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Biochimica di ambito sanitario Biochimica Università degli Studi di Ferrara (U...

Biochimica di ambito sanitario Biochimica Università degli Studi di Ferrara (UNIFE) 70 pag. AMMINOACIDI - Gli amminoacidi standard sono a-amminoacidi e possiedono : - Un gruppo amminico 8-NH2) - Un gruppo carbossilico (200H) Exezzione = PROLINA Funzioni Amminoacidi : 1) sono i monomeri delle proteine 2) Molte molecole la Tirosina dalla Tiroxina importanti sono derivati degli amminodeidi. ad esempio deriva si comporta da neurotrasmettitore , 3) Gli amminoacidi sono convolti nelle reazioni metaboliche come la Glucogenesi. CARATTERISTICHE : La struttura amminoacidi differisce base alla catena laterale. degli - in Gli amminoacidi eccetto la Glicina hanno centri chivali. ruotano luce - sul piano di polarizzata. possono avere configurazione D Cruota a dxl o L Trota a Sx). Il carbonio a è chirale. e le molecole chirali esistono speculari sovrapponibili come due immagini non dette enantiomeri. NEURO TRASMETTITORI : D in Inibitori e Eccitatori : visi INIBITORI : - Elicina = E convolta in funzioni motorie e sensitorie. - GABA = Il più comune neurotrasmettitore nel cervello ; Malattia di Huntington. ECCITATORI : - Acido Elutammico e Aspartico Adrenalina Document shared on https://www.docsity.com/it/biochimica-di-ambito-sanitario/10834721/ - deviva dalla tirosina Downloaded by: ilaria-pecoraro-4 ([email protected]) BIOCHIMICA STRUTTURA DELLE PROTEINE INTRODUZIONE Gli amminoacidi sono gli elementi costitutivi delle proteine, che hanno proprietà strutturali e funzionali nel nostro corpo. Le proteine non hanno una funzione energetica come i lipidi o i carboidrati. Funzioni delle proteine: - trasportano l'ossigeno nel sangue - sono i componenti primari della pelle e dei muscoli - meccanismi di difesa contro le infezioni - servono come catalizzatori biologici chiamati enzimi. - controllano il metabolismo degli ormoni. Le proteine sono polimeri di aminoacidi legati in modo covalente con un legame peptidico in specifiche sequenze. Ci sono 20 amminoacidi comunemente presenti che costituiscono le proteine e l'ordine degli amminoacidi nelle proteine ne determina la struttura e la funzione biologica. Quando gli amminoacidi sono legati covalentemente l'uno all'altro, questa catena può attorcigliarsi e piegarsi per formare una struttura tridimensionale unica che ha una funzione specifica. FORMAZIONE DELLE PROTEINE Quando due aminoacidi si condensano, si forma un dipeptide. Lo ione carbossilato (-COO-) di un amminoacido reagisce con l'ammina protonata (-NH3+) di un secondo amminoacido. Si perde una molecola d'acqua e si forma un gruppo funzionale ammidico. Tra i due amminoacidi si forma un legame ammidico. Quando gli amminoacidi si combinano in una reazione di condensazione, il legame ammidico che si forma tra di loro è chiamato legame peptidico. Il prodotto che si forma durante la condensazione di alanina e valina è noto come dipeptide. In questo dipeptide, l'alanina è chiamata N-terminale perché ha un gruppo non reagito alfa – amino. La Valina è chiamata C-terminale perché ha un gruppo alfa – carbossilato non reagito. Le strutture sono sempre scritte da N-terminale a C-terminale. Due amminoacidi possono combinarsi in due modi formando due diversi dipeptidi. I due dipeptidi formati dalla condensazione di Ala e Val sono Ala-Val e Val-Ala. Sono isomeri strutturali, composti diversi, e hanno proprietà diverse. Document shared on https://www.docsity.com/it/biochimica-di-ambito-sanitario/10834721/ Downloaded by: ilaria-pecoraro-4 ([email protected]) I peptidi che si formano nella condensazione di tre amminoacidi sono noti come tripeptidi; quelli con quattro amminoacidi sono tetrapeptidi; quelli con cinque amminoacidi sono pentapeptidi; ecc. CARATTERISTICHE DEL LEGAME PEPTIDICO Tra un gruppo ammide di un amminoacido e un gruppo carbossile di un altro amminoacido, è un legame molto forte e non può ruotare perché non è un legame completamente singolo: ( O tende a caricarsi negativamente mentre N si carica negativamente quindi gli elettroni si distribuiscono nell’asse O-C-N-H) ha delle caratteristiche di un doppio legame (non può ruotare e ha una struttura planare) e perciò esistono delle formule di risonanza. La rotazione è permessa tra angoli Phi () (tra il C alfa e l’azoto) e Psi () (tra il C alfa e il C del gruppo carbossilico). Gli angoli planari del legame e le lunghezze del legame sono fissi. La rotazione è bloccata a livello peptidico ma a livello degli altri legami può ruotare. FORMAZIONE DELLE PROTEINE Un polipeptide è un composto che si forma quando il numero di amminoacidi aumenta. Un polipeptide biologicamente attivo, composto da 50 o più amminoacidi, è chiamato proteina. LA STRUTTURA TRIDIMENSIONALE DELLE PROTEINE I peptidi e le proteine hanno forme o strutture tridimensionali. Le proteine hanno quattro livelli di struttura: 1. Primaria (1°) 2. Secondaria (2°) 3. Terziaria (3°) 4. Quaternaria (4°) Ogni livello di struttura proteica è il risultato delle interazioni tra gli amminoacidi della proteina. Struttura primaria La struttura primaria è l'ordine in cui gli aminoacidi sono uniti tra loro da legami peptidici che formano la spina dorsale da N-terminale a C-terminale. Le catene laterali degli aminoacidi sono sostituti di questa spina dorsale. L'ordine o la sequenza degli amminoacidi in una catena proteica sono importanti nel determinare la sua struttura e la sua funzione. Disporre gli amminoacidi in un ordine diverso crea un polipeptide o una proteina che non ha più la stessa funzione della sequenza iniziale degli amminoacidi. Per esempio, l'otto peptide peptide angiotensina II, che è coinvolto nella normale regolazione della pressione sanguigna negli esseri umani, ha la seguente sequenza di aminoacidi: Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe. Qualsiasi altro ordine di amminoacidi in questo peptide darebbe come risultato un peptide che non funzionerebbe come angiotensina II. Struttura secondaria La struttura secondaria di una proteina descrive modelli ripetuti di struttura all'interno della struttura tridimensionale di una proteina. Le due strutture secondarie più comuni sono: 1. L'elica alfa ( - elica) 2. Foglio a pieghe beta ( -foglio pieghettato) L' elica è una struttura a spirale e, proprio come la bobina di un cavo telefonico, è