Introduzione alla Biochimica

Biochimica

• Spiega fenomeni biologici in termini di chimica.
• Studia strutture biologiche con precise funzioni.
• Trasforma materia ed energia in modo controllato.

Organismo Vivente

• È un conglomerato di cellule separate dall'ambiente esterno.
• Ha adattamento.
• È in grado di replicarsi ed evolvere.
• Utilizza stessi tipi di molecole ed energia degli altri organismi.
• Ha organizzazione gerarchica.
• Reazioni metaboliche sono le stesse in tutti gli organismi.

Molecole Condensate

• Sono ad ordine elevato.
• La chimica della vita è unica.
• L'ordine molecolare implica la spesa di energia.
• Legami covalenti creano una struttura molecolare forte.
• Interazioni deboli determinano struttura più complessa.
• La struttura influenza la funzione.

Legami Deboli

• Coinvolgono legami elettrostatici (ionici).

• Sussistono tra due ioni o due dipoli permanenti.

• Diversi tipi di composti in soluzione acquosa allo stato ionico mediano interazioni intermolecolari.

• Dipendono dalla distanza.

• Cariche opposte tendono ad avvicinarsi.

• I legami a idrogeno sussistono tra dipoli transitori.

• Sono direzionali e dipendenti dalla distanza.

• Possiedono una certa forza.

• Sono complementari tra basi azotate.

• Le forze di Van der Waals sussistono tra dipoli transitori.

• Sono deboli ma importanti se sono tanti e vicini.

• Favoriscono la complementarietà della superficie.

• Interazioni idrofobiche portano alla separazione di molecole tendenti ad associarsi per minimizzare il contatto con l'acqua.

• Evitano riduzione dell'entropia nell'acqua.

• Influiscono sul comportamento cellulare.

Proprietà dell'Acqua

• Il solvente della vita è l'acqua.
• Possiede diverse proprietà: elevata capacità termica e costante dielettrica.
• La molecola è parzialmente carica e forma legami deboli.
• Presi singolarmente i legami sono deboli ma dissociano ioni.
• Sfera di idratazione.
• L'acqua può idrolizzare (~10⁻⁷ H3O+/OH⁻).
• Le alterazioni dovute ad acidi e basi definiscono il pH.
• pH = -log[H3O+].

Soluzioni Tampone

• Contengono quantità paragonabili di acido e base deboli.
• pH = pKa + log[base]/[acido].
• Aggiunte di acido vengono assorbite e neutralizzate.
• Tamponi biologici principali nelle cellule: H₃PO₄ ,e nel sangue.
• La concentrazione di fosfato non è elevata nei fluidi biologici.

Carbonio

• Ha quattro valenze.
• Forma legami con diversi atomi, creando molecole complesse.
• Genera una varietà di legami: C-C, C-H, C-N, C-O.
• La geometria molecolare può essere tetraedrica o planare.
• I blocchi molecolari derivano dagli idrocarburi.
• I gruppi funzionali determinano la reattività.
• Subisce alterazioni di stato di ossidazione/riduzione.

Reazioni Principali dei Gruppi Funzionali

• Estere da carbonile e ossidrile.
• Fosfoestere da alcol e acido fosforico.
• Tioestere da carbonile e solfidrile.
• Anidride da carbossile e acido inorganico.

Fonti di Carbonio e Energia

• Gli esseri viventi ricavano energia da luce o composti chimici.
• Fotoautotrofi utilizzano H₂O per produrre CO₂.
• Fotoeterotrofi sono batteri.
• Chemioautotrofi sono batteri che metabolizzano composti inorganici.
• Chemioeterotrofi includono gli umani e i batteri, dipendenti dalla luce.

Isotopi e Strutture

• La disposizione spaziale influenza il comportamento.
• Conformazione: rotazione di legami senza rottura.
• Configurazione: rottura e riformazione di legami, tra cui doppi legami e centri chirali.
• Isomeria cis/trans.

Organizzazione Cellulare

• Le cellule contengono circa il 70% di acqua.
• Oltre all'acqua sono presenti vari tipi di ioni e macromolecole.
• Polimeri a catena o ramificati.
• Costituiti da unità ripetitive (monomeri).
• La composizione può variare.
• Monomeri formano polimeri tramite condensazione o idrolisi.
• Omopolimeri hanno 1 tipo di monomero.
• Copolimeri hanno più monomeri.

