Chimica · Unità 7 1 CFU

1. Amminoacidi: i mattoni delle proteine

Gli amminoacidi Amminoacidi Molecole organiche contenenti un gruppo amminico (-NH₂) e un gruppo carbossilico (-COOH). Sono i mattoni fondamentali delle proteine. Esistono 20 amminoacidi standard che compongono le proteine negli organismi viventi. sono i monomeri Monomeri Piccole molecole che si legano tra loro per formare polimeri (grandi molecole). Esempi: gli amminoacidi sono i monomeri delle proteine, i nucleotidi sono i monomeri del DNA. che costituiscono le proteine Proteine Grandi molecole biologiche costituite da catene di amminoacidi. Svolgono funzioni essenziali: strutturali (collagene), enzimatiche (catalizzatori), di trasporto (emoglobina), di difesa (anticorpi) e regolatorie (ormoni). . Hanno una struttura generale con un gruppo amminico Gruppo amminico (-NH₂) Gruppo funzionale contenente azoto e idrogeno. Caratterizza le ammine e gli amminoacidi. In soluzione acquosa può accettare un protone (H⁺) comportandosi da base. (–NH₂), un gruppo carbossilico Gruppo carbossilico (-COOH) Gruppo funzionale contenente carbonile e ossidrile. Caratterizza gli acidi carbossilici. In soluzione acquosa può donare un protone (H⁺) comportandosi da acido. (–COOH), un atomo di idrogeno e una catena laterale (R) Catena laterale (R) La parte variabile di un amminoacido che ne determina le proprietà chimiche. Può essere apolare (idrofobica), polare (idrofila) o carica (acida o basica). variabile, tutti legati a un carbonio α (centro chirale Centro chirale Un atomo di carbonio legato a quattro sostituenti diversi. La presenza di un centro chirale rende la molecola otticamente attiva: esistono due forme speculari non sovrapponibili (enantiomeri). ).

Classificazione degli amminoacidi in base alla catena laterale (R):

Stereochimica Stereochimica Lo studio della disposizione spaziale tridimensionale degli atomi in una molecola. È importante perché molecole con la stessa formula chimica ma diversa disposizione spaziale possono avere proprietà biologiche molto diverse. degli amminoacidi

• Tutti gli amminoacidi proteici (tranne la glicina) hanno un carbonio α chirale Chirale Una molecola è chirale se non è sovrapponibile alla sua immagine speculare. La chiralità è una proprietà fondamentale in biologia perché molti processi biologici distinguono tra le due forme speculari. .
• Convenzione di Fischer Convenzione di Fischer Un modo di rappresentare le molecole chirali su una superficie piana. La catena principale è verticale, i sostituenti orizzontali vengono verso l'osservatore. Usata per rappresentare gli zuccheri e gli amminoacidi. : rappresentazione bidimensionale. Gli amminoacidi naturali sono della serie L (come la gliceraldeide L).
• Enantiomeri Enantiomeri Due molecole che sono immagini speculari l'una dell'altra ma non sovrapponibili. Hanno le stesse proprietà chimiche ma diversa attività ottica (ruotano la luce polarizzata in direzioni opposte). L e D: gli organismi utilizzano solo L-amminoacidi.

2. Proteine: struttura e funzione

Le proteine sono polimeri di amminoacidi uniti da legami peptidici Legame peptidico Legame covalente che si forma tra il gruppo carbossilico (-COOH) di un amminoacido e il gruppo amminico (-NH₂) di un altro amminoacido, con eliminazione di una molecola d'acqua. È un legame ammidico (-CO-NH-). .