una bobina di destra cioè gira in maniera destrogira. Questa bobina è stabilizzata da legami di idrogeno tra l'ossigeno carbonile di un amminoacido e N-H atomo di idrogeno di un altro amminoacido situato a quattro amminoacidi da esso nella struttura primaria. La bobina è in grado di allungarsi e accorciarsi, ed è una struttura forte. Le catene laterali sporgono verso l'esterno dall'asse dell'elica. Una struttura secondaria comporta un legame con l'idrogeno lungo la catena principale (backbone). Document shared on https://www.docsity.com/it/biochimica-di-ambito-sanitario/10834721/ Downloaded by: ilaria-pecoraro-4 ([email protected]) PROPRIETÀ DELL’ALFA ELICA l’alfa elica è un ripiegamento ed è una struttura secondaria. -     −60° - Legami a idrogeno: tra C=O di residuo n, e NH di residuo n+4 - 3,6 residui amminoacidici per ogni giro dell’elica PROPRIETÀ DEL BETA FOGLIETTO Questa struttura è a fisermonica, il foglio -pieghettato è una struttura estesa in cui i segmenti della catena proteica si allineano a formare una struttura a zig-zag. I gruppi R stanno sopra e sotto al foglietto e non in mezzo. RIPIEGAMENTI E ANSE Tra alfa elica e beta foglietto ci possono essere dei punti di non ripiegamento definiti ripiegamenti e anse: - Ripiegamenti: regioni brevi di non - , non -  conformazione - Anse: tratti più grandi senza struttura secondaria. Spesso disordinato: "Bobina casuale" Le sequenze variano molto di più rispetto alle regioni a struttura secondaria Document shared on https://www.docsity.com/it/biochimica-di-ambito-sanitario/10834721/ Downloaded by: ilaria-pecoraro-4 ([email protected]) Una proteina può essere costituita o da alfa eliche o da beta foglietti o da tutte e due le cose. Le interazioni delle catene laterali all'interno della struttura secondaria portano alla struttura terziaria delle proteine. Struttura terziaria La struttura terziaria è la struttura tridimensionale dei foglietti nello spazio. La struttura terziaria dà alla proteina la sua funzione. Essa comporta la torsione e il ripiegamento della catena polipeptidica causata da interazioni idrofobiche e idrofile tra le catene laterali degli aminoacidi. Le catene laterali amminiche non polari finiscono all'interno della proteina, lontano dall'ambiente acquoso. Le catene laterali polari appaiono sulla superficie della proteina poiché sono attratte dall'ambiente acquoso. La stabilizzazione della struttura terziaria è data da: - Forze attrattive tra le catene laterali e l'ambiente acquoso - Forze attrattive tra le catene laterali stesse Queste forze attrattive fanno sì che la proteina si ripieghi in una specifica forma tridimensionale. Le interazioni nella struttura terziaria comportano: - Interazioni non polari o idrofobiche - Interazioni polari o idrofile - Ponti salini (interazioni ioniche) - Legami disolfuro, che sono legami covalenti formatisi tra gruppi -SH di due molecole di cisteina. Le proteine sono classificate in gruppi in base alla loro forma tridimensionale. - Le proteine globulari sono strutture sferiche compatte, solubili in ambiente acquoso. La mioglobina, che immagazzina l'ossigeno nel muscolo, ne è un esempio. - Le proteine fibrose sono strutture lunghe e filiformi ad alto contenuto elicoidale. Le cheratine, che si trovano nei capelli, nelle unghie, nelle squame dei rettili e nel collagene Struttura Quaternaria La struttura quaternaria è costituita da due o più catene polipeptidiche che interagiscono per formare una proteina biologicamente attiva. Le catene polipeptidiche stanno insieme o da interazioni idrofobiche o legami idrogeno o ponti di solfuro. L'emoglobina, una proteina di trasporto dell'ossigeno, è un esempio di una proteina con una struttura quaternaria. - È costituita da quattro catene o subunità polipeptidiche. - Ha due subunità alfa identiche e due subunità beta identiche. - Tutte e quattro le subunità devono essere presenti perché la proteina funzioni come vettore di ossigeno. Non tutte le proteine hanno una struttura quaternaria. PROCESSI CHE FANNO PERDERE LA STRUTTURA ALLE PROTEINE La perdita della struttura terziaria comporta la perdita della funzione delle proteine ciò significa che per funzionare una proteina deve avere una struttura terziaria. La denaturazione è un processo che distrugge le strutture secondarie, terziarie e quaternarie in modo cosi da perdere le loro funzioni. La struttura primaria non viene distrutta durante la denaturazione. La frittura di un uovo è un esempio di denaturazione a caldo. Il calore perturba le forze intermolecolari come il legame con l'idrogeno, Document shared on https://www.docsity.com/it/biochimica-di-ambito-sanitario/10834721/ Downloaded by: ilaria-pecoraro-4 ([email protected]) le forze di Londra e altre interazioni polari. Altri agenti denaturanti (che rompono la struttura terziaria della proteina): - Variazioni del pH, che alterano la capacità delle catene laterali acide e basiche di formare ponti salini - Composti organici, che romperanno i legami del disolfuro - Metalli pesanti che rompono i ponti salini e i legami di disolfuro - Agitazione meccanica, che interrompe i legami a idrogeno e le forze di London Il processo di denaturazione è usato come antidoto per l'avvelenamento da piombo o mercurio. Gli albumi d'uovo possono essere somministrati ad un individuo che ha ingerito un metallo pesante. Gli albumi sono denaturati dai metalli pesanti e si forma un precipitato. Il vomito è indotto per eliminare il precipitato di metallo-proteine. ESEMPI DI PROTEINE BIOLOGICAMENTE IMPORTANTI Collagene Il collagene è la proteina più abbondante nel corpo ed è importante per il sostengo. Si trova nel tessuto connettivo come la cartilagine, la pelle, i vasi sanguigni e i tendini. Una speciale struttura quaternaria chiamata tripla elica forma la struttura fibrosa del collagene, la quale si intreccia e diventa molto resistente. Emoglobina L'emoglobina trasporta l'ossigeno nel sangue. È composta da due subunità alfa e due subunità beta tenute insieme da legami di idrogeno, forze di London e ponti salini. Anticorpi Gli anticorpi, noti anche come immunoglobuline, vengono prodotti nel nostro corpo quando un agente estraneo come i batteri entra nel nostro corpo. - L'agente estraneo riconosciuto dagli anticorpi è noto come antigene. - Gli anticorpi sono costituiti da quattro catene polipeptidiche tenute insieme da legami di disolfuro e forze