Biochimica (macromolecole, trasporto di membrana, emoglobina e mioglobina)

mercoledì 17 marzo 2021

Biochimica (prima parte esonero)

LEGAMI di valenza)

Atomo di carbonio= 4 elettroni nel suo ultimo livello (elettroni

STATO FONDAMENTALE

STATO ECCITATO: l’energia richiesta viene compensata dalla possibilità di formare

legami

IBRIDAZIONI: sp3, sp2, sp

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FORZA DI LEGAME: energia necessaria per rompere il legame e dipende dalla

distanza di legame, carica nucleare e numero di elettroni scambiati.

ENTALPIA: quantità di calore scambiata con l’esterno in una reazione che avviene a

pressione costante.

H= U + PV; Qp=ΔH

positivo: calore acquistato dall’ambiente

ΔH negativo: calore ceduto all’ambiente

ΔH

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LEGAMI

1. LEGAME COVALENTE:

polare apolare:

Può essere o polare se la differenza di elettronegatività è molto

elevata, apolare se la differenza di elettronegatività è molto simile.

2. LEGAME SEMPLICE:

Legame sigma: presenta libera rotazione fra gli atomi e diverse conformazioni.

3. LEGAME DOPPIO:

Legame pigreco: sovrapposizione di orbitali p, atomi bloccati su un piano

4.LEGAME DATIVO:

Legame covalente che avviene tra metalli che hanno orbitali vuoti, non c’è

condivisone fra gli atomi. Viene anche chiamato legame di coordinazione.

LEGAMI DEBOLI:

IONICO:

1. forte elettronegatività tra due gruppi carichi, legame non direzionale

che crea un campo elettrico.

DIPOLO PERMANENTE:

2. avviene tra una carica ed un dipolo. Il momento

dipolare è dovuto alla somma dei momenti dipolari dei singoli legami. Sono

direzionali e a corto raggio.

3. LEGAME AD IDROGENO: avviene tra un atomo donatore fortemente

elettronegativo e un H ed è direzionale.

Atomo donatore: legato ad un H, elettronegativo (O,N)

Atomo accettare: fortemente elettronegativo

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STRUTTURA DELL’ACQUA

Ibridazione sp3

• Angoli 104° (per la presenza di orbitali)

• Momento dipolare netto perché i legami sono fortemente polari ed

• asimmetrici

Legami ad H

• T= 100 °C (ebollizione), 0°C (congelamento)

• Elevata costante dielettrica

• L’ossigeno forma 4 legami

•

GHIACCIO: cristallo molecolare.

struttura perfetta, detta

Formazione di 4 legami H direzionali

• Maggiore densità rispetto allo stato solido

•

L’acqua è una molecola polare ed è costituita da due atomi di idrogeno uniti da un

atomo di ossigeno; la distanza del legame O-H è pari a 0,958 A. Gli atomi di

idrogeno non sono disposti lungo una linea retta, poiché i quattro orbitali ibridi sp3

dell'atomo di ossigeno si estendono approssimativamente verso i vertici di un

tetraedro. L'atomo di ossigeno, con i suoi elettroni non condivisi, ha una parziale

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carica negativa, mentre ciascun atomo di idrogeno possiede una parziale carica

positiva.

Le molecole di acqua adiacenti tendono ad orientarsi in modo che il legame O-H

(estremità positiva) punti verso una delle coppie elettroniche dell'altra molecola

(estremità negativa); la risultante associazioni bidirezionali intermolecolare è nota

come legame a idrogeno.

Il ghiaccio ,invece, è un cristallo molecolare di acqua unite da legami idrogeno ed

alcuni studi di diffrazione dei raggi X e dei neutroni, hanno consentito di stabilire nel

ghiaccio le molecole di acqua sono disposte in una struttura aperta. Infatti, ogni

molecola di acqua nel ghiaccio, è circondata da quattro molecole circostanti

disposti a tetraedro e unite tramite legami a idrogeno. Inoltre, l'acqua è una delle

pochissime sostanze che si espandono durante il congelamento a 0°.

Quando una sostanza non polare viene aggiunta ad una soluzione acquosa non si

discioglie, ma è esclusa dall’acqua. La tendenza dell'acqua a rendere minimi propri

contatti con le molecole idrofobiche, è definita effetto idrofobico.

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Per quanto riguarda le proprietà chimiche dell’acqua, possiamo dire che:

1. Una molecola di acqua si dissocia formando ioni H+ e OH- con una costante di

dissociazione di 10^-14.

2. L’acidità di una soluzione viene espressa tramite il pH: gli acidi e le basi alterano

il pH. Un acido è una sostanza che in grado di donare un protone, mentre una

base è una sostanza che può accettare un protone.