Il legame peptidico

• Si forma tra il gruppo carbossilico di un amminoacido e il gruppo amminico di un altro, con eliminazione di H₂O (condensazione Condensazione Reazione chimica in cui due molecole si legano con eliminazione di una molecola più piccola (solitamente acqua). È il processo opposto dell'idrolisi. ).
• È un legame planare Planare In una struttura planare, tutti gli atomi giacciono sullo stesso piano. Il legame peptidico è planare perché ha un parziale carattere di doppio legame che impedisce la rotazione. (parziale carattere di doppio legame Parziale carattere di doppio legame Fenomeno per cui un legame singolo si comporta parzialmente come un doppio legame. Nel legame peptidico, la risonanza tra il doppio legame C=O e il legame C-N conferisce rigidità e planarità. ) e rigido Rigido Che non può ruotare liberamente. La rigidità del legame peptidico deriva dal suo parziale carattere di doppio legame, che impedisce la rotazione attorno al legame C-N. .
• Ha configurazione trans Configurazione trans In una configurazione trans, i sostituenti sono su lati opposti del doppio legame. Nel legame peptidico, i due carboni α sono in configurazione trans, il che stabilizza la struttura. (i gruppi R sono su lati opposti).

Livelli strutturali delle proteine

• Struttura primaria Struttura primaria La sequenza lineare degli amminoacidi in una proteina. Determina tutte le strutture superiori e la funzione della proteina. : sequenza lineare degli amminoacidi.
• Struttura secondaria Struttura secondaria Il ripiegamento locale della catena polipeptidica in strutture regolari come l'α-elica e il β-foglietto. È stabilizzata da legami idrogeno tra i gruppi N-H e C=O dello scheletro peptidico. : ripiegamenti locali (α-elica, β-foglietto) stabilizzati da legami idrogeno Legami idrogeno Interazione debole tra un atomo di idrogeno legato a un atomo elettronegativo (come O o N) e un altro atomo elettronegativo. È fondamentale per la struttura delle proteine e del DNA. .
• Struttura terziaria Struttura terziaria L'organizzazione tridimensionale completa di una singola catena polipeptidica. È determinata dalle interazioni tra le catene laterali degli amminoacidi (legami idrogeno, interazioni idrofobiche, ponti disolfuro, interazioni ioniche). : organizzazione tridimensionale completa di una singola catena polipeptidica.
• Struttura quaternaria Struttura quaternaria L'organizzazione di più catene polipeptidiche (subunità) che si associano per formare una proteina funzionale. Esempio: l'emoglobina è composta da quattro subunità. : associazione di più subunità polipeptidiche.

3. Carboidrati: zuccheri e polisaccaridi

I carboidrati Carboidrati Molecole organiche costituite da carbonio, idrogeno e ossigeno con formula generale (CH₂O)ₙ. Sono la principale fonte di energia per gli organismi e hanno anche funzione strutturale (cellulosa). (o glucidi) sono poliidrossialdeidi Poliidrossialdeidi Molecole che contengono più gruppi ossidrilici (-OH) e un gruppo aldeidico (-CHO). Sono una classe di carboidrati (aldosi). o poliidrossichetoni Poliidrossichetoni Molecole che contengono più gruppi ossidrilici (-OH) e un gruppo chetonico (C=O). Sono una classe di carboidrati (chetosi). . Formula generale: (CH₂O)ₙ.

Monosaccaridi Monosaccaridi I carboidrati più semplici, non idrolizzabili in unità più piccole. Sono la forma base degli zuccheri. Esempi: glucosio, fruttosio, galattosio.

