamento che porta la proteina della struttura primaria a quella

terziaria. Si suddivide in spontaneo e assistito.

Nel primo la proteina acquista spontaneamente una struttura di ordine superiore, mentre

nel secondo caso la proteina è facilitata a ripiegarsi tramite delle particolari proteine

chiamate Chaperones che si possono trovare nel nucleo e nel citoplasma.

Elenca i tipi di legami che contribuiscono alla solubilità della struttura del

29. collagene.

Il collagene è organizzato in strutture molto resistenti insolubili in acqua. La fibra del

collagene consiste di tre catene polipetidiche avvolte l’una all’altra con una torsione a tripla

elica dove ogni catena p costituita da prolina-glicina o idrossiprolina-glicina. La tre singole

catene sono diverse dall’α-elica e sono dette tropocollagene. L’intera struttura è

stabilizzata da legami longitudinali e trasversali:

i legami longitudinali sono legami covalenti sia intra che intermolecolari tra i residui di lisina

e istidina (più legami longitudinali sono presenti e più è solida la struttura), mentre i legami

trasversali sono legami idrogeno tra residui di idrossiprolina e idrossilisina. L’enzima che

idrolizza la prolina richiede l’acido ascorbico, ed ecco perché una sua carenza determina

lo scorbuto con conseguente fragilità del collagene.

Cosa si intende per “disolfide exchange”?

30.

O scambio di disolfuri è un processo che porta al ripiegamento corretto della struttura

proteica che si era avvolta in modo non funzionale. Tra le proteine che aiutano il folding si

ha la PDI (disolfuro isomerasi), la quale provoca uno scambio di disolfuri ovvero

isomerizza dei ponti disolfuro mediante funzioni tioloche che rompono e li spostano nella

posizione corretta (il numero di ponti non varia e il numero di ossidazione rimane uguale).

Quali forme di energia sono coinvolte nel funzionamento delle molecole

31. Chaperones?

Tali proteine operano il folding assistito andando ad attaccare lo stato di conformazione

delle proteine: esse sono strutture sopramolecolari formate da struttura quaternaria e

presenti nel nucleo e nel citoplasma. 60

Sono anche definite come traduttori di energia in quanto la arte più alta di tele proteina

ruota consumando energia chimica trasformandola in energia meccanica che a sua volta

si trasformerà in energia informazionale modificando la conformazione e quindi la funzione

della proteina.

Come viene trasportata l’anidride carbonica dai tessuti periferici ai polmoni?

32.

L’anidride carbonica viene trasportata grazie al fatto che la pressione parziale di essa nei

tessuti periferici è maggiore di quella nel sangue arterioso. Essa si diffonde in tre modi:

Una piccola parte è disciolta

• Una parte è legata all’emoglobina tramite un legame carbaminico che forma la

• carboemoglobina

Una parte penetra nel globulo rosso: l’enzima amidrasi carbonica catalizza la

• reazione di idratazione a formare acido carbonico che si dissocerà in ione idrorgeno

e ione bicarbonato il quale fuoriesce dal globulo rosso nel plasma in cui verrà

scambiato con ione cloro da un aproteina trasportatrice; lo ione idrogeno viene

tamponato dall’Hb. In seguito essendoci una ossigenazione nei capillari alveolari ci

sarà una acidità dell’Hb che rilascia ioni H+ con il conseguente rilascio per reazioni

opposte di acqua e anidride carbonica.

Com’è ancorato il gruppo EME alle proteine trasportatrici d’ossigeno?

33.

le proteine trasportatrici d’ossigeno sono l’emoglobina (4 subunità = 2 catene α e 2 catene

β) e la mioglobina (singola catena) entrambe stabilizzate dalla presenza di legami

idrogeno della struttura.

All’interno vi sono dei residui apolari che creano una tasca idrofobica nella quale è inserito

un gruppo prostetico (gruppo EME) che è tenuto in posizione ribaltata da interazioni

idrofobiche tra il proprio anello e le catene laterali della proteina. Il gruppo EME interagisce

2+

con due residui polari di istidina e con l’ossigeno tramite uno ione metallo Fe . Intorno allo

ione metallo vi sono 4 anelli pirrolici che formano una struttura planare. Il ferro ferroso

forma 6 legami di coordinazione:

4 con i 4 anelli che costituiscono il gruppo EME

• 1 con l’istidina che mantiene capovolto il gruppo EME

• 1 con l’ossigeno

• In quale stato di ossidazione deve necessariamente essere il ferro perché

34. l’emoglobina e la mioglobina possano legare ossigeno?

