Sostituzione Nucleofila, Carboidrati e Lipidi, Biochimica

si stacca, nel caso dell'ammina, si forma una immina e esce l'ossigeno sotto forma di acqua, quindi è

una sostituzione associata ad una eliminazione di ossigeno, una reazione decisamente più complessa

ed è una reazione che se non è assistita dall'enzima non ce la fa ad avvenire. Lo stesso avviene nel

caso della formazione dell'ammide. Le ammidi in biologia si formano, ci sono enzimi dedicati che

riescono a formare delle ammidi, sono rari, in genere l'ammide, quindi il legame peptidico, è mediato

dal ribosoma. Da una reazione di un'ammina con un acido carbossilico si ottiene un'ammide, che ha

proprietà simili ad un estere ma è più stabile.

Esteri, emiacetali, ammidi e immine possono essere anche idrolizzati, tutte queste reazioni hanno una

loro reversibilità: anche se ammidi e esteri sono legami piuttosto stabili, possono essere idrolizzati per

interventi di enzimi: L'idrolisi di ammidi, basi di Schiff o esteri è un sistema di attacco nucleofilo,

sempre un'idrolisi perché è il doppietto elettronico dell'ossigeno dell'acqua che fa l'attacco al

carbonilico. Come si idrolizza una base di Schiff? Su quale atomo avviene l'attacco nucleofilo? La

base di Schiff, finché ha una carica positiva difficilmente subisce attacco nucleofilo; essendo più

elettronegativo del carbonio, pure l’azoto tende ad attirare verso di sé gli elettroni e lascia il carbonio

con parziale carica positiva, però deve essere deprotonato, in modo tale che l'ossigeno dell'acqua può

compiere attacco nucleofilo e revertire (ha una buona simmetria questa reazione) la formazione della

base di Schiff; queste reazioni non avvengono a pH fisiologico, gli enzimi che catalizzano le reazioni

delle ammidi sono le ammidasi, con la variante per le proteine definita proteasi, che attaccano il

legame peptidico, però anche le ammidasi sono presenti. Esempio: nella seconda semireazione del

piridossal-fosfato subisce idrolisi, attacco nucleofilo dell'acqua sul carbonio dell'immina con lo stesso

meccanismo, si riforma il legame carbonio ossigeno, si rompe prima un singolo legame, poi il secondo

dell'aldeide, c'è bisogno dell'intervento di un enzima, una base, che si appoggi e rilasci il protone e la

reazione può avvenire normalmente. Tutte queste reazioni sono molto simili, solo nel caso dell'immina

si complica la situazione perché il protone va legato all'enzima e poi fuoriesce successivamente

NB: la sostituzione nucleofila costituisce da sola il 70% delle reazioni in biochimica!!! Un buon 20%

sono occupate dalle redox, catalizza te da FAD e NAD.

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[Quest'ultima ora di Ade in realtà fa parte del programma di Biochimica 1, carboidrati, lipidi, ci saranno

domande nella prova in itinere!!!]

I carboidrati in genere sono dei polidrossialdeidi o dei polidrossichetoni. Es.: 1,3

diidrossiacetone; invece o la gliceraldeide [formula di Fischer]. Questi due

composti sono i capostipiti di tutti gli aldosi e i chetosi.

Da questi composti si possono definire tutti i possibili carboidrati, la nomenclatura è anche abbastanza

semplice, dai triosi passiamo ai tetrosi, pentosi, esosi e anche degli eptosi, nella biologia e in natura si

trovano polisaccaridi da 4 a 7 atomi di carbonio, chetosi o aldosi a seconda della presenza del gruppo

chetonico o aldeidico. Il problema è che tutti questi composti hanno più carboni chirali e di fatto la

chiralità dei polisaccaridi è un problema, composti con 5-6 atomi di carbonio possono avere 4 centri

chirali possono avere un numero di stereoisomeri considerevoli. Si assimilano e si classificano dal

punto di vista chirale i polisaccaridi sulla base della chiralità (D- o L-) del composto di riferimento, la

gliceraldeide.

La proiezione di Fischer schematizza l'aldoso schiacciando il carbonio chirale sul piano del foglio e

rappresentando l'OH a destra o a sinistra per specificare se è D- o L-. A partire dal polisaccaride più

grande si toglie uno alla volta un atomo di carbonio, si rimane con la configurazione di base che può

essere ricondotta alla D- o alla L- gliceraldeide. Carboidrati presenti in natura, come gli amminoacidi

sono tutti L-, questo non vuol dire che esistono solo amminoacidi L-, ci sono amminoacidi D- fabbricati

per lo più da piante o batteri, i carboidrati invece sono tutti della serie D-, con conformazione della

gliceraldeide che presenta l'OH sul piano del foglio a destra e classificati quindi D- o L- se la

configurazione del carbonio preterminale è sovrapponibile a quella della gliceraldeide D- o L- (è una

classificazione arbitraria che permette di orientarsi fra i vari stereoisomeri, andrebbero classificati in

base delle loro caratteristiche chimico fisiche, la capacità di ruotare un piano alla luce polarizzata). La

configurazione assoluta è quella del carbonio chirale più lontana dal gruppo aldeidico o chetonico,

quindi si dice che lo zucchero appartiene alla serie D- o L- (rispettivamente naturali o non naturali,

invece per gli amminoacidi naturali, possiamo ritrovare amminoacidi sia D- sia L-, però nelle proteine

sono tutti L-).