• Aldosi Aldosi Monosaccaridi che contengono un gruppo aldeidico (-CHO) nella loro struttura. Esempi: glucosio, galattosio, mannosio. : contengono gruppo aldeidico (es. glucosio).
• Chetosi Chetosi Monosaccaridi che contengono un gruppo chetonico (C=O) nella loro struttura. Esempi: fruttosio, sorbosio. : contengono gruppo chetonico (es. fruttosio).
• Stereochimica: enantiomeri Enantiomeri Coppie di molecole speculari non sovrapponibili. Negli zuccheri, si distinguono in serie D e L a seconda della configurazione del carbonio chirale più lontano dal gruppo carbonilico. (D/L), epimeri Epimeri Zuccheri che differiscono per la configurazione di un solo carbonio chirale. Esempio: glucosio e galattosio sono epimeri al C-4. (differiscono per un centro chirale), anomeri Anomeri Zuccheri ciclici che differiscono per la configurazione del carbonio anomerico (il carbonio che si forma durante la ciclizzazione). Forme α e β. (α/β per il carbonio anomerico).
• Ciclizzazione Ciclizzazione Reazione in cui una molecola lineare si chiude formando un anello. I monosaccaridi ciclizzano formando emiacetali (per gli aldosi) o emichetali (per i chetosi). : formazione di emiacetali Emiacetali Composti che contengono un gruppo -OH e un gruppo -OR sullo stesso atomo di carbonio. Si formano per reazione di un aldeide con un alcol. /emichetali Emichetali Simili agli emiacetali ma derivati dai chetoni invece che dalle aldeidi. Contengono un gruppo -OH e un gruppo -OR sullo stesso atomo di carbonio. ciclici (strutture piranosiche Piranosiche Strutture cicliche a sei atomi (5 atomi di carbonio + 1 ossigeno) tipiche dei monosaccaridi come il glucosio. Deriva dal piranosio. e furanosiche Furanosiche Strutture cicliche a cinque atomi (4 atomi di carbonio + 1 ossigeno) tipiche dei monosaccaridi come il fruttosio. Deriva dal furanosio. ).
• Mutarotazione Mutarotazione Il cambiamento del potere ottico rotatorio di una soluzione di un monosaccaride. È dovuto all'equilibrio tra le forme anomeriche α e β che si interconvertono attraverso la forma lineare aperta. : cambiamento del potere ottico rotatorio dovuto all'equilibrio tra anomeri α e β.

Disaccaridi Disaccaridi Carboidrati formati da due monosaccaridi uniti da un legame glicosidico. Esempi: saccarosio (glucosio + fruttosio), maltosio (glucosio + glucosio), lattosio (galattosio + glucosio).

• Saccarosio Saccarosio Zucchero da tavola. Disaccaride formato da glucosio e fruttosio uniti da un legame α,β-1,2-glicosidico. Non è uno zucchero riducente. : glucosio + fruttosio (legame α,β-1,2-glicosidico).
• Maltosio Maltosio Disaccaride formato da due molecole di glucosio unite da un legame α-1,4-glicosidico. È uno zucchero riducente. : glucosio + glucosio (legame α-1,4).
• Lattosio Lattosio Zucchero del latte. Disaccaride formato da galattosio e glucosio uniti da un legame β-1,4-glicosidico. È uno zucchero riducente. : galattosio + glucosio (legame β-1,4).

Polisaccaridi Polisaccaridi Carboidrati complessi formati da lunghe catene di monosaccaridi uniti da legami glicosidici. Hanno funzione di riserva energetica (amido, glicogeno) o strutturale (cellulosa).

• Omopolisaccaridi Omopolisaccaridi Polisaccaridi composti da un solo tipo di monosaccaride. Esempi: amido, glicogeno, cellulosa (tutti di glucosio). :
  • Amido Amido Polisaccaride di riserva energetica nei vegetali. È composto da due componenti: amilosio (lineare) e amilopectina (ramificata). : riserva energetica nei vegetali (amilosio + amilopectina).
  • Glicogeno Glicogeno Polisaccaride di riserva energetica negli animali. È simile all'amido ma più ramificato. Si trova principalmente nel fegato e nei muscoli. : riserva energetica negli animali (struttura ramificata).
  • Cellulosa Cellulosa Polisaccaride strutturale nelle piante. È formata da unità di glucosio unite da legami β-1,4-glicosidici. Gli esseri umani non hanno enzimi per digerirla (fibra alimentare). : componente strutturale delle piante (legami β-1,4).
• Eteropolisaccaridi Eteropolisaccaridi Polisaccaridi composti da diversi tipi di monosaccaridi. Esempi: i glicosamminoglicani della matrice extracellulare. :
  • Glicosamminoglicani (GAG) Glicosamminoglicani (GAG) Lunghe catene polisaccaridiche lineari costituite da unità ripetute di disaccaridi. Sono componenti della matrice extracellulare. Esempi: acido ialuronico, eparina. : componenti della matrice extracellulare (es. acido ialuronico, eparina).