Il ferro deve essere necessariamente sottoforma di ferro ferroso (2+) per far si che la

proteina sia funzionale.

In quale forma chimica è legato l’ossigeno alle molecole di emoglobina?

35. Qual è il significato fisiologico del rilascio facilitato d’ossigeno

36. dall’emoglobina a basso pH?

Tale significato è legato al fatto che più il muscolo è attivo e più brucia energia e quindi

tanto più alto dovrà essere il rilascio d’ossigeno; si ha infatti nei muscoli attivi un

abbassamento di pH dovuto all’immissione di anidride carbonica come prodotto della

glicolisi aerobia. Tale abbassamento di pH (acidificazione del sistema) porta alla 61

protonazione delle estremità N-terminali e dei residui di istidina che stabilizzano il trasporto

di ossigeno: la conseguenza è il rilascio facilitato di ossigeno.

Indicare quale reazione collega la velocità iniziale di una reazione enzimatica

37. alla concentrazione di substrato

È la reazione di Michaelis-Menten che descrive la velocità di una reazione catalizzata da

enzimi al variare della concentrazione del substrato:

V = Vmax x (S/S x Kd)

Indicare quali sono le variazioni di S e P in funzione del tempo nel corso di

38. una reazioni enzimatica

Indicare qual è l’enzima più efficiente tra A Kcat/Km = 100 e B = 10

39.

L’enzima più efficiente è A perché ha l’efficienza catalitica maggiore che è dovuto da un

Kcat alto e un Km basso.

Indicare come varia la velocità iniziale di una reazione enzimatica in funzione

40. della concentrazione di enzima.

La velocità aumenta sia nel caso che l’enzima sia più affine al substrato e sia nel caso che

la concentrazione di esso aumenti:

Qual è l’effetto di un catalizzatore sulla variazione di energia libera associata

41. alla reazione catalizzata?

Un catalizzatore abbassa l’energia di attivazione e non l’energia libera (ΔG). 62

Come varia l’attività di un enzima in funzione del pH?

42. Il pH deve essere in un valore ideale per l’enzima; più il pH sale e più aumentano i

gruppi deprotonati e viceversa e questo crea un grafico a campana dove di ha

l’optimum di pH nella parte più alta:

Quali sono le modalità di un inibitore competitivo?

43.

Gli inibitori sono proteine che modificano l’attività catalitica di un enzima: ci sono inibitori

competitivi e inibitori non competitivi.

I primi rallentano l’attività dell’enzima perché al sito catalitico si lega l’inibitore stesso prima

del substrato. Quelli non competitivi si possono legare contemporaneamente al substrato

su un altro sito catalitico dell’enzima oppure si lega per primo facendo così modificare il

sito catalitico per il substrato.

Indicare quale sia l’enzima più stabile, date le costanti di velocità della

44. reazione di inattivazione: A: 10min-1 B: 10 sec-1

Il B Perché valori estremi di pH possono portare all’inattivazione irreversibile di

45. enzimi?

Perché più il pH sale e più aumentano i gruppi deprotonati e viceversa e se il pH è molto

elevato o molto basso queste trasformazioni possono essere irreversibili perché si crea

una sorte di equilibrio.

Qual è in minuti il t per l’inattivazione di un enzima, data una costante di

46. ½

-1

velocità di 0,696 sec ?

Dato che gli enzimi usano una reazione di inattivazione di primo ordine, la formula da

utilizzare è:

t = ln 2 / v

½ 63

Cosa si intende per denaturazione all’interfaccia?

47.

Per denaturazione all’interfaccia è un processo tecnologico nella quale non si vuole

stabilizzare la struttura per ottenere un emulsione o una schiuma esempio l’estrazione

dell’olio che alzo la temperatura per non rallentare il sistema, anzi lo aiuto, ma se alzo

troppo la temperatura per proteine potrebbero aprirsi e creare dei clatrati e stabilizzare il

sistema.

Quali sono i fattori che stabiliscono una schiuma?

48.

