Lezioni, Biochimica

BIOCHIMICA

Prof.ssa Marcella Comici

Testo consigliato: "Principi di biochimica di Lehninger"

esame orale (NB: domande disegnare un pentapeptide)

1^a lezione: introduzione alla materia e presentazione degli argomenti che verranno trattati.

DAL CAP 1: fondamenti di biochimica

Organismo vivente = elevato grado di complessità chimica e di organizzazione;

capacità di ottenere energia dall'ambiente esterno;

di riprodursi.

Unità di misura fondamentali in biochimica:

• grandezze: mm (10^-3), µm (10^-6), nm (10^-9); Å (10^-10 m); Da (per la massa atomica e molecolare)
• tempo: s, ms (10^-3); ps (10^-12 s)

Gerarchia dell'organizzazione molecolare delle cellule:

• cellula
• organuli
• complessi sopramolecolari (es. membrana, cromatina...)
• macromolecole biologiche (proteine, lipidi, acidi nucleici...)
• biomolecole base (amminoacidi, monosaccaridi², acidi grassi²...)
• intermedi metabolici
• precursori

Vedare gli elementi essenziali degli organismi viventi (i c.d. CHONPS)

Abbondanza degli elementi inorganici nelle cellule organiche, dal più al meno abbondante:

• C
• O
• N
• P
• H

La C adatta bene al biotico poche grande versatilità nel formare legami...

nel non viventi H O N C → ston: elementi, diversa organizzazione.

DAL CAP. 2: l’acqua

La molecola dell’acqua H₂O ha delle caratteristiche che la rendono essenziale e adatta alla vita:

• elevato punto di ebollizione (100°), temperatura di solidificazione 0°;
• la forma solida è meno densa della forma liquida (il ghiaccio galleggia nell’acqua), il che è adatto perfettamente alla vita (basta pensare che se non fosse, il ghiaccio si formerebbe sui oceani, non sciogliendosi);
• nell’uomo siamo 70% di H₂O;
• è un eccellente solvente per acidi, polari e ioni.

STRUTTURA DELLA MOLECOLA DI ACQUA:

H₂O

H 104,5°

è molto simile a un TETRAEDRO (ciò non obstante l’angolo H-O-H misura 104,5°).

Complessivamente ha carica netta uguale a zero, ma la distribuzione degli e⁻ non è OMOGENEA:

di fatto l’ossigeno è fortemente elettronegativo e attira gli e⁻ attorno al suo nucleo → si forma un dipolo: O (2δ^-) e 2H (δ⁺).

L’acqua è alla base delle caratteristiche dell’acqua.

NB Ha dimensioni molto ridotte, può avvicinarsi a un’altra molecola di H₂O attratta dalla parziale carica negativa → interazione di tipo elettrostatico → LEGAME A IDROGENO

il legame è 4 kcal/mole → debole ma molto presente nel mondo biologico, formando stabilità

legame covalente 10 kcal/mol

Gruppi R polari, non carichi: sono più idrofili (legami ad H con H₂O)

• Serina
• Treonina
• Cisteina
• Asparagina
• Glutammina

(^* sono ammidi di acidi amminocidi: Aspartato e Glutammato)

Cisteina facilmente ossidabile all'omodimero Cistina (formazione ponte di zolfo)

Cistina = molto idrofobica (non polare)

Imp. stabilità proteine

Gruppi R aromatici: sono relativamente non polari (idrofobici)

• Fenilalanina
• Tirosina
• Triptofano

più formare legami ad H

polarità

Il legame peptidico

È possibile pensarlo come un equilibrio tra due forme di risonanza.

Il legame peptidico ha un parziale carattere di: doppio legame (non è semplice come spesso viene definito), confermato anche dalla lunghezza del legame 1,32 (in neo doppio C=N è 1,24, in neo C-N è 1,45). Conseguenza di questa caratteristica è la non possibilità di rotazione e se un legame rigido e planare. C-N può essere in conformazione CIS e TRANS. TRANS è la più stabile perché non c'è impedimento sterico tra le reciproche catene laterali.

NB: Esiste un'unica eccezione alla conformazione TRANS: ¹ la PROLINA, poiché la catena laterale si chiude sul gruppo gymminico, lo modo può assumere entrambe le conformazioni, ci sono poche differenze energetiche (10% stimato in conformazione CIS).