3. La forza di un acido specificata dalla sua costante di dissociazione.

4. I tamponi resistono alle variazioni di pH. Per soluzioni tampone, si intende una

soluzione che si oppone alle variazioni di pH, poiché le piccole quantità di H+ e

OH- aggiunte reagiscono senza alterare il valore di log(A-/HA).

L’acqua è usata spesso come solvente perché nella cellula tutto è immerso

nell’acqua.

IDROFILI:

1. formano legami ad H/elettrostatici

IDROFOBICI: a clatrato)

2. non formano legami con l’acqua (struttura

ANFIPATICI:

3. si comportano sia da molecole idrofiliche che idrofobiche perché

possiedono una parte idrofila e una idrofobica.

ISOMERIA: stesso numero di atomi, ma strutture diverse.

Di struttura

• Conformazionale

• Configurazionale

• Stereoisomeri geometrici

• Stereoisomeri ottici

•

CONFORMAZIONI: cambiamento di forma dovuto alla libera rotazione degli atomi

CONFIGURAZIONI: sono fisse e sono:

Geometriche:

1. passaggio da cis-tran, non è spontaneo

Ottiche:

2. c’è un centro chirale (4 sostituenti diversi).

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PROTEINE amminoacidi

Le proteine sono composte da unità, dette (se ne conoscono 20). Gli

alfa-amminoacidi,

amminoacidi comuni sono noti come poiché possiedono un

gruppo amminico primario, in qualità di sostituente dell'atomo di carbonio in

posizione alfa (ovvero quell'atomo di carbonio adiacente al gruppo carbossilico).

Quindi la struttura generale di un amminoacido è:

1. Gruppo carbossilico (COOH)

2. Gruppo amminico (NH3)

3. Gruppo R (catena laterale)

4. Un idrogeno

Il carbonio dell’amminoacido è chirale; può essere destrogiro o levogiro, in base se

le molecole deviano la luce verso destra o verso sinistra.

Inoltre, gli amminoacidi sono definiti della serie D/L, in base alla nomenclatura che

viene attribuita alle molecole chirali, prendendo come precursore la gliceraldeide.

I gruppi amminici e carbossilici degli amminoacidi possono andare incontro a

ionizzazione, perciò un amminoacido può fungere sia da acido che da base. Le

molecole che portano gruppi carichi con polarità opposta, sono note come ioni

zwitterioni.

dipolari o

Gli aminoacidi possono polimerizzare per dare luogo a catene lineari e questo

processo avviene grazie a reazioni di condensazione. Il risultante legame CO—NH è

legame peptidico.

detto I polimeri contenenti due, tre, o numerose unità

aminoacidica sono chiamati rispettivamente dipeptidi, tripeptidi, polipeptidi.

Il legame peptidico ( gruppo amminico + gruppo carbossilico) presenta due strutture

di risonanza, e quindi presente un parziale doppio legame. La presenza di due

strutture di risonanza stabilizza la struttura chimica.

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TITOLAZIONE:

I valori di pKa dei gruppi ionizzabili degli amminoacidi si possono ottenere con una

titolazione acido-base, misurando il pH della soluzione in funzione della base

aggiunta.

Il gruppo carbossilico perde prima il suo protone rispetto al gruppo amminico. Tanto

più è stabile la forma protonata, tanto prima il gruppo cederà il protone.

Graficamente, i punti di flesso, segnano il passaggio da una forma all’altra; quando

le due forme sono alla stessa concentrazione, i punti di flesso corrispondono al pK.

PUNTO ISOELETTRICO: è il punto in cui una molecola non porta carica elettrica

pI= (pKi + pKj/2)

netta.

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Le proteine vengono classificate in base alle loro catene laterali: esse possono

essere idrofiliche ( fanno interazioni con acqua), o idrofobiche ( incapaci di interagire

con l’acqua).

1. AMMINOACIDI IDROFOBICI, CATENE LATERALI NON POLARI

Glicina, alanina, valina, leucina, isoleucina, fenilalanina, triptofano, metionina, prolina

(catena laterale ad anello).

2. AMMINOACIDI CON CATENE LATERALI POLARI PRIVE DI CARICA: formano

legami ad H

Serina, treonina, tirosina, asparagina, cisteina, glutammina.

3. AMMINOACIDI CON CATENE LATERALI ACIDE

Acido aspartico e acido glutammico.

4. AMMINOACIDI CON CATENE LATERALI BASICHE

Prolina (perde un protone e si ha un gruppo imminico).