In questo sistema le proteine anfifiliche (con parte polare e parte apolare) svolgono

un’azione che stabilizza perché la lamina è la fase polare e l’aria la fase gassosa; perciò le

proteine si dispongono con la loro parte idrofobica verso la fase non polare (aria) e le

regioni polare verso la fase acquosa (lamina).

Senza le proteine il sistema sarebbe instabile perché l’aria evaporerebbe molto

velocemente e scorrerebbe verso i punti nodali , ma con la presenza delle proteine questo

non avviene perché l’acqua è associata ad esse rendendo il sistema più viscoso.

Quale tipo di residui amminoacidici è presente sulla superficie di una proteina

49. in grado di legare stabilmente molecole apolari?

Come si spiega il fenomeno del salting-in?

50. Come si può notare dal grafico a bassa forza ionica si ha una bassa solubilità, ma

aumentandola la solubilità sale: questa fase di questo grafico si chiama salting in 

la solubilità cresce all’aumentare della concentrazione salina.

Ma se la forza ionica aumenta si va incontro al salting out: tutte le cariche della

proteina vengono schermate e quindi ritornerà ad riaggregarsi (in natura non

succede mai).

In che modo l’attività degli enzimi condiziona il flussi di metaboliti in una

51. cellula?

I prodotti del nostro metabolismo, i metaboliti, sono il risultato di reazioni chimiche che

avvengono all’interno delle nostre cellule. Le reazioni chimiche sono catalizzate ognuna da

specifici enzimi i quali possono favorire o meno la reazione. Tali enzimi possono essere

effettori positivi o negativi e quindi inibitori competitivi o non competitivi.

Gli enzimi si classificano in ossidoreduttasi, tranferasi, idrolasi, liasi, isomerasi, ligasi, e

altri ancora.

Oppure mediante l’attivazione a cascata. 64

Quali agenti denaturanti alterano la struttura primaria di una proteina?

52.

Gli agenti che denaturano la struttura primaria sono agenti biologici (come enzimi) oppure

si può denaturare tramite i raggi gamma che colpiscono solo l’acqua e le proteine

rimangono quasi intatte causando solo modificazioni al contenuto microbico dell’alimento.

L’acqua si rompe formando dei radicali che sono i pochi composti che riescono ad alterare

la struttura primaria delle proteine rompendo il legame peptidico causando anche

l’ossidazione dei gruppi sulle catene laterali.

Quali residui amminoacidici sono responsabili del legame degli ioni di metalli

53. pesanti?

Questi tre metalli pesanti li accomuna la loro tiofilicità (amici dello zolfo) reattivi nei

confronti dello zolfo grazie a delle funzioni tioliche sulla proteina si creano dei legami

irreversibili.

Cosa si intende per reazione di Fenton?

54.

Si intende la reazione con ferro o rame e le proteine che catalizzano la formazione di

specie attive dell’ossigeno (ROS): queste reazioni reagisce con l’ossigeno facendo

ossidare il ferro e l’ossigeno si riduce.

Che cosa si intende per regolazione a feed back?

55.

Si intende un controllo a retroazione su di un processo grazie al quale si riesce a

raggiungere un controllo uniforme del nostro metabolismo semplicemente controllando

solo una delle tappe fondamentali ovvero il controllo circoscritto solo ad un enzima

all’inizio della reazione. Un classico esempio è come una eccessiva concentrazione di

ossalato nel ciclo di krebs porti ad una inibizione dell’enzima succinato deidrogenasi.

Per quali ragioni è conveniente usare enzimi a scopi di analisi degli alimenti?

56. Sono molto importanti per ottenere dei prodotti (formaggi yogurt ecc…)

• Sono dei marcatori di processo

• Sono utilissimi strumenti analitici per fare analisi sugli alimenti grazie alla loro

• caratteristica di specificità e grazie allo spettrofotometro posso riconoscere dei

composti molto simili ad altri in soluzioni complesse.

Quali sono le principali classi di proteine ematiche?

57. mioglobina: si trova all’interno del muscolo e cattura e accumula l’ossigeno che

• serve per sopportare lo sforzo aerobio. Ha una forma monomerica.

Emoglobina: porta l’ossigeno al muscolo e ha una forma oligomerica (struttura

• quaternaria tetramero α2 e β2

Cosa si intende per struttura a mosaico fluido?