intermolecolari. - Gli anticorpi sono a forma di "Y". Gli antigeni si legano nella parte superiore di ogni braccio della Y. La parte superiore di ogni Y ha una struttura primaria unica per un particolare antigene e lega un solo antigene, che viene poi distrutto dal sistema immunitario. Proteine Integrali a Membrana Le proteine di membrana integrale coprono la regione non polare di una membrana cellulare e facilitano il movimento delle sostanze polari attraverso la membrana. Un’ importante proteina di membrana integrale coinvolta nell'equilibrio elettrolitico è la pompa di sodio potassio (Na+/K+ ATPasi). La proteina della pompa sodio - potassio è composta da quattro catene polipeptidiche tenute insieme da forze intermolecolari. Le catene laterali incorporate nella regione non polare della membrana cellulare sono non polari, permettendo loro di interagire con la regione non polare della membrana. La cavità centrale della proteina è rivestita con amminoacidi polari, permettendo alle molecole polari di passare. Document shared on https://www.docsity.com/it/biochimica-di-ambito-sanitario/10834721/ Downloaded by: ilaria-pecoraro-4 ([email protected])  COLLAGENE Un quarto di tutte le proteine del corpo è collagene; è la principale proteina strutturale nei tendini, pelle, organi interni, ossa e denti. Il collagene fa parte delle proteine fibrose: molecole a lunga catena contenenti sequenze amminoacidiche ripetitive, danno sostengo e sono del tessuto connettivo. Diviso in 3 gruppi: A) bobina a spirale alfa eliche (cheratina) => Fibre della lana flessibili possono estendere fino sono si doppio della al loro lunghezza B) tripla elica (collagene) -> interessa a noi ritornano alla loro lunghezza quando e applico più tensione non. C) beta pieghettata (seta) B) Tripla elica Le fibre di collagene sono forti, resistenti allo stiramento e rigide: - Forte - Fibre di ragno (ragnatele) più resistenti dei fili d'acciaio della stessa dimensione - Flessibile da non rompere La struttura a tripla elica del collagene La tripla elica è la torsione e l’attorcigliamento di tre catene polipeptidiche a 1400 amminoacidi. Una struttura ripetuta di 3 amminoacidi (struttura quaternaria) in cui ogni terzo amminoacido è una glicina (amminoacido più piccolo) o un'alanina (anche è piccola). Il resto della catena sono prolina e idrossiprolina. Le singole catene e la tripla elica sono levogire e vanno a costituire la super-elica la quale è destrogira. Le torsioni della super-elica avvengono se c’è un amminoacido con un gruppo R piccolo. Glicina è richiesta alla giunzione stretta dove le 3 catene sono a contatto. L'idrossiprolina (prolina idrossilata cioè le viene aggiunto un gruppo OH) è fondamentale per la stabilità del collagene. Creata dalla modifica (avvenuta grazie alle idrossilasi) della prolina normale dopo la costruzione del collagene. L’idrossilprolina funziona sono in presenza della vitamina C, la quale è essenziale per il processo, la mancanza di vitamina C si traduce in decrepazioni della produzione di collagene che causano lo scorbuto. Le catene sono tenute insieme da legami diretti H tra i gruppi proline C=O di una catena e il gruppo GLY NH di un'altra catena. Le molecole di H2O si trovano tra le catene vicino ai residui di alanina. PROTEINE DI MEMBRANA E DI MEMBRANA La membrana cellulare separa il citoplasma cellulare dall’ambiente esterno. STRUTTURA DELLA MEMBRANA: 1. Fosfolipidi disposti a doppio strato 2. Proteine globulari inserite nel doppio strato lipidico 3. Modello mosaico fluido (grazie alle catene di acidi grassi) - mosaico di proteine galleggia nel o sul doppio strato lipidico fluido Le membrane cellulari hanno 4 componenti: 1. Fosfolipide a doppio strato: Matrice flessibile, barriera alla permeabilità 2. Proteine transmembrana: Proteine di membrana integrale 3. Rete proteica interna: Proteine di membrana periferiche 4. Marcatori di superficie delle celle: Glicoproteine e glicolipidi Document shared on https://www.docsity.com/it/biochimica-di-ambito-sanitario/10834721/ Downloaded by: ilaria-pecoraro-4 ([email protected]) Fosfolipidi La struttura è composta da: - Glicerolo: un alcol a 3 carboni - 2 acidi grassi legati al glicerolo: Non polari e idrofobici - Gruppo fosfato attaccato al glicerolo: Polare e idrofilo Forma spontaneamente un doppio strato: - Gli acidi grassi sono all'interno - I gruppi di fosfati sono su entrambe le superfici Il doppio strato è fluido. L'adesione all'idrogeno dell'acqua tiene insieme i 2 strati. I singoli fosfolipidi e le proteine non ancorate possono muoversi attraverso la membrana. Influenze ambientali Gli acidi grassi saturi rendono la membrana meno fluida degli acidi grassi insaturi: - I "Kinks" introdotti dai doppi legami impediscono di impacchettare tutto - La maggior parte delle membrane contiene anche steroli come il colesterolo, che possono aumentare o diminuire la fluidità della membrana, a seconda della temperatura Le temperature calde rendono la membrana più fluida delle temperature fredde. PROTEINE DI MEMBRANA Varie funzioni: 1. Trasportatori 2. Enzimi 3. Recettori della superficie cellulare 4. Marcatori di identità della superficie cellulare 5. Proteine di adesione cellula a cellula 6. Attacchi al citoscheletro Le diverse funzioni derivano dalle diverse strutture delle proteine di membrana. Hanno caratteristiche strutturali comuni legate al loro ruolo di proteine di membrana. Proteine periferiche: Le molecole di ancoraggio attaccano la proteina di membrana alla superficie Le molecole di ancoraggio sono lipidi modificati con: - Regioni non polari che si inseriscono nella porzione interna del doppio strato lipidico - Domini di legame chimico che si collegano direttamente alle proteine Proteine di membrana integrali Estensione del doppio strato lipidico (proteine transmembrane): - Le regioni non polari della proteina sono incorporate all'interno del doppio strato - Le regioni polari della proteina sporgono da entrambi i lati del doppio strato Dominio transmembrana: - Si estende sul doppio strato lipidico - Amminoacidi idrofobici disposti in α eliche Le proteine hanno bisogno solo di un singolo dominio transmembrana per essere ancorate alla membrana, ma spesso hanno più di un dominio di questo tipo Pori Ampie regioni non polari all'interno di una proteina transmembrana possono creare un poro attraverso la membrana. Cilindro di foglietti