5. AMMINOACIDI AROMATICI

Fenilalalina, triptofano (gli anelli aromatici assorbono la luce; in particolare, se è

presente un doppio legame la molecola può assorbire meglio la luce).

STRUTTURA DELLE PROTEINE

LEGAME PEPTIDICO:

- Rigido

- (meno

Configurazione trans: le catene laterali si rivolgono verso lati opposti

ingombro sterico)

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- Assorbe la luce ultravioletta

- fi e psi

Assi di rotazione: (sempre valori costanti)

Le strutture delle proteine sono quattro:

1. Primaria

2. Secondaria

3. Terziaria

4. Quaternaria

struttura primaria sequenza lineare degli aminoacidi

La di una proteina è la della

sua catena polipeptidica.

In generale le proteine contengono circa almeno 40 residui; i polipeptidi con

dimensioni inferiori sono definiti semplicemente peptidi. Le proteine multisubunità

contengono svariate catene, definita subunità.

struttura secondaria

La è la conformazione spaziale assunta a livello locale degli

atomi di uno scheletro polipeptidico senza tenere in considerazione la disposizione

delle sue catene laterali. La struttura secondaria delle proteine consiste in un

(alfa-elica, B-foglietto).

ripiegamento regolare della catena Queste due strutture

sono chiamate strutture secondarie regolari, dato che sono formate da successioni

di residui con valori ripetuti di fi e psi. residui passo

Per descrivere un’elica, bisogna considerare i per giro (n) e il

dell’elica (p). Le caratteristiche generali di un’elica sono:

1. Valori degli angoli di 50°/60°

2. 3,6 residui

3. Elica destrorsa

4. Momento dipolare netto

5. Legame con molecole cariche negativamente

6. Ogni giro d’elica contiene 3 legami peptidici

7. Il giro dell’elica è sempre uguale e corrisponde a 3,6 amminoacidi

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RESTRIZIONI

1. Repulsione tra gruppi R carichi

2. La prolina e la glicina non hanno mai l’alfa-elica; la prolina a causa dell'ingombro

sterico, mentre la glicina non è chirale perché presenta come gruppo R un

idrogeno, quindi non sono presenti quattro sostituenti diversi.

L’alfa-elica è stabilizzata grazie a legami ad H, i quali presentano polarità,

direzionalità e precisa lunghezza. L’elica ha una struttura che si ripete in modo

regolare e la sua scoperta risale al 1951 (Pauling).

L’alfa-elica è destrorsa, cioè si avvolge nella direzione del movimento delle dita della

mano destra, ha valori di fi e psi pari a -57°C e -47°C. Ha 3,6 residui per giro e un

passo pari a 5,4 A. Per passo dell’elica, si intende la distanza di avanzamento

dell'elica per ogni giro.

Le alfa-eliche delle proteine hanno una lunghezza media di circa 12 residui.

Nell’alfa-elica i legami idrogeno dello scheletro covalente sono disposti in modo che

il gruppo C=O del legame peptidico viene a trovarsi vicino al gruppo N—H; questa

disposizione genera un legame a idrogeno forte.

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elica pigreco e 310.

Esistono altri due particolari tipologie di eliche:

L’elica 310 è solo occasionalmente presente nelle proteine, in quanto i suoi gruppi R

presentano alcune interferenze steriche. Il nome di questa elica deriva dal fatto che

3 è il numero di residui per giro dell’elica, mentre 10 è il numero di atomi compresi

nell'anello chiuso dal legame idrogeno. Questa tipologia di elica presenta un passo

dell'elica di circa 0.20A.

L’elica pigreco, invece, presenta legami idrogeno con residui n+5 (n=4,4) e un passo

dell’elica pari a 0,12A.

12 mercoledì 17 marzo 2021

GRAFICO DI RAMACHANDRAN:

È un grafico che indica le conformazioni polipeptidiche consentite. Quasi tutte le

aree di questo grafico rappresentano conformazioni proibite per una catena

polipeptidica, mentre solo tre regioni circoscritte sono fisicamente accessibili alla

gran parte dei residui.

I valori osservati di fi e psi ricadono quasi sempre all'interno di queste zone

consentite del grafico, ma si osservano anche delle eccezioni:

1. La catena laterale ciclica della prolina vincola il suo intervallo di valori

2. In corrispondenza dei residui di glicina, le catene polipeptidiche assumono

conformazioni proibite. Le regioni colorate in azzurro

indicano gli angoli fi e psi consentiti

dal punto di vista sterico per tutti i

residui, ad eccezione di glicina e

prolina, mentre quelle colorate in

verde esprimono gli angoli di fi e psi

a maggiore affollamento. I cerchi

arancioni, invece, rappresentano

angoli conformazionali relativi a

svariate strutture secondarie.

