Lezione 1: Ripasso di chimica

MACROMOLECOLE

Proteine: formate da più amminoacidi legati insieme dal legame peptidico;

Polisaccaridi: risultano unione di più monosaccaridi ovvero zuccheri che possono essere uguali tra

loro (omo-polisaccaridi) o diversi (etero-polisaccaridi);

Acidi nucleici: polimeri di nucleotidi associati con le proteine. Un nucleotide è formato da base

azotata legata allo zucchero che è il ribosio (RNA) o il desossiribosio (DNA) legato a una molecola

di acido fosforico.

Lipidi: unione di acidi grassi con glicerolo nel caso dei trigliceridi o con glicerolo e acido fosforico

per formare i fosfolipidi

Oltre a queste molecole organiche, nella cellula sono anche presenti delle sostanze inorganiche

come ad esempio zolfo, fosforo, calcio, magnesio, sodio, potassio, cloro e altre elementi presenti

in tracce tra cui ferro, manganese, zolfo e cobalto che hanno molte funzioni anche strutturali

come calcio e fosfato nella composizione delle ossa; sodio e potassio sono invece importanti per le

pompe; ferro è l’elemento fondamentale per il trasporto dell’ossigeno insieme al gruppo eme

nell’emoglobina; manganese, zinco e cobalto molto spesso sono fondamentali nell’aiutare la

catalasi enzimatica.

Non meno importante è il contenuto in acqua la quale rappresenta il 70% in peso di tutte le

cellule.

Solo 4 degli elementi della tavola periodica elementi detti primari ovvero ossigeno idrogeno

carbonio e azoto rappresentano il 99% di tutte le componenti presenti all’interno della cellula. Essi

rientrano nei 28 elementi che sono rappresentati negli organismi viventi, di cui i restanti sono detti

elementi secondari rappresentano delle piccole percentuali tuttavia non meno importanti.

Sostanze essenziali: non si trovano facilmente nel nostro organismo né esso è in grado di

sintetizzare per cui devono essere introdotte con l’alimentazione. (aa essenziali, acidi grassi

essenziali ecc)

Tutta la chimica degli esseri viventi è basata sul CARBONIO il quale si lega con legami covalenti

forti sia ad idrogeno e ossigeno (legami eteropolari) che ad altri atomi di carbonio stesso (legami

omopolari) formando cosi dei polimeri catene lineari ramificati o strutture cicliche.

Essendo bassa la differenza di elettronegatività tra atomi di carbonio e di ossigeno i legami tra

queste molecole non danno la possibilità alle molecole che formano di reagire tra loro. Alcani

alcheni e alchini sono sostanze dette sostanze paraffine (assenza di affinità) ovvero incapaci di

legarsi tra loro.

Si parla di legame covalente semplice quando viene messa in compartecipazione una sola coppia

di elettroni, doppio equivale a due coppie di elettroni, triplo tre coppie. In particolare si trova un

legame covalente omopolare C—C negli Alcani, un doppio legame negli alcheni, e un triplo legame

negli alchini (quest’ultima classe non si trova però nei composti biochimici).

Il carbonio è in grado di formare 4 legami covalenti semplici negli alcani, i quattro legami sono

posti a una distanza di 109.5° e il legame C—C da la possibilità alla molecola di ruotare attorno

all’asse di legame. Al contrario nel caso degli alcheni gli atomi di carbonio non sono in grado di

ruotare attorno all’asse di legame: il doppio legame è infatti più corto e più stabile di un legame

semplice.

Gruppi funzionali

Le molecole biologiche sono formate dalla concatenazione di atomi di carbonio e sono strutture

che possono essere considerate derivate dagli idrocarburi (i quali non hanno affinità) con

sostituzione di un atomo di C con un gruppo funzionale; questi ultimi sono appunto responsabili

delle interazioni tra le varie catene. Pagina | 2

Agostino Rossoni

Lezione 1: Biochimica I 10/03/2014

 Gruppo alcolico o ossidrile –OH; ( es :se reagisce con metile--------metanolo… ecc);

 Gruppo carbonile : gruppo aldeidico o gruppo chetonico

I gruppi carbonilici sono di notevole importanza nei carboidrati in quanto identificano due

diverse classi: gli aldosi e i chetosi a seconda del gruppo funzionale presente all’interno

della catena. La coesistenza di entrambi i gruppi insieme a gruppi alcolici permette la

formazione delle forme cicliche e quindi influenza la reattività della molecola.

 Gruppi carbossilico : (caratterizza le molecole degli acidi (gruppo carbossilico è

acido) grassi in quanto il gruppo funzionale è legato a una lunga catena idrocarburica alifatica

idrofobica)

 Gruppo aminico: caratterizza insieme al gruppo carbossilico gli amminoacidi;

 Gruppo amidico: ;

 Gruppo imidazolico ;

 Gruppo guanidinico;

 Gruppo tiolico o sulfidrilico –SH responsabile dei ponti disolfuro tra gli aminoacidi che servono

a stabilizzare la struttura delle proteine;

 Gruppo fosforile o fosforico importante nei fosfolipidi.

