Set Domande Paniere Risposte Aperte Biochimica

Biochimica

1. Differenze tra legami chimici covalenti e non covalenti

Descrivi le principali differenze tra legami chimici di tipo covalente e non covalente. Spiega se una o entrambe le tipologie di legame chimico sono presenti a livello biologico ed eventualmente fornisci alcuni esempi:

Il legame covalente è dovuto alla condivisione di elettroni di legame tra due atomi tra i quali non vi è un’alta differenza di elettronegatività e per rompere tale tipo di legame sono necessarie energie relativamente alte. Il legame, detto ionico, è dovuto all’attrazione elettrostatica tra particelle cariche di segno opposto. Il legame ionico è un legame tra due atomi con elevata differenza di elettronegatività dovuto all’attrazione elettrostatica di uno ione positivo e uno ione negativo mentre il legame covalente è un legame tra due atomi con bassa differenza di elettronegatività dovuto alla condivisione di elettroni di legame. Alcuni esempi sono legami ad idrogeno, legami ionici e le interazioni di Van der Waals.

2. Classi di biomolecole e funzioni biologiche

Descrivi brevemente le principali classi di biomolecole presenti nelle cellule e quali funzioni biologiche svolgono:

• Acidi nucleici: Informazione genetica, secondi messaggeri cellulari, coenzimi e vitamine idrosolubili.
• Proteine: Proteine strutturali, enzimi, ormoni, utilizzabili come fonti di energia.
• Lipidi: Membrane cellulari, fonti di energia e riserve energetiche, vitamine liposolubili, ormoni.
• Carboidrati: Fonti di energia e riserve energetiche, e si dividono in 4 classi: monosaccaridi, disaccaridi, digosaccaridi e polisaccaridi.

3. Conservazione del glucosio sotto forma di glicogeno

Spiega per quali motivi il glucosio viene immagazzinato come riserva energetica sotto forma di glicogeno piuttosto che venire conservato in forma di monosaccaride:

La quantità di glucosio sotto forma di glicogeno presente all'interno della cellula è approssimativamente pari a 0,4 M. Dato che la concentrazione extracellulare di glucosio è generalmente pari a 5 mM, la cellula non riuscirebbe a conservare una simile quantità di glucosio sotto forma di glucosio libero. Il modo più conveniente per conservare la quantità di glucosio nelle cellule è il glicogeno il quale essendo insolubile occupa circa 0,01 μ.

4. Benefici dell'utilizzo della fibra alimentare

Descrivi i benefici per l'uomo dell'utilizzo della fibra alimentare nella dieta:

• Aumento di velocità del transito intestinale.
• Rallentamento dell’assimilazione delle sostanze nutrienti.
• Prolungamento del senso di sazietà.
• Riduzione del picco glicemico postprandiale e della risposta insulinica.
• Riduzione significativa del rischio di tumore al colon.
• I beta-glucani hanno una correlazione inversa con le quantità di colesterolo totale e di colesterolo “cattivo” nel sangue.

5. Processo di ripiegamento delle proteine

Descrivi il processo di ripiegamento delle proteine e come una catena polipeptidica lineare infine arriva ad assumere la sua conformazione nativa:

Il folding (ripiegamento) è il processo attraverso il quale le proteine ottengono la loro struttura tridimensionale. Soltanto una volta terminato il folding le proteine possono assumere la loro funzione fisiologica. Il processo di ripiegamento delle proteine ha inizio con la formazione di strutture circolari e il collasso del polipeptide su se stesso. Il processo prosegue fino alla formazione di uno stadio intermedio definito globulo fuso. Il superamento della barriera termodinamica permette l'assestamento finale e la formazione della struttura nativa.