beta nella struttura secondaria della proteina chiamata barile beta. L'interno è polare e permette all'acqua e alle piccole molecole polari di passare attraverso la membrana. Document shared on https://www.docsity.com/it/biochimica-di-ambito-sanitario/10834721/ Downloaded by: ilaria-pecoraro-4 ([email protected]) TRASPORTO PASSIVO Il trasporto passivo è il movimento di molecole attraverso la membrana in cui: - Non è richiesta energia - Le molecole si muovono in risposta ad un gradiente di concentrazione La diffusione è il movimento di molecole da alta concentrazione a bassa concentrazione: continuerà fino a quando la concentrazione non sarà la stessa in tutte le regioni. La principale barriera all'attraversamento di una membrana biologica è l'interno idrofobico che respinge le molecole polari ma non le molecole non polari: - Le molecole non polari si muoveranno fino a quando la concentrazione non sarà uguale da entrambi i lati - Permeabilità limitata alle piccole molecole polari - Permeabilità molto limitata alle molecole polari e agli ioni più grandi DIFFUSIONE FACILITATA Le molecole che non possono attraversare facilmente la membrana possono muoversi attraverso le proteine Passare da una concentrazione più alta ad una più bassa - Proteine del canale: Canale idrofilo quando è aperto - Proteine portanti: Si legano specificamente alle molecole che aiutano La membrana è selettivamente permeabile PROTEINE CANALE Canali ionici: - Permettere il passaggio di ioni - Canali a recinzione - aprono o chiudono in risposta ad uno stimolo (chimico o elettrico) 3 condizioni determinano la direzione - Concentrazione relativa su entrambi i lati della membrana - Differenze di tensione tra le membrane - Canali recintati - canale aperto o chiuso PROTEINE PORTANTI (CARRIERS) Possono aiutare a trasportare sia gli ioni che altri soluti, come alcuni zuccheri e amminoacidi. Richiede una differenza di concentrazione attraverso la membrana. Deve legarsi alla molecola che trasporta: Saturazione - tasso di trasporto limitato dal numero di trasportatori. OSMOSI Il citoplasma della cellula è una soluzione acquosa: - L'acqua è solvente - Le sostanze disciolte sono soluti Osmosi → diffusione netta dell'acqua attraverso una membrana verso una maggiore concentrazione di soluto CONCENTRAZIONE OSMOTICA Quando 2 soluzioni hanno concentrazioni osmotiche diverse: - La soluzione ipertonica ha una concentrazione di soluto più alta - La soluzione ipotonica ha una concentrazione di soluto inferiore Quando due soluzioni hanno la stessa concentrazione osmotica, le soluzioni sono isotoniche. Le aquaporine facilitano l'osmosi. Document shared on https://www.docsity.com/it/biochimica-di-ambito-sanitario/10834721/ Downloaded by: ilaria-pecoraro-4 ([email protected]) PRESSIONE OSMOTICA Forza necessaria per fermare il flusso osmotico. La cellula in una soluzione ipotonica guadagna acqua causando il rigonfiamento della cellula: crea pressione. Se la membrana è abbastanza forte, la cellula raggiunge il controbilanciamento della pressione osmotica che guida l'acqua con la pressione idrostatica che guida l'acqua fuori. (Parete cellulare di procarioti, funghi, piante, protisti) Se la membrana non è forte, può scoppiare (Le cellule animali devono trovarsi in ambienti isotonici). MANTENERE L'EQUILIBRIO OSMOTICO Alcune cellule utilizzano l'estrusione in cui l'acqua viene espulsa attraverso i vacuoli contrattili La regolazione isoosmotica comporta il mantenimento delle cellule isotoniche con il loro ambiente: - Gli organismi marini regolano la concentrazione interna in base all'acqua di mare - Gli animali terrestri fanno circolare il liquido isotonico Le cellule vegetali utilizzano la pressione del turgor per spingere la membrana cellulare contro la parete della cellula e mantenere la cellula rigida TRASPORTO ATTIVO Richiede energia: L'ATP è utilizzato direttamente o indirettamente per alimentare il trasporto attivo. Sposta le sostanze da bassa ad alta concentrazione. Richiede l'uso di proteine portanti altamente selettive. Le proteine portanti utilizzate nel trasporto attivo includono: - Uniporto - spostare una molecola alla volta - Simporto - spostare due molecole nella stessa direzione - Antiporto - spostare due molecole in direzioni opposte I termini possono essere utilizzati anche per descrivere i vettori di diffusione facilitate POMPA SODIO-POTASSIO (NA+ - K+) Uso diretto dell'ATP per il trasporto attivo. Utilizza un antiporter per spostare 3 Na+ fuori dalla cella e 2 K+ nella cella (contro il loro gradiente di concentrazione). L'energia ATP viene utilizzata per modificare la conformazione della proteina portante. L'affinità della proteina portante per i cambiamenti di Na+ o K+ in modo che gli ioni possano essere trasportati attraverso la membrana. Document shared on https://www.docsity.com/it/biochimica-di-ambito-sanitario/10834721/ Downloaded by: ilaria-pecoraro-4 ([email protected]) TRASPORTO ACCOPPIATO Utilizza l'ATP indirettamente. Utilizza l'energia rilasciata quando una molecola si muove per diffusione per fornire energia al trasporto attivo di una diversa molecola. Il simulatore di Glucosio-Na+ cattura l'energia della diffusione del Na+ per spostare il glucosio contro un gradiente di concentrazione. TRASFORMAZIONI DI MEMBRANA 1. Endocitosi: - Movimento di sostanze nella cellula, le sostanze vanno dentro alla cellula - Fagocitosi - la cellula assorbe il solido - Pinocitosi - la cellula assorbe solo liquido Endocitosi mediata dal recettore → le molecole specifiche vengono assorbite dopo che si legano ad un recettore 2. Esocitosi - Spostamento di sostanze fuori dalla cellula - Richiede energia - Utilizzato in impianti per l'esportazione di materiale per pareti cellulari - Utilizzato negli animali per secernere ormoni, neurotrasmettitori, enzimi digestive Nella malattia genetica umana ipercolesterolemia familiare, i recettori delle LDL mancano di coda, quindi non sono mai fissati nelle fosse rivestite di clatrina e, di conseguenza, non innescano la formazione di vescicole. Il colesterolo rimane nel flusso sanguigno degli individui colpiti, accumulandosi come placche all'interno delle arterie e portando ad attacchi di cuore. Document shared on https://www.docsity.com/it/biochimica-di-ambito-sanitario/10834721/ Downloaded by: ilaria-pecoraro-4 ([email protected])  EMOGLOBINA Emoglobina è una proteina trasportatore