4. Lipidi: grassi e molecole affini

I lipidi Lipidi Molecole organiche idrofobiche (insolubili in acqua) ma solubili in solventi organici. Hanno funzione di riserva energetica (trigliceridi), strutturale (fosfolipidi delle membrane) e di segnalazione (ormoni steroidei). sono molecole idrofobiche Idrofobiche Letteralmente "che temono l'acqua". Le molecole idrofobiche sono apolari e non si sciolgono in acqua. I lipidi sono idrofobici perché contengono lunghe catene di carbonio e idrogeno. (apolari) con funzione di riserva energetica, strutturale e di segnalazione.

Acidi grassi Acidi grassi Acidi carbossilici a lunga catena alchilica. Sono i componenti fondamentali dei trigliceridi e dei fosfolipidi. Possono essere saturi (senza doppi legami) o insaturi (con uno o più doppi legami).

• Saturi Acidi grassi saturi Acidi grassi in cui tutti i legami carbonio-carbonio sono legami semplici (singoli). Hanno punti di fusione più alti e sono solidi a temperatura ambiente. Esempi: acido palmitico, acido stearico. : solo legami semplici (es. acido palmitico C16:0, acido stearico C18:0).
• Insaturi Acidi grassi insaturi Acidi grassi che contengono uno o più doppi legami. Hanno punti di fusione più bassi e sono liquidi a temperatura ambiente (oli). Esempi: acido oleico, acido linoleico. : contengono uno o più doppi legami (es. acido oleico C18:1, acido linoleico C18:2, acido linolenico C18:3).
• Proprietà: gli acidi grassi insaturi hanno punti di fusione più bassi (sono liquidi a temperatura ambiente → oli).
• Acidi grassi essenziali Acidi grassi essenziali Acidi grassi che l'organismo umano non può sintetizzare e che devono essere introdotti con la dieta. Sono il linoleico (omega-6) e il linolenico (omega-3). : linoleico e linolenico (devono essere introdotti con la dieta).

Trigliceridi Trigliceridi Esteri del glicerolo con tre acidi grassi. Sono la principale forma di riserva energetica negli organismi (grassi e oli).

• Esteri del glicerolo Glicerolo Un alcol a tre atomi di carbonio con tre gruppi ossidrilici (-OH). È il componente strutturale dei trigliceridi e dei fosfolipidi. con tre acidi grassi.
• Funzione: riserva energetica (grassi e oli).

Lipidi complessi Lipidi complessi Lipidi che contengono altri gruppi funzionali oltre agli acidi grassi. Includono i fosfolipidi (componenti delle membrane) e i glicolipidi.

• Glicerofosfolipidi Glicerofosfolipidi Fosfolipidi basati sul glicerolo. Contengono glicerolo + 2 acidi grassi + un gruppo fosfato + un alcol polare. Sono i componenti principali delle membrane cellulari. : glicerolo + 2 acidi grassi + gruppo fosfato + alcol (es. fosfatidilcolina, fosfatidilserina). Componenti delle membrane cellulari.
• Sfingolipidi Sfingolipidi Lipidi complessi basati sulla sfingosina (un aminoalcol) invece che sul glicerolo. Esempi: sfingomielina (componente delle membrane neuronali). : basati sulla sfingosina (es. sfingomielina).
• Glicolipidi Glicolipidi Lipidi che contengono carboidrati (zuccheri). Sono componenti delle membrane cellulari e hanno funzione di riconoscimento cellulare. Esempi: gangliosidi. : lipidi con zuccheri (es. gangliosidi).