6. Differenze tra polimeri del glucosio

Cellulosa, emicellulosa, amilosio ed amilopectina sono tutti polimeri del glucosio. Cosa contraddistingue cellulosa ed emicellulosa rispetto ad amilosio ed amilopectina? Quali implicazioni funzionali e pratiche hanno a livello di utilizzo alimentare, le differenze che contraddistinguono questi polisaccaridi?

Mentre amilosio, amilopectina e glicogeno sono composti da monomeri di D-glucosio legati mediante legame α1→4 glicosidico, la cellulosa ed emicellulosa non possono essere scissi in monomeri del glucosio e quindi costituire una fonte energetica. Di conseguenza, amilosio ed amilopectina devono essere accuratamente digeriti per poter essere assimilati.

7. Fluidità delle membrane cellulari

Illustra brevemente in che modo le cellule possono mantenere una corretta fluidità delle membrane e quali componenti molecolari vengono utilizzate a questo scopo.

Il colesterolo è il principale sterolo negli animali. Esso è presente nelle membrane cellulari in percentuali che variano dallo 0 al 20%, ed è in grado di alterarne fluidità e rigidità. Inoltre, la variazione della percentuale di colesterolo nelle membrane cellulari previene l’eccessivo irrigidimento delle stesse quando la temperatura si abbassa o l’eccessivo aumento di fluidità quando la temperatura si innalza. Infine, la presenza di colesterolo aumenta la permeabilità delle membrane ai piccoli ioni poiché viene aumentato lo spazio tra le code dei fosfolipidi. La corretta fluidità delle membrane è fondamentale perché determina processi cellulari fondamentali tra cui il movimento, l’accrescimento, la divisione, la formazione di giunzioni intercellulari, la secrezione e l’endocitosi.

8. Caratteristiche e funzione dell'emoglobina

Descrivi l'emoglobina, le principali caratteristiche e la funzione di questa proteina. Elenca anche le principali differenze tra emoglobina e mioglobina:

L'emoglobina prende il colore rosso dal sangue, è una proteina che si trova all’interno dei globuli rossi. È una proteina tetramerica, ovvero costituita da 4 subunità globulari unite insieme a formare la struttura quaternaria che costituisce l’emoglobina matura. Le 4 subunità sono generalmente due subunità β e due subunità α. Ogni subunità possiede all’interno della tasca idrofobica un atomo di ferro ferroso responsabile del legame con le molecole di ossigeno. Essendo una proteina allosterica favorisce il legame dell’ossigeno ad altre subunità. La mioglobina, essendo costituita da una singola catena polipeptidica, non possiede la struttura quaternaria. Una caratteristica che hanno in comune è il gruppo prostetico EME contenente un atomo di ferro ferroso in grado di legare l’ossigeno molecolare. L’emoglobina differisce dalla mioglobina sia per la localizzazione in quanto quest'ultima si trova nei muscoli cardiaci e scheletrici, ma soprattutto per l'affinità per l'ossigeno, che per l'emoglobina è inferiore.

9. Ruolo del colesterolo nella fluidità delle membrane

Spiega brevemente come il colesterolo può andare a prevenire l'eccessivo irrigidimento delle membrane cellulari quando le temperature sono troppo basse:

Il colesterolo svolge un'importante funzione per le membrane quando la temperatura è troppo bassa o troppo alta: quando la temperatura è bassa, limita il movimento casuale della regione fosfolipidica e separa tra loro le code delle catene acicliche inducendo maggiore fluidità nelle regioni più interne del doppio strato; a temperature alte il colesterolo rende le membrane meno fluide impedendo interazioni tra catene di acidi grassi e mantenendo la membrana allo stato fluido, impedendo la cristallizzazione.

10. Descrizione di un enzima: il lisozima

Descrivi un enzima a tua scelta. Parla della sua attività catalitica, quale è il suo substrato e quale è il prodotto della catalisi:

Il lisozima è una sostanza di natura proteica presente nelle secrezioni biologiche come la saliva, le lacrime e nelle uova. L'enzima ha la capacità di idrolizzare i peptidoglicani che costituiscono la parete batterica, uccidendo i batteri. In seguito alla lesione di questa struttura meccanicamente resistente, la cellula batterica richiama acqua fino a scoppiare. Il lisozima opera catalizzando l'idrolisi del legame glicosidico tra l'acido NAM e NAG.