58. 65

Per struttura a mosaico fluido si intende la struttura che caratterizza la membrana

cellulare. Essa è composta da fosfolipidi che permettono il movimento delle proteine

incastrate al loro interno. I fosfolipidi possono anche loro “muoversi”; più precisamente si

possono diffondere in maniera trasversale (molto lenta) o in maniera laterale (più rapida).

Qual è il significato del termine antiporto?

59.

È un metodo di trasporto mediato attivo da delle proteine specifiche. Avviene anche contro

gradiente, ma avviene solo se per ogni specie chimica che entra ne esce un’altra.

Altri tipi di trasporto sono l’uniporto e il simporto.

Qual è il ruolo dei glicolipidi sulla superficie delle cellule?

60.

Sono composti molto importanti; sono sfingolipidi ovvero senza glicerolo e portano la

dichiarazione della funzione della cellula stessa: ovvero sono volti al riconoscimento tra

cellule e evitano quindi, nel caso di errore di informazione, l’avanzare di tumori. Essi

hanno anche una funzione antiribaltamento per proteine integrali di membrana.

Quale peculiarità distingue gli sfingolipidi dai fosfolipidi?

61.

Gli sfingolipidi sono formati da una molecola di sfingosina e da un ammino alcol (non c’è il

legame estere) a lunga catena insatura. I fosfolipidi sono formati da una molecola di

glicerolo cui sono esterificati due acidi grassi e il terso ossidrile è esterificato un fosfato:

questa molecola ha una natura anfifilica (sia idrofobica che idrofila).

Citare un esempio di fosfolipide privo di carica netta

62.

Il fosfolipide è l’acido fosfatidiletanolammina.

In quali acidi grassi è ricca la parete di olio d’oliva che non congela quando la

63. temperatura scende?

La parte che non congela quando scende la temperatura è ricca di acidi grassi saturi.

Cosa si intende per trasporto contro gradiente?

64.

Il trasporto attraverso le membrane cellulari può avvenire per diffusione o per trasporto: il

primo è possibile grazie al fatto che la membrana è semipermeabile; cioè permette il

naturale passaggio di componenti (es: molecole liposolubili) secondo il gradiente di

concentrazione.

Tuttavia la membrana, dividendo due ambienti a concentrazione differente, deve essere in

grado di mediare il trasporto di qualsiasi sostanza, anche se essa diffonde secondo

gradiente: essa fa uso quindi di proteine di trasporto. Il trasporto contro gradiente, mediato

da proteine specifiche, è quindi attivo, cioè consuma ATP (es: ioni Na+).

METABOLISMO cap.1 66

1. Cosa si intende per reazioni accoppiate?

Le reazioni accoppiate sono degli espedienti usati dal nostro metabolismo per permettere a reazioni

termodinamicamente sfavorevoli (non spontanee) grazie all’azione simultanea di una reazione più

semplice di cui si sfrutta l’energia. Es: idrolizzazione dell’ATP (spontanea) con la fosforilazione del

glucolsio (più complessa) usando come catalizzatore lo stesso enzima per le due reazioni.

2. Quali caratteristiche chimiche fanno dell’ATP una molecola instabile?

La geometria di una molecola di ATP è la seguente:

I legami fosfoanidridici sprigionano una grande quantità di energia grazie alla loro rottura mediante

idrolisi. L’instabilità della molecola è dovuta dal fatto che i gruppi fosfato sono tutti carichi

negativamente e quindi una volta perso un Pi, non hanno nessuna intenzione di riacquistarlo grazie

al ∆G fortemente negativo.

L’ATP è anche una molecola a pronto utilizzo vuol dire che non è accumulabile dal nostro

organismo.

3. Come si differenziano il NAD+ e il NADH dal punto di vista strutturale e funzionale?

Il NAD+ è un agente ossidante; ruba due elettroni e due protoni trasformandosi in NADH.

Il NADH ed è un cofattore che permette di far avvenire delle reazioni in simultanea (es: ossidazione

e fosforilazione).

La parte attiva delle due molecole è il nicotin-ammide; molecola che l’organismo non sa fabbricare,

quindi adotta due sistemi:

Assume con la dieta: con al vitamina B1

• La fa fabbricare dai nostri simbionti: vivono alle spese di quello che noi scartiamo e

• si trovano nel nostro tratto digerente e ve ne sono in molte quantità.