Reazioni tra gruppi funzionali:

o Legame etere : si forma tra due gruppi –OH ;

o Legame estere: gruppo alcolico più gruppo carbossilico dell’ acido;

o Legame tioestere: gruppo tiolico più grupp carbossilico dell’ acido;

o Legame anidridico: formato da due molecole di acidi carbossilici che reagiscono per

eliminazione di una molecola di acqua;

Anidride mista formata da un gruppo carbossilico e una molecola di acido fosforico;

Fosfo-anidride: due molecole di acido fosforico più acido carbossilico.

Importanza biochimica dell’acqua

Rappresenta il 70% del contenuto citosolico e la sua influenza è notevole nel determinare la forma

e la ionizzazione delle macromolecole e nel determinare anche il modo in cui si associano i lipidi

all’interno delle cellule. Questo grazie a due fondamentali proprietà della molecola dell’acqua che

sono:

La POLARITA’;

La COESIVITA’ Pagina | 3

Agostino Rossoni

Lezione 1: Biochimica I 10/03/2014

Ha una struttura molto semplice, formata unicamente da due atomi di H e da uno di O , tuttavia ha

un punto di ebollizione e un punto di fusione diverso da quello delle molecole che sono formate

dagli stessi atomi in quanto la particolare struttura dell’acqua ne influenza le proprietà:

O legato mediante legame covalente eteropolare a un atomo di H da una parte e a un altro atomo

di H dall’altra. Questa struttura caratterizzata da un angolo di 104.5° e in cui la elettronegatività

nell’O è molto più alta di quella dell’H per cui in prossimità dell’O si forma un addensamento di

carica notevole e questo porta alla formazione del DIPOLO. La struttura dipolare dell’acqua

influenza il suo comportamento sia all’interno del liquido stesso dove si formano da 3 a 4 legami

idrogeno (pur non trattandosi di legami fissi) sia allo stato solido (ghiaccio) dove invece tra due

molecole di H2O sono sempre presenti 4 legami idrogeno in modo tale che le molecole si trovano

rigide all’interno del reticolo cristallino. Queste interazioni fra le molecole di acqua sono

rappresentate di legami a idrogeno di importanza fondamentale; tuttavia i legami idrogeno sono

molto più deboli dei legami covalenti, l’energia necessaria per rompere un legame H è infatti

all’incirca 1/10 di quella necessaria a rompere un legame covalente tra H e O.

Si è dunque visto come la polarità della molecola di H2O influenza la coesione delle molecole

stesse.

La polarità e il legame H assume notevole importanza anche in relazione alle molecole biologiche:

il legame H si forma infatti tra atomi di H che sono legati covalentemente ad atomi di O, N (e F

anche se questo è assente nelle biomolecole) e atomi di O e N di altre molecole.

Esempi:

tra una molecola di H2O e una molecola con un gruppo –OH;

O di gruppo carbonilico di un chetone e H2O;

Esempio di legame H molto importante : si viene a formare tra due catene polipeptidiche in

particolare tra gruppo carbonilico del legame peptidico di una catena e l’H del gruppo aminico del

legame peptidico della catena opposta si viene a formare in legame H;

Legami idrogeno tra le basi azotate all’interno del DNA : tra Timina e Adenina 2 legami idrogeno;

Guanina e Citosina 3 legami idrogeno. Dalla rottura di questi legami idrogeno si ha l’apertura della

molecola di DNA.

Strutture polari: tutte quelle strutture che sono in grado, a contatto con H2O di formare legami

H. Presentano dipoli.

Es: glucosio; glicina; acido aspartico e acido lattico.

Strutture apolari: non hanno la capacità di disciogliersi in acqua. Non presentano dipoli.

Es: cera

Struttura anfipatica: presenta in alcuni punti strutture polari o idrofile e in altri punti struttura

apolari o idrofobiche

Es: aa fenilalanina; fosfolipidi (teste polari: acido fosforico legato alla base azotata; e code apolari:

due molecole di acidi grassi legate al glicerolo)

Il comportamento delle molecole in acqua

NaCl : il dipolo negativo dell’O della molecola d’acqua va a circondare lo ione Na+, mentre lo il

dipolo positivo caratteristico dell’H circonda lo ione Cl- : l’acqua permette così il dissolvimento di

degli ioni all’interno del citosol della cellula;

lipidi: lunghe code idrofobiche che terminano con il gruppo carbossilico idrofilo (da considerarsi

perciò anfipatiche) ; il gruppo carbossilico è circondato dalle molecole di H2O. le code idrofobiche

reagiscono tra di loro avvicinandosi mentre le teste polari reagiscono con l’acqua: si formano così

le micelle ovvero strutture che tendono a escludere l’acqua al proprio interno relegandola

all’esterno di esse dove entra a contatto con le teste polari. (Es. “azione del sapone”: le molecole di Pagina | 4

Agostino Rossoni