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Nel foglietto beta i legami a idrogeno si instaurano tra catene polipeptidiche vicine e

non all'interno di una sola, come avviene per l’alfa-elica; quindi si formano diverse

strutture e poi si giustappongono per formare dei foglietti.

Esistono tre tipi di foglietti:

Il foglietto beta antiparallelo

1. (a serpentina) in cui le catene polipeptidiche

adiacenti presentano direzionalità opposta;

Il foglietto beta parallelo,

2. nel quale le catene unite da legami idrogeno hanno la

stessa direzionalità (meno stabilità);

Il foglietto pieghettato,

3. il quale permette l'esposizione delle catene laterali.

14 mercoledì 17 marzo 2021

I foglietti beta contenuti nelle proteine sono formati da un minimo di 2 a un massimo

di 22 filamenti, con un numero medio pari a 6. Inoltre, possiamo dire che, i foglietti

paralleli sono meno stabili di quelli antiparalleli per il fatto che i legami idrogeno,

presenti nei foglietti beta paralleli, sono distorti rispetto a quelli presenti nei foglietti

antiparalleli. Generalmente, i foglietti paralleli contengono almeno cinque filamenti.

Quando i foglietti beta sono osservati nella direzione dei loro filamenti polipeptidici,

avvolgimento destrorso.

essi mostrano quasi invariabilmente un

topologia,

La ovvero il collegamento tra le catene polipeptidiche di un foglietto beta

può essere complessa: due catene antiparallele possono essere unite solo da una

ansa

piccola ansa. Per si intende una regione di connessione. Viene comunemente

loop a forcina

chiamata anche che collega filamenti antiparalleli.

I segmenti polipeptidici contraddistinti da una struttura secondaria regolare come le

alfa-eliche o i foglietti beta, sono uniti da tratti di catena polipeptidica che cambiano

ripiegamenti inversi o

improvvisamente direzione; questi ripiegamenti sono chiamati

ripiegamenti beta, così chiamati perché collegano filamenti successivi di foglietti

beta antiparalleli.

15 mercoledì 17 marzo 2021

CONNESSIONI TRA FILAMENTI ADIACENTI NEI FOGLIETTI beta:

1. I filamenti antiparalleli possono essere collegati per mezzo di una piccola ansa

2. I filamenti paralleli, invece, richiedono una connessione incrociata più estesa,

che quasi sempre ha un andamento elicoidale destrorso.

MOTIVI

ELICA-ANSA-ELICA: il motivo elica-ansa-elica è un motivo strutturale capace di

legare il DNA. È composto da due alfa-eliche unite l'una all'altra da amminoacidi ed

è presente in proteine che regolano l'espressione genica. Questa struttura

interagisce con il solco maggiore del DNA per mezzo di legame idrogeno. Le

caratteristiche generali sono: loop di 12 amminoacidi con 5 amminoacidi che legano

il calcio (alcune proteine sono sensibili all’aggiunta di calcio), residui idrofobici sulle

alfa-eliche che permettono l’interazione.

parvalbumina,

Un esempio può essere la la quale è costituita da una catena di 109

aminoacidi con tre motivi elica-ansa-elica.

FORCINA beta: questo motivo strutturale è caratterizzato da due filamenti beta

antiparalleli collegati da un loop di lunghezza variabile.

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MOTIVI A CHIAVE GRECA: è un motivo che consiste in quattro filamenti adiacenti

antiparalleli.

MOTIVO beta-alfa-beta: è un motivo presente in quasi tutte le proteine. Il segmento

che collega due filamenti contiene molto spesso una regione a elica, nel cui caso la

struttura complessiva è definita motivo beta-alfa-beta. È un motivo che collega

filamenti b paralleli.

struttura terziaria

La di una proteina descrive il ripiegamento dei suoi elementi

struttura tridimensionale,

strutturali, quindi rappresenta la sua e specifica la

posizione nello spazio di ogni atomo della molecola proteica.

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Le caratteristiche generali di una struttura terziaria sono:

1. Legame disolfuro

2. Interazioni idrofobiche (incapaci di formare legami con l’acqua)

3. Legami a idrogeno (catene laterali polari)

4. Interazioni ioniche (catene laterali cariche) globulari e fibrose.

Le strutture tridimensionali possono essere di due tipi:

DOMINIO

Per si intende una zona compatta di struttura proteica in grado si

ripiegarsi indipendentemente dal resto della molecola per formare una struttura

stabile.

PROTEINE FIBROSE: vengono classificate in base alla loro struttura secondaria. Le

proteine fibrose posso avere strutture ad alfa-elica (cheratina dei capelli),

con