La differenza strutturale sta proprio in quella ammide che nel NAD+ porta una carica

positiva nel suo anello aromatico mentre nel NADH no:

Perché il rilasio di una molecola di fosfato da ATP produce 7,3 kcal/mol,

4. mentre il rilascio di un fosfato dal GLu-6-P solo 1,4 kcal/mol?

Rompendo un legame fosfato dell'ATP si ottiene ADP che conserva comunque un legame alto

energetico in grado di fornire altra energia.

Per formare la molecola G6P viene utilizzata una molecola di ATP formando un legame estere

fosforico con il glucosio. Dalla successiva rottura del G6P otterro' sempre dell'energia ma in forma

minore paragonata alla rottura di ATP perchè avro' utilizzato prima dell'energia per creare la

molecola.

5. Dati i valori di E ordinare le semicelle in base al loro potere ossidante: Fe 0,4V; Cu

0

0,2V; Ag 0,11V.

In teoria più è basso il valore di E e più tenderà ad ossidarsi quindi: Ag, Cu, e Fe.

0 67

6. Che cosa determina la carica energetica di una cellula?

Essa è determinata dalla quantità di legami anidrici presenti nella cellula: i legami anidri dici

possono essere attaccati dalle chinasi che sono quegli enzimi che staccano un o più gruppi fosfato

dalla molecola di ATP.

La carica della cellula la si calcola mediante questa formula:

Avrà un massimo di 2 (quando ho solo ATP) e un minino di 0 (quando non ho molecole alto

energetiche). In poche parole definisce quanta energia protonabile spendibile c’è nella cellula. 68

GLICOLISI cap.2

7. Quali sono gli effettori (positivi o negativi) dell’enzima che catalizza la conversione di

fruttosio 6 P in Fruttosio 1,6P?

L’enzima che catalizza la reazione F6P in F1,6P è la FOSFOFRUTTOCHINASI, un enzima

regolato allo stericamente e si serve di una molecola di ATP. E’ attivato dall’AMP poiché significa

che la cellula necessita di energia, mentre è regolato negativamente dall’ATP, poiché una grande

concentrazione di questa molecola vuol dire che la cellula ha una grande quantità di energia da

spendere.

8. In quali reazioni della glicolisi si ha una fosforilazione a livello del substrato?

La fosforilazione a livello del substrato si ha quando è presente un recupero di energia, cioè quando

da molecole di ADP se ne ottengono altrettante di ATP. Nella glicolisi questo recupero si ha in due

reazioni: la 7 e la 9, cioè quando dall’1,3 bifosfoglicerato si ottiene 3 fosfoglicerato o ACIDO

FOSFOGLICERICO e quando, nell’ultima reazione, dal fosfoenol piruvato ADP si ottiene

PIRUVATO e ATP.

9. Quali caratteristiche chimiche fanno del fosfoenol piruvato una molecola instabile?

L’instabilità di questa molecola è dettata principalmente da due motivi: il primo è l’instabilità del

suo gruppo fosfato, infatti è legame più instabile che c’è in natura, la sua rottura spigiona tantissima

energia:90kj/n, il secondo è l’eccezionale stabilità del suo prodotto di idrolisi: il PIRUVATO.

10. Come si può riossidare in condizioni anaerobie il NADH che residua dalla produzione

di piruvato da glucosio?

La glicolisi è caratterizzata da un consumo iniziale di 2 molecole di ATP e 2 NADH. Se queste due

ultime molecole non verranno riossidate non si potrà più produrre altro ATP (perché è uno degli

inibitori).

Lo possiamo fare con due vie: +

Aerobiosi: ci pensa l’ossigeno a riossidare il NAD

• Anaerobiosi (fermentazione omolattica): non essendoci ossigeno e dato che il

• muscolo continua a produrre ATP e piruvato, utilizziamo quest’ultimo (che si ridurrà

per la perdita di un protone) e ossiderà in NAD+. Da 1 Glu 2 acido lattico.

Anaerobiosi (fermentazione enolica): converte il glucosio in etanolo riossidando il

• +

NADH in NAD con formazione di anidride carbonica +

Queste due ultime vie sono molto sacrificanti perché sacrifica il NADH per avere NAD invece di

ossidare ancora il piruvato per ottenere altra ATP. 69

DEGRADAZIONE DI ALTRI ZUCCHERI

cap.2/b

11. Quali differenze in “rendimento energetico” si hanno considerando la glicolisi a partire

da glicogeno o da glucosio?