L'omologo a quattro atomi di carbonio della D-gliceraldeide è il D-eritrosio, che ha un suo isomero, il

treosio, l'eritrosio è D-D- il treosio è D-L-. Allo stesso modo due zuccheri di riferimento a cinque atomi

di carbonio sono ribosio e arabinosio, due isomeri, ma saranno presenti anche altri due isomeri (saper

scrivere la proiezione di Fischer con OH a destra o a sinistra). Gli zuccheri più abbondanti sono quelli

a sei atomi di carbonio, glucosio, mannosio e galattosio. Questi sono abbondantissimi non solo come

carboidrati, il glucosio è il carboidrato di riferimento, che forma polisaccaridi di riserva, glicogeno e

amido; mannosio e galattosio sono meno importanti nella biochimica energetica, perché tutto il

catabolismo dei carboidrati è basato sul glucosio, ma ci saranno enzimi che trasformano il mannosio e

il galattosio in glucosio, che si chiamano ISOMERASI, in particolare, siccome agiscono solo su un

carbonio alla volta, cioè su due steroisomeri che differiscono di un solo carbonio chirale, gli edimeri

(glucosio e mannosio sono tra loro edimeri, non è così per mannosio e galattosio, infatti serviranno

due enzimi per trasformare galattosio in glucosio). Quindi la rappresentazione di Fischer è utile per

mettere in evidenza le differenze tra la stereochimica degli zuccheri, anche se poi è lontanissima dalla

realtà: tutti gli zuccheri a cinque e sei atomi di carbonio formano specie cicliche, la reazione è

spontanea, in acqua formano l'emiacetale ciclico, perché è termodinamicamente più stabile e non c'è

bisogno di enzimi per formarli, quindi l'attacco nucleofilo dell'ossidrile dell'alcol sul carbonio carbonilico

forma l'emiacetale ciclico, quindi la struttura reale degli zuccheri è tutta fatta di emiacetali ciclici.

Schematizzando con la stereochimica corretta, un'altra rappresentazione è quella di Haworth, più

vicina alla realtà di quella di Fischer, secondo cui quello che è a destra nella rappresentazione di

Fischer vengono posti in alto sul piano dell'emiacetale, però prima va collocato il piano

dell'emiacetale, ponendo in alto il carbonio 6 (la ciclizzazione a sei termini avviene tra il carbonio 5 e il

carbonio 1). Nei cicli a sei termini che derivano da aldosi a sei atomi di carbonio è il carbonio 5 che

forma il ciclo. Ci sono due glucidi importanti a 7 atomi di carbonio che formano prevalentemente la

forma piranosica, avendo fuori dal piano due atomi di carbonio (nel caso dei chetosi hanno entrambe

le forme furanosica e piranosica), ricordarsi il ribosio, che viene riportato in forma furanosica, il ribosio

cristallino invece si colloca in forma piranosica (5 atomi di carbonio e ciclo a 6 atomi, carbonio 5

reagisce con 1).

La ciclizzazione avviene con il carbonio 5 che fa attacco nucleofilo sul gruppo aldeidico a formare un

ciclo a sei termini con un atomo di carbonio fuori dal ciclo.

Il problema degli zuccheri in forma ciclica è che avendo trasformato il carbonio aldeidico o chetonico

in forma emiacetalica o emichetalica, si aggiunge un altro carbonio sp3, quindi un altro centro chirale.

Nel caso del glucosio diventa centro chirale il carbonio 1 con conformazione a sedia, che è quella

reale e può dare origine a due isomeri sul carbonio 1 uno con l'OH sopra il piano uno con l'OH sotto il

piano. Con alfa si indica il grado di rotazione del piano della luce polarizzata e con alfa e beta si

indicano i due isomeri del glucosio, detti anche i due anomeri, con carbonio 1 chirale [OH sotto: alfa,

OH sopra: beta]. La ciclizzazione può avvenire infatti in due modi possibili, dando origine a due

stereoisomeri che col tempo si equilibrano perché la reazione è reversibile, però danno due prodotti,

alfa e beta D-glucosio con proprietà fisiche diverse. Naturalmente per i pentosi a sei atomi di carbonio

tra 5 e 2 ci sono 4 atomi, tendono a formare cicli a 5 termini in forma furanosica, non è la sola forma

possibile (anche piranosica facendo reagire l'O del carbonio 6), come nel fruttosio (chetoso). La forma

furanosica prevederà un ciclo a cinque termini con due carboni fuori dal piano, carbonio 6 e carbonio

1, la ciclizzazione avviene tra 2 e 5, con ponte etere.

Insieme al galattosio, il mannosio dà i segnali di riconoscimento intracellulare. L'importanza dei glucidi

non si ferma al metabolismo energetico. Anche i gruppi AB0 sono combinazioni di 5-6 unità di glucidi.

Poniamo attenzione su alcune sottocategorie di carboidrati, i derivati dei carboidrati. I carboidrati sono

molecole relativamente stabili ma tendono ad ossidarsi, dando origine a acidi carbossilici (ossidazione

dei gruppi aldeidici, che dà origine a acido carbossilico): nel glucosio ad esempio, il carbonio 1 si

ossida a formare un carbossile, si forma il cosiddetto acido glicuronico (o glucuronico),

importantissimo nel metabolismo perché viene utilizzato nel fegato assieme ai citocromi p450; ci sono

enzimi che ossidano il glucosio ad acido glucuronico e lo usano nel metabolismo degli xenobiotici.

Quando una sostanza che non è metabolita comune del sistema biochimico, un pesticida, un farmaco,

una sostanza estranea (uno xenobiotico, perché non appartiene al biota del sistema), tutte sostanze

che devono essere eliminate, ad esempio l'azulene, un idrocarburo che si mette nei dentifrici, si

ossida; per eliminarlo, essendo un composto idrofobico, serve l'acido glucuronico, in coniugazione a

molecole insolubili (azulene o pesticidi clorurati ad esempio), riusciamo ad el