Proteine

• Presenti in tutti gli organismi e coinvolte in tutte le reazioni.
• Variano sia strutturalmente che funzionalmente.
• Enzimi, trasporto, motilità, difesa, recettori strutturali.
• Classificabili in fibrose o globulari.
• Costituite da amminoacidi.

Amminoacidi

• Ne esistono 20 tipi.
• Hanno capacità di polimerizzare.
• Presentano proprietà acido-base.
• Sono chirali.
• La struttura varia in base al gruppo R.
• Struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria.
• I gruppi carbossilico e amminico formano il legame peptidico.

Classificazione degli Amminoacidi

• Non polari: processi di 'folding' e interazioni idrofobiche.
• Polari: legami H con l'acqua.
• Acidi: carica negativa e reattivi con i metalli.
• Basici: carica positiva.
• Esistono altri amminoacidi, come la selenocisteina e l'idrossiprolina.
• Alcuni non sono inclusi nelle proteine, come GABA, la citrullina e l'ornitina.
• Gli amminoacidi sono enantiomeri.
• La glicina è l'unico amminoacido non chirale.
• D/L isomeri influenzano la rotazione della luce polarizzata.

Proprietà Ottiche degli Amminoacidi

• Nella proiezione di Fisher, COOH è in alto e NH₂ a sinistra.
• In natura, gli amminoacidi sono L.
• Trp e Tyr assorbono luce UV a 280 nm.

Scheletro Peptidico

• È un filo seriale lineare N-Ca-Co.
• La disposizione trans minimizza l'ingombro sterico.
• Il legame Co-N conferisce rigidità conformazionale.
• Gli amminoacidi sono anfoteri e formano zwitterioni.
• È possibile definire un punto isoelettrico.
• I gruppi R possono essere modificati tramite ossidazione, nefrazione, ...
• Questi processi hanno un forte impatto su struttura e funzione.

Idrossilazione

• Aggiunta di un gruppo OH.
• Il collagene contiene molta prolina e lisina e necessita della presenza di ferro e vitamina C per la sua sintesi.
• La carenza di vitamina C causa lo scorbuto.

Fosforilazione

• Aggiunta di un gruppo fosforile.
• Fondamentale per la regolazione enzimatica e la trasduzione del segnale.

Acilazione

• Legame di un gruppo acilico a un amminoacido.
• Importante per la cromatina e la regolazione della trascrizione.

Analisi degli Amminoacidi

• Il saggio della Ninhidrina quantifica gli amminoacidi tramite formazione di un composto colorato.
• La spettrofotometria sfrutta le proprietà ottiche degli amminoacidi tramite misurazione dell'assorbanza.
• La cromatografia separa gli amminoacidi in base a peso e struttura.

Passaggio dagli Amminoacidi alle Proteine

• Struttura I: catena lineare di amminoacidi.
• Struttura II: organizzazione nello spazio tramite legami nello scheletro peptidico.
• Struttura III: organizzazione complessa e definita determinata dai legami covalenti, a H, legami deboli + interazioni idrofobiche.
• Struttura IV: facoltativa, per proteine con più catene polipeptidiche.

Struttura Primaria

• Sequenza lineare degli amminoacidi N-terminale a C-terminale.
• Contiene le informazioni per le strutture successive.
• Sequenze simili implicano strutture simili.
• Combinazioni limitata porta ad una grande varietà
• Legami stabili: creazione di tratti ciclici grazie ai ponti disolfuro tra cisteine
• Struttura direzionale: testa-coda
• Catena lineare di unità di grandezza: ReDa (chilodalton)
• Importante per: localizzazione proteina, regioni altamente conservate e domini funzionali.