Il vantaggio che ha la cellula partendo dal glicogeno invece che dal glucosio è che se ricordiamo la

prima parte della glicolisi, la trasformazione del glu in glu-6-P in frutt-1-6-P comportava il consumo

di 2 molecole di ATP, ma se parto dal glicogeno non uso le due molecole di ATP e guadagno 3

molecole di ATP. È per questo che gli atleti mediante alcune diete riescono ad aumentare il

glicogeno nella massa muscolare che consente di ottenere energia pronta all’uso anche in

anaerobiosi. La resa energetica aumenta del 33%.

12. Quale legame viene rotto dalla β-galattosisidasi?

Questo enzima è un enzima inducibile cioè sintetizzato solo in presenza del suo substrato e con il

passare dell’età tende a sparire e in alcune popolazioni questo fatto è molto più marcato (neri).

Se il lattosio arriva intatto nell’intestino fermenta (grazie ai batteri che lo colonizzano) e creano mal

di pancia.

Questo enzima che ha come substrato il disaccaride lattosio, è in grado di ossidare il legame

glicosidico tra galattosio e glucosio, i monosaccaridi che formano il lattosio.

13. In cosa differiscono l’α-amilasi e la β-amilasi?

Nella degradazione dell’amido si distinguono enzimi che operano sulle porzioni lineari e

altri che operano sulle porzioni ramificate. Dei primi fanno parte l’α-amilasi (endoenzima)

che aggredisce la catena a metà della loro lunghezza; e la β-amilasi (esoenzima) stacca

due unità saccaridiche al libello del carbonio β perché la molecola si torce. 70

VIA DEI PENTOSO-FOSFATI cap.3

14. Quali sono i significati metabolici ella via dei pentoso fosfati?

La via dei pentoso fosfati è una alternativa alla glicolisi, dalla quale differisce per molti aspetti

importanti: nella glicolisi l’interesse è diretto verso la produzione di ATP, mentre qua si producono

dal glucosio zuccheri a 5 atomi di carbonio compreso il RIBOSIO, importante nella struttura degli

acidi nucleici. Un altro aspetto importante è la produzione di NADPH

(nicotrisammidedinuclotinfosfato), agente riducente nelle biosintesi, processi riduttivi. La via dei

pentoso fosfati è molto importante per i tessuti dove l’organismo si sta riproducendo, nel tessuto

adiposo, nei tessuti esposti ad ossidazione (fegato e globuli rossi).

15. A quali patologie è associato una deficienza G6PDH?

Una carenza di G6PDH, porta a carenza di NADPH, che può portare a sua volta all’anemia

emolitica, per la distruzione in massa dei globuli rossi. Infatti il NADPH è necessario nel ridurre il

peptide glutatione dalla forma di disolfuro alla forma di tiolo libera. I globuli rossi, non avendo i

mitocondri, dove avviene la maggior parte della reazioni redox, il glutatione assume un’importanza

fondamentale per le sue capacità redox (mantenimento dei gruppi sulfidrilici nell’emoglobina, di Fe

(II), capacità di reagire con i perossidi). FAVISMO: nelle fave è infatti presente una proteina che

inattiva la glucosio6-P deidrogenasi, nonostante le implicazioni dannose provoca anche una

resistenza alla malaria.

16. Che differenza c’è tra NADP e NAD?

La differenza sostanziale tra queste due molecole sta nel carbonio in posizione 2 sul quale nel NAD

vi ha un ossidrile alcolico mentre il NADP ha sempre un ossidrile, ma è esterificato da un gruppo

fosfato.

Questa piccola differenza permette agli enzimi che usano il NAD non usino il NADP o viceversa

perché il primo è utilizzato nelle vie cataboliche (trasformazioni di composti chimici in energia)

mentre il secondo è utilizzato per i processi anabolici (trasformazioni di energia per creare nuovi

composti). 71

PROCESSI ANABOLICI (gluconeogenesi)

cap.4

17. Che cosa fa una cellula animale per produrre fosfoenolpiruvato da acido lattico?

L’acido lattico è il prodotto della glicolisi anaerobia; esso è convertito in piruvato e poi in

fosfoenolpiruvato mediante reazioni appartenenti alla gluconeogenesi. Si ha acido lattico + NAD

(lattato deidrogenasi) ottenedo piruvato e NADH.