di ossigeno mentre la conservazione dell’ossigeno a livello muscolare lo fa la proteina mioglobina. Nei polmoni l’ossigeno si lega all’emoglobina attraverso la circolazione arteriosa arriva ai tessuti dove scarica l’ossigeno poi l’emoglobina viene raccolta a livello del sangue venoso dove poi lega l’anidride carbonica e poi arriva a livello dei polmoni con l’espirazione e il rilascio di CO2. L'EMOGLOBINA COME ESEMPIO DI FUNZIONE PROTEICA I pesci del ghiaccio dell'Antartide sono gli unici vertebrati adulti privi di emoglobina. La bassa temperatura riduce la necessità di ossigeno e aumenta la solubilità. La mioglobina serve a conservare l'ossigeno solo nei mammiferi acquatici (foche, balene) che hanno una quantità di mioglobina 10 volte maggiore di mammiferi terrestri. La funzione principale della mioglobina negli animali terrestri è quella di facilitare il trasporto di ossigeno. Ligandi (molecole che si legano a questa proteina) normali per l'emoglobina: - Ossigeno - Protoni (ione H+) - Anidride carbonica - 2,3-bisfosfoglicerato L'emoglobina è simile per certi versi alla mioglobina, ma presenta alcune importanti differenze. L’emoglobina è un tetrametro 22 (4 catene polipeptidiche): - 2  catene (141 amminoacidi) - 2  catene (146 amminoacidi)  e  hanno circa il 20% di identità sequenziale con la mioglobina e sono strutturalmente omologhi ad essa. Entrambe le catene possiedono un gruppo di emoglobina e legano l'ossigeno allo stesso modo. Un’altra caratteristica dell’emoglobina è quella di avere il gruppo prostetico che viene chiamato -eme, non è proteico quindi non è costituito da amminoacidi, nel quale al centro c’è un atomo di ferro (forma 2+ e non 3+ altrimenti non legherebbe l’ossigeno) che legherà poi l’ossigeno. Il gruppo -eme ha quattro anelli pirrolici e il tutto è chiamato protoporfina IX con al centro l’atomo di ferro 2+ legato a 4 azoti dell’anello + 1 azoto della proteina ligando prossimale e poi il ferro è legato anche ad un ossigeno che a sua volta è legato doppiamente ad un altro ossigeno. L’emoglobina lega 4 molecole di ossigeno, una per ogni subunità. Le curve di legame dell'ossigeno per Hb e Mb sono significativamente diverse. L’emoglobina ha una curva nel grafico di tipo sigmoide, nei polmoni la pressione parziale dell’ossigeno è 0.13 e l’emoglobina è tutta carica poi man mano che scendiamo dai polmoni ai tessuti l’emoglobina comincia a scaricarsi. La mioglobina ha una curva a iperbole, l’emoglobina è carica al 100% anche a pressioni parziali molto basse questo perché è un monomero mentre l’emoglobina ha 4 subunità. Document shared on https://www.docsity.com/it/biochimica-di-ambito-sanitario/10834721/ Downloaded by: ilaria-pecoraro-4 ([email protected]) CURVA DI DISSOCIAZIONE DELL'OSSIGENO PER HB Vogliamo sviluppare un'espressione per Y (il numero frazionario di siti occupati) in funzione della concentrazione di ossigeno. Saturazione Y = numero di siti occupati / numero totale di siti Modello Monod-Wyman-Changeux Il modello fa una serie di semplici ipotesi: - La proteina può esistere in 2 stati: Teso (T) e Rilassato (R) - Lo stato T ha una bassa affinità per l'ossigeno (KT grande) - Lo stato R ha un'elevata affinità per l'ossigeno (KR piccolo) - Tutte le sottounità di una qualsiasi molecola si trovano nello stato T o lo Stato R Il modello MWC è in qualche modo approssimativo, ma rappresenta ragionevolmente bene il comportamento dell'Hb nel legare l'ossigeno. I modelli più sofisticati del meccanismo allosterico di Hb mantengono il concetto di cambiamenti concertati, ma consentono più di due stati. Modello MWC prevede un passaggio controllato dall'ossigeno dallo stato T a bassa affinità allo stato R ad alta affinità. MECCANISMO MOLECOLARE DELLA COOPERAZIONE HB L’emoglobina arriva dai tessuti (stato Teso) ai polmoni ma la pressione parziale è molto elevata e allora quando l’ossigeno è in grossa quantità entra e lega lo stesso al ferro anche se hanno affinità bassa e causa uno slittamento della struttura del piano del gruppo -eme da concavo a dritto e c’è uno spostamento molecolare cosi che l’-eme va a toccare una valina che si sposta e il piano della molecola si sposta di 8° e ciò rompe dei legami e la molecola passa allo stato Rilassato. Si chiama cooperatività perché l’ossigeno fa cambiare stato all’emoglobina e poi di conseguenza quest’ultima lo fa cambiare anche alle molecole vicine. In definitiva il legame dell'ossigeno produce un grande cambiamento conformazionale. L'EFFETTO BOHR Come l’emoglobina viene portata ai tessuti e come cede l’ossigeno per la respirazione cellulare dove verrà utilizzato per la produzione di energia. Per essere trasportata dai polmoni ai tessuti non basta che la pressione di ossigeno cali perché ci deve essere un passaggio dallo stato Rilassato allo stato Teso perché l’ossigeno si stacchi. Nei tessuti c’è abbondanza di CO2 perché essa deriva dal catabolismo dei nutrienti, la CO2 si combina con l’acqua e grazie ad un enzima che è presente all’interno delle cellule (anidrasi carbonica) viene convertita in acido carbonico CO2 + H2O -> H2CO3 che essendo un acido debole si scinde in H+ e HCO3-, questi H+ sono importanti perché vanno ad aumentare la quantità di protoni e abbassare il pH e anche a protonare l’emoglobina nell’isteina 146 che è l’ultimo amminoacido delle catene beta e quindi si avrà l’emoglobina con una carica positiva. Questo è noto come effetto Bohr. La carica + si combina con la carica – dell’aspartato 94 della catena beta con un legame ionico che fa spostare il gruppo carbossilico dell’isteina 146 il quale si lega con la carica + della lisina 42 della catena alfa. Questo aiuta la molecola a trasformarla da uno stato R a uno stato T che ha meno affinità per l’ossigeno il quale viene liberato da una subunità ma poi avviene anche per le altre L’emoglobina funziona anche per aiutare la rimozione della CO2 dal flusso sanguigno. Nei polmoni l'effetto Bohr funziona al contrario per facilitare la dissociazione della CO2. Poiché la CO2 e l'O2 si legano antagonisticamente, la presenza di alte concentrazioni di O2 nei polmoni, induce il rilascio di CO2 legata dalle molecole di emoglobina che arrivano dai tessuti. EFFETTO DELLA CO2 Non tutta la CO2 viene convertita in acido carbonico ma parte della CO2 reagisce con gli amminoterminali (residuo del gruppo amminico) della molecola per formare il carbamato con un