5. Nucleotidi e acidi nucleici

I nucleotidi Nucleotidi I monomeri degli acidi nucleici. Sono composti da una base azotata, uno zucchero (ribosio o desossiribosio) e uno o più gruppi fosfato. Hanno anche funzione energetica (ATP) e di segnalazione (cAMP). sono i monomeri degli acidi nucleici Acidi nucleici Grandi molecole biologiche che contengono l'informazione genetica. Il DNA (acido desossiribonucleico) e l'RNA (acido ribonucleico) sono i due principali tipi. (DNA e RNA). Sono composti da:

• Base azotata Base azotata Molecola organica contenente azoto che forma i nucleotidi. Le basi azotate si dividono in purine (adenina, guanina) e pirimidine (citosina, timina, uracile). : purinica Purine Basi azotate a doppio anello: adenina (A) e guanina (G). Sono presenti sia nel DNA che nell'RNA. (adenina, guanina) o pirimidinica Pirimidine Basi azotate a singolo anello: citosina (C), timina (T) e uracile (U). La timina è presente solo nel DNA, l'uracile solo nell'RNA. (citosina, timina, uracile).
• Zucchero Zucchero (nei nucleotidi) Ribosio (nell'RNA) o desossiribosio (nel DNA). La differenza è che il desossiribosio ha un atomo di ossigeno in meno al carbonio 2'. : ribosio Ribosio Zucchero a cinque atomi di carbonio che fa parte dell'RNA. Contiene un gruppo ossidrilico (-OH) al carbonio 2'. (nell'RNA) o desossiribosio Desossiribosio Zucchero a cinque atomi di carbonio che fa parte del DNA. È simile al ribosio ma ha un atomo di idrogeno invece di un gruppo ossidrilico al carbonio 2'. (nel DNA).
• Gruppo fosfato Gruppo fosfato Gruppo funzionale contenente fosforo (PO₄³⁻). Nei nucleotidi può essercene uno (monofosfato), due (difosfato) o tre (trifosfato). L'ATP ha tre gruppi fosfato. (uno o più).

Nucleosidi Nucleosidi Un nucleotide senza il gruppo fosfato. Sono composti da una base azotata + uno zucchero (ribosio o desossiribosio). Esempi: adenosina, guanosina, citidina. : base + zucchero (senza fosfato).

Nucleotidi Nucleotidi Nucleoside + uno o più gruppi fosfato. Esempi: AMP (adenosina monofosfato), ADP (adenosina difosfato), ATP (adenosina trifosfato). : base + zucchero + fosfato.

Dinucleotidi Dinucleotidi Molecole formate da due nucleotidi legati insieme. Hanno funzione di trasporto di elettroni nelle reazioni di ossidoriduzione. Esempi: NAD⁺/NADH, FAD/FADH₂. nelle reazioni redox

• NAD⁺/NADH NAD⁺/NADH (Nicotinammide Adenin Dinucleotide) Coenzima che trasporta elettroni nelle reazioni di ossidoriduzione. La forma ossidata (NAD⁺) accetta elettroni diventando NADH ridotto. È coinvolto nella glicolisi e nel ciclo di Krebs. : nicotinammide adenin dinucleotide – trasporta elettroni nella glicolisi e nel ciclo di Krebs.
• FAD/FADH₂ FAD/FADH₂ (Flavin Adenin Dinucleotide) Coenzima che trasporta elettroni nelle reazioni di ossidoriduzione. La forma ossidata (FAD) accetta elettroni diventando FADH₂ ridotto. È coinvolto nel ciclo di Krebs e nella catena respiratoria. : flavin adenin dinucleotide – trasporta elettroni nel ciclo di Krebs e nella catena respiratoria.