NB: C'è possibilità di rotazione con penna C’.

Angoli di torsione (o di rotazione):

N—_C^α—C

Ψ (phi) Ψ (psi)

Sono possibili tutte le rotazioni (360°)? No, a causa degli impedimenti sterici! Convenzione: le rotazioni nel senso orario = valori positivi; da 0° a +180°. Le rotazioni nel senso antiorario = valori negativi da 0° a -180°.

Lo 0°: è ipotetico, immaginando i due piani: nello stesso piano, in trans uno rispetto all'altro.

NB: Rotazioni non possibili: Ψ = +180° e Ψ = -60°, non rispettano le interazioni di Van der Waals.

Grafico di Ramachandran: riportate su x = Ψ (N_C^α) e su y = Ψ (C_C—N), dal punto di vista teorico il grafico rappresenta le conformazioni possibili (con l'eccezione della prolina, che non ha possibilità di rotazione su Ψ e della glicina, che, avendo R = H, ha grande libertà di rotazione.

Sperimentalmente: la proteina della glicolitica PIRUVATO CHINASI conferma la teoria di Ramachandran con tollerabilità.

08/10/13

Strutture secondarie

Diverse combinazioni delle strutture secondarie, o struttura a greca e foglietti β antiparalleli.

es. di struttura a greca

• Elica-curva-elica
• Forcina β (β hairpin)
• Chiave greca
• β-α-β
• Meandro β (β meander)

EMOGLOBINA

emoglobina trasportatore di O₂, contrariamente alla mioglobina che funziona più come deposito di O₂ -

costituito legame O₂ non avviene attraverso le proteine, ma con il GRUPPO PROSTETICO (CoE: qualunque

componente di una proteina di natura non-proteica). In questo caso c'è il GRUPPO EME (anche in proteina

derivate cat F)

di anello pirrolico (porzione organica) legati tra loro con ponti metinici (-CH=) => anello tetrapirrolico al

centro di questo strutture c'è un atomo di Fe²⁺ (non ferroso) che è in grado di legare l'O₂ -

(Nell'emoglobina/mioglobina O₂ eme è FERROPROTOPORFIRINA 9 in quanto ha dei sostituenti: 2 gr. propionici +

2 gr. METILICI 2 gr. VINILICI). Fe²⁺ ha 6 grb. di coordinazione, 4 impegnati con 4 anelli pirrolici (Cha

+ legame legato fatta uso PROTOPORFIRINA) + 2 legami da persogea dai latf: prodotto dall'eme. (5°-

etto legati anholo mediane del residio di His della catena polipetcida (His prossimity), al 6° - leg+ O₂

EMOGLOBINA vs MIOGLOBINA

trasportatore di O₂

a subunità = tetramero

peso = 60000 Dalton

diversi tipoi di emoglobina: 1_A1, F

emo A dell'adulto

struttura = α2β2

emo F fetale, struttura α2γ2

α = 141 aa, β, γ, δ = 146 aa

α e β trimere: subunità simile alla mioglobina (simile

biuvoringamento spaziole?) = trnconnano 8 α-eliche +

His F8 e HISE7. < 4 gr. eme (1 per subunità) bb

distanzi tre loro: α e β = diff. amminoacide che ma

non tanto nel wrappemanto

Deposito di O₂

Composta 153 aa, e un monomero

PM = 19300 Dalton (e più piccola)

globulare composta

75% da α-elica, in particolare 8 segmenti

d. α-elica ca. 0 H residui variabile indutoi

con letiee (A,B,C, H); interazione dallo c. α-eløca

causo presenza PROLINA, e serina/treonina (hanno

-CH R interagra con legani 4 de stbilizato

α-elica. All'intorno principaliunti residui idrofobici

+ gr. EME inserito in una TASCA IDROFOBICA + tutb

1odioforoi tenura 2 : His prosimit o H1S F8 (=

è l'ordine del ellica F) in orint

α His F8 e His DISTALE (HissE i.

• [H, C, A, AB, B, BC, C, C, D, DE, E, EF, F, FG, G, H, H, NA]