legame ammide, questo da origine ad una serie di legami che blocca la molecola in uno stato Teso. Document shared on https://www.docsity.com/it/biochimica-di-ambito-sanitario/10834721/ Downloaded by: ilaria-pecoraro-4 ([email protected]) Il 2,3-bifosfoglicerato presente nei tessuti ha una catica – che si va a legare con la carica + dell’isteina 143 delle catene beta e mantiene la molecola bloccata nello stato Teso. Il DPG gioca un ruolo importante nella stabilizzazione dello stato T; in assenza del DPG, l’emoglobina passa allo stato R (alta affinità) e non è in grado di mostrare la cooperatività. In effetti, l'energia di legame della prima molecola di ossigeno viene in parte "consumata" per rilassare la struttura dell’emoglobina, quindi l'affinità iniziale dell'ossigeno è bassa. Una volta convertita allo stato R, la barriera al legame dell'ossigeno viene rimossa, aumentando così l'affinità dell'ossigeno. Esempio 2 - Emoglobina fetale (Hb f) Confronto tra emoglobina adulta, Hb a, e emoglobina fetale, Hb f alfa2gamma2, in quest’ultima catena (gamma) non c’è l’isteina 143 e quindi il 2,3-bifosfoglicerato si lega meno bene e questo ne da un’affinità maggiore per l’emoglobina F infatti l’emoglobina A (sangue madre) con l’ossigeno passa attraverso la placenta nel sangue del feto che poi porterà ai tessuti del feto l’ossigeno. IL RUOLO DI DPG Le catene gamma e beta hanno una serie di differenze di sequenza di aminoacidi. In particolare, il suo 143 in beta, al sito di legame DPG, è sostituito dalla serina nella catena. La perdita di un residuo caricato positivamente riduce l'affinità di Hb F per il DPG, destabilizzando così lo stato T e favorendo lo stato R. Il risultato è che l'affinità dell'ossigeno sale (poiché lo stato R è uno stato di affinità più elevato). EMOGLOBINOPATIE Malattie dovute alla deficienza o al malfunzionamento dell’emoglobina Tipi di Hb: - Hb A o HbA1: è l'Hb normale negli adulti rappresenta circa il 97% dell'Hb totale. è composto da 2 catene α e 2 β. - HbA2: è l'Hb adulto minorenne, composto dal 3% dell'Hb adulto normale. Composto da 2 catene α e 2 δ - HbF (HbF fetale): è l'HbF principale durante la vita fetale e circa il 60% dell'Hb normale alla nascita poi scompare gradualmente. È composto da catene 2α e 2 γ. Document shared on https://www.docsity.com/it/biochimica-di-ambito-sanitario/10834721/ Downloaded by: ilaria-pecoraro-4 ([email protected])  Hb F ha una maggiore affinità per l'O2 rispetto all'HbA, in modo da garantire il trasferimento di O2 dalla circolazione materna ai RBC fetali attraverso la placenta. TALASSEMIA In talassemia porta ad un’assenza di produzione delle catene beta quindi non c’è la mobilizzazione dell’ossigeno ai tessuti e questo porta alla morte del bambino perchè produce Hb gamma e Hb F la quale quando nasce non c’è più e viene sostituita con Hb A la quale non può funzionare perchè le catene beta sono danneggiate e non si produce emoglobina. Le cellule del sangue sono piccole il quale diventa microcitico e opalescente, non c’è ferro. Il gene è riconosciuto per la prima volta nel 1925 da Thomas Cooley. MODALITÀ DI EREDITARIETÀ autosomica recessiva BETA TALASSEMIA MAGGIORE I sintomi si manifestano a partire da circa 3-6 mesi di età perché prima c’è ancora l’emoglobina gamma. I bambini affetti da talassemia major sono sani alla nascita grazie alla presenza di emoglobina fetale. Diventano gravemente anemici. MORTALITÀ: La maggior parte dei bambini non trattati muore per anemia o infezioni prima dei 2 e al massimo 5 anni di età. Trattamento Il trattamento attuale per la talassemia Major è la trasfusione di sangue ogni 4 settimane per tutta la vita. Ciò si traduce in una buona salute soprattutto a breve termine. EFFETTI COLLATERALI DI QUESTO TRATTAMENTO Il sangue contiene una grande quantità di ferro che si accumula gradualmente nel corpo. Il ferro può danneggiare il fegato, il cuore e gli altri organi principali. Se non viene rimosso, può causare la morte prematura per insufficienza di organi. Il più comune è l'insufficienza cardiaca, che si verifica tra i 16 e i 30 anni. TRATTAMENTO FARMACOLOGICO Il ferro può essere rimosso con un farmaco chiamato Desferrioxamina, viene infuso per via sottocutanea attraverso un ago sottile collegato ad una piccola pompa o al driver della siringa. La sua azione è quella di legarsi con il ferro e poi essere escreto nelle urine. Questa procedura richiede 8-12 ore e deve essere eseguita 5-6 volte alla settimana. TRAPIANTO DI MIDOLLO OSSEO Questa procedura è disponibile per i bambini di età preferibilmente inferiore ai 7 anni che hanno: - Corrispondenza HLA (Antigene Leucocitario Umano). - Solo fratelli e sorelle con corrispondenza genotipica - Circa il 30% dei pazienti avrà un fratello compatibile ALFA ZERO TALASSEMIA MAGGIORE Altrimenti noto come Hydrops Fetalis o L'Idropisia Fatalis di Bart. Ciò avviene quando il feto eredita Alfa zero talassemia da entrambi i genitori e non è compatibile con la vita. Il feto non ha geni alfa e non può fare una catena alfa. Ciò significa che non può produrre emoglobina fetale. ALFA ZERO TALASSEMIA Questa è un'anemia mortale. Il feto si sviluppa normalmente per i primi 5 mesi di gravidanza, a volte più a lungo di quanto la crescita rallenta, il suo cuore comincia a cedere e il suo corpo e la placenta si gonfiano di liquido. Document shared on https://www.docsity.com/it/biochimica-di-ambito-sanitario/10834721/ Downloaded by: ilaria-pecoraro-4 ([email protected]) ANEMIA FALCIFORME (malattia di Hb S): È una malattia genetica del sangue causata dalla mutazione della catena β-globina con conseguente formazione di Hb S. La mutazione si verifica nella sesta posizione della catena β dove l'acido glutammico è sostituito dalla valina (non polare). I residui di valina si aggregano insieme per interazioni idrofobiche che portano alla precipitazione di emoglobina all'interno di dei globuli rossi i quali assumono una forma falciforme che porta alla fragilità delle loro pareti e ad un alto tasso di emolisi. Tali cellule falciate spesso bloccano il flusso di sangue nei capillari stretti e bloccano l'afflusso di sangue ai tessuti (anossia tissutale) causando dolore e morte cellulare. Nota: La durata di vita degli eritrociti in falcemia è inferiore a 20 giorni, rispetto ai 120 giorni dei normali globuli rossi. I pazienti possono essere: - Eterozigoti (Hb AS): la mutazione si