Acidi nucleici Acidi nucleici DNA (acido desossiribonucleico) e RNA (acido ribonucleico). Sono polimeri di nucleotidi che contengono l'informazione genetica e la regolano. : DNA e RNA

• Legame fosfodiestere Legame fosfodiestere Legame chimico che unisce i nucleotidi negli acidi nucleici. Si forma tra il gruppo fosfato di un nucleotide e il carbonio 3' dello zucchero del nucleotide successivo. : legame tra il gruppo fosfato di un nucleotide e il carbonio 3' dello zucchero del nucleotide successivo.
• DNA DNA (Acido Desossiribonucleico) La molecola che contiene l'informazione genetica negli organismi viventi. Ha una struttura a doppia elica, contiene timina (T) al posto dell'uracile e zucchero desossiribosio. : doppia elica (Watson-Crick), contiene timina, zucchero desossiribosio, funzione di deposito dell'informazione genetica.
• RNA RNA (Acido Ribonucleico) Acido nucleico a singolo filamento che ha molteplici funzioni: messaggero (mRNA), transfer (tRNA), ribosomiale (rRNA). Contiene uracile (U) invece della timina e zucchero ribosio. : singolo filamento, contiene uracile, zucchero ribosio, funzioni multiple (mRNA, tRNA, rRNA).

6. Modificazioni non enzimatiche e antiossidanti

Modificazioni non enzimatiche delle biomolecole

• Deaminazione della citosina: la citosina perde il gruppo amminico formando uracile (mutagenesi Mutagenesi Il processo di formazione di mutazioni nel DNA. La deaminazione spontanea della citosina a uracile è un esempio di danno al DNA che può portare a mutazioni se non riparato. ).
• Radicale idrossilico Radicale idrossilico (OH•) Una specie chimica altamente reattiva che contiene un atomo di ossigeno con un elettrone spaiato. È il più reattivo dei radicali liberi e causa danni a lipidi, proteine e DNA. (OH•): il più reattivo dei radicali liberi. Danneggia:
  • Lipidi: perossidazione lipidica Perossidazione lipidica Ossidazione dei lipidi di membrana causata da radicali liberi. Porta alla degradazione delle membrane cellulari ed è coinvolta nell'invecchiamento e in diverse patologie. → danni alle membrane.
  • Proteine: ossidazione di amminoacidi (es. cisteina, metionina).
  • DNA: rottura del filamento, formazione di 8-oxo-guanina (mutagenesi).

Attività antiossidante non enzimatica Attività antiossidante non enzimatica Capacità di alcune molecole di neutralizzare i radicali liberi senza l'intervento di enzimi. Esempi: glutatione, vitamina E, carotenoidi.

• Glutatione (GSH) Glutatione Un tripeptide (acido glutammico-cisteina-glicina) che è il principale antiossidante intracellulare. Contiene un gruppo tiolico (-SH) che neutralizza i radicali liberi. La forma ossidata è il GSSG (due molecole di GSH legate da un ponte disolfuro). : tripeptide (glu-cys-gli) con gruppo tiolico Gruppo tiolico (-SH) Gruppo funzionale contenente zolfo e idrogeno. È presente nella cisteina e nel glutatione. I gruppi tiolici sono importanti per l'attività antiossidante e per la formazione di ponti disolfuro. (–SH) che neutralizza i radicali liberi. Forma ossidata (GSSG) mediante legame disolfuro.
• Tocoferolo (vitamina E) Tocoferolo (vitamina E) Antiossidante liposolubile che protegge le membrane cellulari dall'ossidazione. È un composto che interrompe la perossidazione lipidica delle membrane. : antiossidante liposolubile, protegge le membrane dall'ossidazione.
• Carotenoidi Carotenoidi Pigmenti vegetali che hanno proprietà antiossidanti. Sono molecole con doppi legami coniugati che possono neutralizzare i radicali liberi. Esempi: β-carotene, licopene. : molecole con doppi legami coniugati (es. β-carotene, licopene) che neutralizzano i radicali liberi.