Successivamente il piruvato + ATP + CO2 + acqua + magnesio + biotina + AcetilCoA 

ossalacetato il quale non può attraversare la membrana mitocondriale; quindi si trasforma in malato

tramite il NADH per poter uscire dal mitocondrio. Nel citosol si ritrasforma in ossalacetato

mediante NAD e finalmente si reagirà con GTP e magnesio (fosfoenolpiruvato carbossilasi) 

fosfoenolpiruvato + CO2 + GDP.

18. Come si può evitare il ciclo futile a livello della interconversione tra fruttosio6P e

fruttosio 1,6P? (Com’è possibile attivare la degradazione del glicogeno e

contemporaneamente interrompere la sintesi?)

Nella glicolisi questa reazione è catalizzata dalla fosfofruttochinasi mentre la reazione inversa fa

parte della gluconeogenesi e viene catalizzata dalla fruttosio 1,6 bifosfatasi. Per evitare il ciclo futile

si fa riferimento agli effettori positivi e quelli negativi; l’ATP (cellula troppo carica e quindi si

mettono via le riserve energetiche) è effettore positivo per la fosfatasi, ma è un effettore negativo

per la chinasi mentre l’AMP (cellula necessita di energia) un effettore positivo per la chinasi e un

effettore negativo per la fosfatasi; inoltre il fruttosio 1,6P è un attivatore allosterico della chinasi ma

inibisce la fosfatasi.

19. Quale molecola funge da donatore di unità glucosidiche per la sintesi del glicogeno?

Quando c’è troppo glucosio in eccesso lo si condensa in molecole di glicogeno: il donatore è

l’uridindifosfatoglucosio (UDPG) derivante da una reazione catalizzata dalla UDPGpirofosforilasi

(glucosio 1P + UTP UDPG + pirofosfato). In seguito l’UDPG si lega ai residui di glicogeno

grazie alla glicogeno sintetasi che catalizza glicogeno residuo + UDPG glicogeno.

20. In che cosa consiste il meccanismo a cascata di risposta adrenalinica e come viene

prodotto l’AMPc?

Ogni ormone è in grado di attivare meccanismi che trasmettono il segnale semplicemente legandosi

al sito specifico della proteina trans membrana, senza entrare fisicamente nella cellula. Nel caso

dell’adrenalina, esso è un ormone endocrino che arriva alla cellula mediante stimolo dell’ipofisi;

esso si lega al sito specifico, modifica allostericamente la proteina e da il via ad una reazione a

cascata all’interno della cellula: delle proteine G (legate alla membrana interna) si staccano,

galleggiano sulla membrana, e sbattono contro l’enzima ademilato ciclai che prende un ATP e lo

trasforma in AMPc + pirofosfato.

L’AMPc è il messaggero intracellulare che propaga e amplifica il segnale derivante dalla

adrenalina. La chinasi A (sempre presente ma dormiente) si attiva con il legarsi del AMPc sulla sub

unità regolatrici, le quali permetteranno il distaccamento delle due sub unità catalitiche (attiva) che

andranno ad attivare a cascata altre proteine. 72


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DESCRIZIONE APPUNTO

Appunti di Biochimica generale per l'esame del professor Bonomi su: finalità delle trasformazioni chimiche negli organismi. Acqua come solvente e come agente strutturante.
Macromolecole biologiche informazionali e non-informazionali. Rapporti struttura-funzione, livelli di
organizzazione sopramolecolare e loro significato funzionale e fisiologico. Basi strutturali delle attività
catalitiche: enzimi e catalisi enzimatica, modalità di controllo. Aspetti termodinamici delle interconversioni
biochimiche. Principali vie metaboliche e loro regolazione: glicolisi e vie anaerobie; ossidazioni biologiche e
vie anaplerotiche; aspetti del metabolismo biosintetico e degradativo delle riserve cellulari e delle
macromolecole biologiche. Aspetti biochimici della regolazione del metabolismo, della correlazione tra vie
metaboliche, della regolazione dell'espressione genica.


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze e tecnologie alimentari
SSD:
Università: Milano - Unimi
A.A.: 2011-2012

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher stylerock87 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Biochimica generale e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Milano - Unimi o del prof Bonomi Francesco.

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