verifica solo in una catena di β-globina. Questi pazienti hanno un tratto falciforme senza sintomi clinici e possono avere una durata di vita normale. - Omozigoti (Hb SS): la mutazione si verifica sia nella catena β-globina con anemia apparente che nei suoi sintomi MODALITÀ DI EREDITARIETÀ autosomica recessiva Malattia di Hb C: Come l'HbS, l'Hb C è un Hb mutante in cui l'acido glutammico in sesta posizione della catena β è sostituito dalla lisina. I globuli rossi saranno grandi oblunghi ed esagonali i quali non verranno portati nei tessuti e si ha anemia e anossia (assenza di ossigeno) e dolore. Il globulo rosso si rompe, rilascia l’emolisi e il sangue diventa di tipo rosso e anche il plasma diventa rosso. LEZIONE 4 REAZIONI ENZIMATICHE STRUTTURA DELL’ENZIMA, CLASSIFICAZIONE E MECCANISMO D'AZIONE OBIETTIVI DI APPRENDIMENTO: - Definire gli enzimi e i termini correlati (sito attivo, apoenzima, oloenzima, gruppo protesico, specificità dell'enzima). - Spiegare l'energia di attivazione. - Descrivere la struttura degli enzimi. - Conoscere il meccanismo di azione - Spiegare la classificazione degli enzimi IMPORTANZA Gli enzimi hanno un ruolo importante nel metabolismo, nella diagnosi e nella terapeutica. Tutte le reazioni biochimiche sono catalizzate dagli enzimi nell'organismo vivente. Document shared on https://www.docsity.com/it/biochimica-di-ambito-sanitario/10834721/ Downloaded by: ilaria-pecoraro-4 ([email protected])  - Isomerizzazioni da L a D. - Reazioni mutase (spostamenti di gruppi chimici). Esempi: - Isomerasi. - Mutasi. Catalizza reazioni di isomerizzazione. EC 6. Ligasi Attività biochimica: Unire due molecole con legami covalenti. Reazioni catalitiche in cui due gruppi chimici sono uniti (o legati) con l'uso di energia da ATP. Esempi: - Acetil~CoA Carbossilasi. - Glutammina sintetasi LIGASI SINTETASI: - Catalizza la legatura, o la giunzione di due substrati - Richiede energia chimica (ad es. ATP) LEZIONE 5 ENERGIA E METABOLISMO METABOLISMO: Processi metabolici → tutte le reazioni chimiche che si verificano nel corpo Due tipi di reazioni metaboliche: 1. Anabolismo: - le molecole più grandi sono fatte - richiede energia 2. Catabolismo: - le molecole più grandi vengono scomposte - rilascia energia ANABOLISMO L'anabolismo fornisce le sostanze necessarie per la crescita e la riparazione cellulare Sintesi della disidratazione: - tipo di processo anabolico Document shared on https://www.docsity.com/it/biochimica-di-ambito-sanitario/10834721/ Downloaded by: ilaria-pecoraro-4 ([email protected])  - utilizzati per produrre polisaccaridi, trigliceridi e proteine - produce acqua CATABOLISMO Il catabolismo scompone le molecole più grandi in quelle più piccole Idrolisi: - un processo catabolico - utilizzato per decomporre carboidrati, lipidi e proteine - si usa l'acqua - inversione della sintesi della disidratazione L'ENERGIA DELLA VITA La cellula vivente genera migliaia di reazioni diverse. Metabolismo: - è la totalità delle reazioni chimiche di un organismo - Nasce dalle interazioni tra le molecole Il metabolismo di un organismo trasforma la materia e l'energia, soggetto alle leggi della termodinamica. PERCORSI METABOLICI - I percorsi biochimici sono le unità organizzative del metabolismo - Il metabolismo è il totale di tutte le reazioni chimiche effettuate da un organismo - Una via metabolica ha molti passaggi che iniziano con una specifica molecola e terminano con un prodotto, ciascuno catalizzato da un enzima specifico - Le reazioni che uniscono piccole molecole per formare molecole più grandi e complesse sono chiamate anabolizzanti. - Le reazioni che suddividono le grandi molecole in sottounità più piccole sono chiamate cataboliche. - Una sequenza di reazioni chimiche, in cui il prodotto di una reazione serve da substrato per la successiva, è chiamata via metabolica o via biochimica - La maggior parte delle vie metaboliche si svolge in specifiche regioni della cellula. Document shared on https://www.docsity.com/it/biochimica-di-ambito-sanitario/10834721/ Downloaded by: ilaria-pecoraro-4 ([email protected]) BIOENERGETICA La bioenergetica è lo studio di come gli organismi gestiscono le loro risorse energetiche attraverso le vie metaboliche Le vie cataboliche rilasciano energia scomponendo molecole complesse in composti più semplici Le vie anaboliche consumano energia per costruire molecole complesse a partire da quelle più semplice ENERGIA L'energia è la capacità di lavorare o la capacità di causare cambiamenti. Qualsiasi cambiamento nell'universo richiede energia. L'energia si presenta in 2 forme: - L'energia potenziale è l'energia immagazzinata. Attualmente non c'è nessun cambiamento - L'energia cinetica sta attualmente causando un cambiamento. Questo comporta sempre un qualche tipo di movimento. FORME DI ENERGIA L'energia cinetica è l'energia associata al movimento Energia potenziale: - è immagazzinato nel luogo in cui si trova la materia - Include l'energia chimica immagazzinata nella struttura molecolare L'energia può essere convertita da una forma all'altra LEGGI DI TRASFORMAZIONE DELL'ENERGIA La termodinamica è lo studio dei cambiamenti energetici. Due leggi fondamentali governano tutti i cambiamenti di energia nell'universo. Queste 2 leggi sono chiamate semplicemente la prima e la seconda legge della termodinamica: LA PRIMA LEGGE DELLA TERMODINAMICA Secondo la prima legge della termodinamica: - L'energia non può essere creata o distrutta - L'energia può essere trasferita e trasformata SECONDA LEGGE DELLA TERMODINAMICA Il disordine (entropia) nell'universo è in continuo aumento: - Le trasformazioni di energia procedono spontaneamente per convertire la materia da una forma più ordinata, meno stabile, ad una forma meno ordinata, più stabile - I cambiamenti spontanei che non richiedono energia esterna aumentano l'entropia, o il disordine, dell'universo - Affinché un processo avvenga senza apporto di energia, deve aumentare l'entropia dell'universo - Durante ogni conversione, una parte dell'energia si disperde nell'ambiente sotto forma di calore. - Durante ogni trasferimento o trasformazione di energia, una parte dell'energia è inutilizzabile, spesso perduta sotto forma di calore - Il calore è definito come la misura del moto casuale delle molecole - Le cellule viventi convertono inevitabilmente forme organizzate di energia in calore - Secondo la seconda legge