11. Fattori che influenzano l'attività enzimatica

Illustra i fattori che possono influenzare la velocità catalitica e l'attività enzimatica di un qualsiasi enzima:

Tra i fattori che influenzano l’attività enzimatica, vanno considerati la temperatura e il pH ambientali, la concentrazione dei substrati e dell’enzima stesso, e la presenza di inibitori e modulatori. Per quanto riguarda gli effetti della temperatura, possiamo dire in generale che un aumento di essa, da un lato, favorisce un’accelerazione delle reazioni, dall’altro lato, può causare la denaturazione degli enzimi i quali, in quanto proteine, presentano un grado variabile di termoresistenza. Il pH influisce sul grado di protonazione sia dell’enzima sia dei substrati e, conseguentemente, sulla velocità di formazione del complesso enzima-substrato.

12. Funzione degli enzimi

Descrivi la funzione e le principali caratteristiche degli enzimi. Spiega perché sono così importanti per gli organismi viventi e se possibile fornisci almeno un esempio di un enzima tra quelli studiati:

Gli enzimi hanno la funzione catalizzatrice, cioè sono capaci di aumentare la velocità delle reazioni biologiche. La loro caratteristica è la specificità, cioè che ogni enzima caratterizza la molecola e catalizza la reazione chimica. Gli enzimi sono eteroproteine, formati da un gruppo proteico e da un gruppo non proteico. Le caratteristiche sono: hanno funzione plastica, ovvero formano i tessuti e riparano quelli già esistenti; funzione regolatrice, ovvero regolano le reazioni metaboliche; funzione energetica, ovvero le proteine che sono in eccesso l’organismo le utilizza come energia. L’eccesso può determinare obesità e la carenza maggiore suscettibilità alle infezioni. Un esempio è il lisozima, il quale è un enzima presente in tessuti animali di attività battericida. Il suo compito è di legarsi alla superficie batterica, riducendo la carica elettrica negativa superficiale, e rendere più facile la fagocitosi del batterio, prima che intervengano le opsonine del sistema immunitario.

13. Importanza degli enzimi

Quale ruolo e che importanza biologica hanno gli enzimi? Fai un esempio pratico:

Gli enzimi sono proteine prodotte nelle cellule vegetali e animali, che agiscono come catalizzatori accelerando le reazioni biologiche senza venire modificati. Gli enzimi operano combinandosi con una sostanza specifica per trasformarla in una sostanza diversa; esempi classici sono dati dagli enzimi digestivi presenti nella saliva, nello stomaco, nel pancreas e nell'intestino tenue, che esplicano una funzione essenziale nella digestione e contribuiscono a scindere gli alimenti nei costituenti di base, che possono quindi essere assorbiti e utilizzati dall'organismo, elaborati da altri enzimi o espulsi come rifiuti. Ogni enzima ha un ruolo specifico: quello che scinde i grassi, per esempio, non agisce sulle proteine o sui carboidrati. Gli enzimi sono essenziali per il benessere dell'organismo.

14. Effetti dell'acido lattico sugli enzimi muscolari

Cosa succede a livello muscolare agli enzimi se il pH si abbassa troppo per effetto della produzione eccessiva di acido lattico?

Durante esercizi intensi di attività di contrazione muscolare, l’aspetto del pH e la temperatura di esercizio possono determinare la formazione di acido lattico il quale accumulandosi nel muscolo abbassa il pH presente nelle cellule muscolari rendendolo acido. L’eccessiva acidificazione delle cellule muscolari compromette la funzionalità delle proteine e degli enzimi riducendo la capacità...