Strutture Polipeptidiche

• Svelata nel 1953 da Sanger per l'insulina
• Insulina sintetizzata cone pro polipeptide e successivamente tagliata in due
• Legame di solfuro
• Rapporto m/z è unico per ogni peptide
• Combinazioni quasi infinite 20^n
• A partire da una miscela si possono calcolare abbondanza e natura dei singoli aminoacidi

Legami nel Peptide

• Natura parziale di doppio legame -> 120°
• Piani amminici si congiungono sul carbonio a rotazione libera N-Ca e C-C
• Diedri sono importanti per definire struttura.
• Lo scheletro peptidico è l'unità repetitiva comune e perché non sono inclusi gli R
• Conoscendo i pol e phi conosciamo lo scheletro
• Libertà conformazione ma la coppia di angoli definisce struttura

Grafico di Ramachandran

• Non tutti phi e psi sono permessi per evitare collisioni di carica e ingombri iterici
• +180° < 0 < corrisponde al piano amminico trans
• La ripetizione periodica degli angoli
• Graficho di Ramachandran (1963) determinò gli angoli ammensi
• Lo spazio conformazionale per ora limitato a sue zone primcipali
• All'amino: le regioni permessi le ampie Bly molto allentato le regde
• Grafi differisce per Gly e Pro

Struttura Secondaria

• Prodotta dal ripiegamento della catena polipeptidica
• Segmenti definiti dello schiele troppo etico
• Dati del tipo: a-elica B-foglietto Riepilogati B
• Stabilizzati da legami l H tra C= e tra gruppo ammino
• Diversi tipi:

2. elica B-fogleitto Riepilogo B ( B- Zum 〉

• Se non regolari Random coll
• Ramackandran 2° Struttiva ad a-elice Resistenza alla compressione Descritta da Pauling e Corey
• poca solubilità in acqua
• elica attorno asse centrale
• con direzionalità Ogni giro coinvolge 3,6 residui e 5,4 A come passo dell'elica Formazione tra ne residuo

Struttura a elica

• Destrogica
• Legami mirata in moda parallelo all'asse Lo spazio interno è quali nullo La sequenza a a permette la ripetizione diedri a meno 60 PH e 45/50 pSi •Angali stabillzzats NON tutti a datti per all'a-ehca perché gli R possono destabilizzare l'elica (es: Gly e Pro)
• Tolleranze Per a elica
• All Gly Tou See
• Polarità intrinseca N terminale e C-terminale
• Influenza tra A con ammino acidi fine del segmento dell'elico
• La tendenza a repellento dipende dal tippo di residui
• Interazioni tra gruppi R Gly e Pro 13 Atom per annelo

Foglietto O Confromazione

• Piani amminici orientati a rizi
• Comitati da strutture allineata in moto // & anti//
• Maggiore stabilità grazie a un legami H (Piv struttura analog anche con su ondulati tra giu carossilimca e gin amminio a significati
• Gruppi R giacciano sopra e sotto il piano de legame peptidio Passo dell'onda periodo 71 = 6 A =6,5 (8 2) Anti quas piano Quasi // Leggermente inclinato Diedri 1200 = 1050=//e + 1350 1400 antim Zona alto A Sx Nel Platz a 71 a 80 Elys a as at PH7 SFavorsciamo Foglotto LEN Val IL favaliscono foglietto Caleno Interazione

Struttura e RIPiegaments

• Reoglento / Si trova in Ripiegamento o anse la Catena canota direzioni - Collega segment B .
• Ripiegamento A 1800 A 4 Resto di
• Rapporto preci di distanza . Glve Po si travolto spesso!

Struttura e Collageno

Treccine allungana +150 Pliedil PERMessi Do Lungh Ripeduzice

• Funzione di sostegno 1764

Proteine Piu Strutt

• Proteine Strutturali le Idr070000, Mauro Agglomerata E fibrillase) Proteine Fiborse Linea Con Confromazione 8 Fasi Mestoldingt, come Tivi e le Strutto A" (1000 si Aggera Proteine Solubilli. Strutta Enimima (Terzorie Proteine) Regolat
• 27 Protelne della Cellula
• Solluto Ime de Proteine Transnembrema
• Regione intermediale Permetter di Strutto Covalenti del Membmara.
• Proteine Glodulare ai late Balla MEMBRANA Sono Polevi

Scheletro di una molecola

• Sequenza aa dei ettata Da Liedi non dipendono - Rigioni Filesiellii
• Colliagra Domoni - Strutto Secondavia.
• Rialbita Confromation 10 Sentei di gruppi

Quali sono le catene e funzioni?

25112 Faut Da Adia A Alichil Destroda Locali di i di Lati

Le eliche e l'area coil

Residui Inttagilsono TRA le Eliciti

• Strutta Alibila ALLA Yensiome Com attice eletiche
• T'unghie, Zode, Canna, Cappelli

proteine non A eliche

A" 3/Foglietti B amoti// lungo Troffitti a la Lima Impilaà A'AMINA Come"

20 e la struttura di un peptide, proteine globali?

-Hl Esterno Delli Stort: Superfic 7901 Contate Organit Interna: 07 infame

• 33 866

Modifica

Proteine Allosteniche Sian Legato A" Licandi Sial I LEGAN A" L'Affinit 1"auneuta IL ILGAUSi

Come funziona?

A causa della

• Proteina Piu Con Legandi a" 1"Affinito Sale :

Modica e la T?

la Sial" L'Aumento P" CAmbia L' Affinito Con I"Sial Strutta Strutto all' Interno e 70 D

• Cosa sono

Prome a fare lo stabilimento in forma?

3 -178 Piu Con Le

Cosa sono l'affinità?

H" AGL Sial -70 la Capacita" Di Segare a la I BASS Sial, Alora. Il A" Bassa

• Quali s le caratteristiche le cosa fa? Il Che I e
• L.149

Analisi di laboratorio

Strutt I

• Punto All' Interna

2. Modifica e legami

Sial 2, 03

Cosa è l'Effetto Bohr?

E promuove dissocication Hb ha l'Affinità A" (H+ Della Forma Ostitata

• La forma 3E di allana pea dei trich Nella Fromation T molti 5V" vengano persi e quindi 1"'allana pea" dei Resicki Es" Hi

A

Oltre all'O in quanto a cosa serve a?

R" N" ALL' Effette

Strutto i domimi?

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• Il nome e la funziona

La stabilita, codificata?

In a un' Unica per dare livello ti complicito Maggiore al Peon

Cime i gene?

OGmi gene con codifiva per on a solo e per Polipeptivo B" La Stabilità delle strutt, il livello dell'energia e quello di stabilizzazione dello strutto

La strutttura IV?

Crea una perdita di Entropia, compensato DA creastome Nuovi Legati , — 2 Catene Piu leggeri

• — 2 Catene PIUL pesante .
• A FORMA A "V
• Legami "D" S tengono vnito le Catene Leggeri,

DOMINI: 7°Piche di foghetti 8

Tasca Per Ammigene. A Aderze e Creano legami Balla de"

Vantaggio di un Sial ?

Riduzione e Comedica Piu'

Coosa si determina nellla 30

Cristallografia a raggi X in Raggis ( 5)

Perchè e così importante L analisi

Oltre ai 29 Ammino Le Cosi di una 2/S

Dna ed RNA la differenza?

Rinonanza magnetica Nudean Si Sano Balla Con Vapore

Metodo di lavoro

• Il campionamento e di che serve

Cime funziona?

L'Estrazione Delle Proteine Attravelse v Lisi,
L'Elettrofresi Su Gel 1L A

Per quali motivi ci sta

.Le Cimetriche, Le Quali, se ci sono gli

• Le Interazioni . C' è Un Valore di H2O

Oltre a ciò quali analisi ci sono?

I Metodi Clamatografiai I Metodi di Affinità (E a Quelo che Vuoto!

Cos'è l' Immunstainning?

In Colorate Contigo Si Lega a Gli Altri . C' è un Amino Composto Fluoridi

Come fare ad immagazzinare?

Vandert Hoffs

Sequenza Praria Cosa sono?

Sequenza Aminomicinico A

Proiezione e la funzionali

Un Amino Acido di e le Funzioni Ha Un Amino, Molte, il Qual e

5 Sostanze Modificate Come Inflenza.

C"" H "" La 7° M e FEuNRE:

La Carica e i Legame COV. sono Importanti per Valutate

I Essenziali per Il Lodei

Ligandi e SITI

Se le Proteine Legandino le Protimde Da Cui Partono I Liganti, Interagiscono

I modi reversibili e non

• A livello termometitico

Piu' si aumenta l' Affittua + il calore e' Maggiore

Si Intende Come Varia Le Protimde in Funzione del Logano , Sial 70

1 Ligandi come l azione della Saturazione,

• Siti Con L'Aumentano di 18

Curve da dove nascono

Curva Condivida in 12 7° di Le Con Valone P"

• Ogni Scurva ho un punto Le flesso e il valore Sposta Sul Loganioo

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