della termodinamica, ogni trasferimento o trasformazione di energia aumenta l'entropia (disordine) dell'universo ORDINE E DISORDINE BIOLOGICO Le celle creano strutture ordinate a partire da materiali meno ordinati Gli organismi sostituiscono anche forme ordinate di materia ed energia con forme meno ordinate Document shared on https://www.docsity.com/it/biochimica-di-ambito-sanitario/10834721/ Downloaded by: ilaria-pecoraro-4 ([email protected]) L'evoluzione di organismi più complessi non viola la seconda legge della termodinamica L'entropia (disturbo) può diminuire in un organismo, ma l'entropia totale dell'universo aumenta Sistemi abitativi: - Aumentare l'entropia dell'universo - Usare l'energia per mantenere l'ordine - L'energia libera di un sistema vivente è energia che può funzionare in condizioni cellulari - Gli organismi vivono a spese dell'energia gratuita ENERGIA GRATUITA Energia gratuita è la porzione di energia di un sistema che è in grado di lavorare quando la temperatura e la pressione sono uniformi in tutto il sistema, come in una cellula vivente L'energia libera si riferisce anche alla quantità di energia effettivamente disponibile per rompere e successivamente formare altri legami chimici. Energia libera di Gibbs (G) - in una cella, la quantità di energia contenuta nei legami chimici di una molecola (costante T&P) - Variazione dell'energia libera - ΔG × Endergonico - qualsiasi reazione che richiede un apporto di energia × Esergonico - qualsiasi reazione che rilascia energia libera REAZIONI ESERGONICHE I reagenti hanno più energia libera rispetto ai prodotti Comporta un rilascio netto di energia e/o un aumento dell'entropia Si verificano spontaneamente (senza un apporto netto di energia) REAZIONI ENDERGONICHE I reagenti hanno meno energia libera rispetto ai prodotti Coinvolgere un apporto netto di energia e/o una diminuzione dell'entropia Non si verificano spontaneamente EQUILIBRIO E METABOLISMO Le reazioni in un sistema chiuso alla fine raggiungono l'equilibrio e poi non fanno alcun lavoro Le celle non sono in equilibrio; sono sistemi aperti che sperimentano un flusso costante di materiali Un percorso catabolico in una cellula rilascia energia libera in una serie di reazioni I sistemi idroelettrici chiusi e aperti possono fungere da analogie Le reazioni in un sistema chiuso alla fine raggiungono l'equilibrio: l'acqua che scorre in discesa fa girare una turbina che aziona un generatore che fornisce elettricità ad una lampadina, ma solo fino a quando il sistema non raggiunge l'equilibrio. Le cellule del nostro corpo sperimentano un flusso costante di materiali in entrata e in uscita, impedendo alle vie metaboliche di raggiungere l'equilibrio. Un sistema idroelettrico aperto: L'acqua che scorre continua a guidare il generatore perché l'aspirazione e il deflusso dell'acqua impediscono al sistema di raggiungere l'equlibrico. UN'ANALOGIA PER LA RESPIRAZIONE CELLULARE - CATABOLISMO DEL GLUCOSIO Un sistema idroelettrico aperto a più fasi. La respirazione cellulare è analoga a questo sistema: Il glucosio si scompone in una serie di reazioni esergoniche che alimentano il lavoro della cellula. Il prodotto di ogni reazione diventa il reagente per la successiva, quindi nessuna reazione raggiunge l'equilibrio. Document shared on https://www.docsity.com/it/biochimica-di-ambito-sanitario/10834721/ Downloaded by: ilaria-pecoraro-4 ([email protected]) ACCOPPIAMENTO DI ENERGIA Gli organismi viventi hanno la capacità di accoppiare reazioni esergoniche ed endergoniche: L'energia rilasciata dalle reazioni esergoniche viene catturata e utilizzata per produrre ATP da ADP e Pi ATP può essere scomposto di nuovo in ADP e Pi, rilasciando energia per alimentare le reazioni endergoniche della cellula. LA STRUTTURA E L'IDROLISI DELL'ATP ATP (adenosina trifosfato) - è la navetta energetica della cellula - Fornisce energia per le funzioni cellular CONSERVAZIONE DELL’ATP?? NO I legami tra i gruppi di fosfati sono instabili! ATP ATP + H2O ADP + Pi G°’ = - 30.5 kJ. mole-1 ATP + H2O AMP + PPi G°’ = - 32.2 kJ. mole-1 LA STRUTTURA E L'IDROLISI DELL'ATP L'energia viene rilasciata dall'ATP quando si rompe il legame del fosfato terminale ATP Le risonanze in competizione tra loro e le repulsioni carica-carica tra i gruppi fosfato rendono meno stabile l’ATP rispetto ai suoi prodotti di idrolisi LAVORO CELLULARE Una cellula svolge tre tipi principali di lavoro - Meccanico - Trasporto - Chimica L'accoppiamento energetico è una caratteristica chiave nel modo in cui le celle gestiscono le loro risorse energetiche per fare questo lavoro Document shared on https://www.docsity.com/it/biochimica-di-ambito-sanitario/10834721/ Downloaded by: ilaria-pecoraro-4 ([email protected]) ATP alimenta il lavoro cellulare accoppiando reazioni esergoniche a reazioni endergoniche ACCOPPIAMENTO DI ENERGIA - CICLO ATP / ADP Rilasciando il terzo fosfato dall'ATP per rendere l'ADP genera energia (esergonica): Collegare i fosfati insieme richiede energia - quindi fare ATP da ADP e un terzo fosfato richiede energia (endergonico), I percorsi catabolici guidano la rigenerazione dell'ATP da ADP e fosfato COME FUNZIONA L'ATP L'ATP guida le reazioni endoergoniche per fosforilazione, trasferendo un gruppo di fosfati a qualche altra molecola, come un reagente La molecola ricevente è ora fosforilata I tre tipi di lavoro cellulare (meccanico, di trasporto e chimico) sono alimentati dall'idrolisi dell'ATP L'ATP guida le reazioni endergoniche per fosforilazione, trasferendo un fosfato ad altre molecole - idrolisi dell'ATP ENERGIA DI ATTIVAZIONE Tutte le reazioni, sia endergoniche che esergoniche, richiedono un apporto di energia per iniziare. Questa energia è chiamata energia di attivazione L'energia di attivazione, EA - è la quantità iniziale di energia necessaria per avviare una reazione chimica - L'energia di attivazione è necessaria per avvicinare i reagenti e indebolire i legami esistenti per avviare una reazione chimica. - Viene spesso fornita sotto forma di calore dall'ambiente circostante in un sistema. TASSI DI REAZIONE Nella maggior parte dei casi, le molecole non hanno abbastanza energia cinetica per raggiungere lo stato di transizione quando si scontrano. Pertanto, la maggior parte delle collisioni non sono produttive, e la reazione procede molto lentamente se non del tutto. Cosa si può fare per accelerare queste reazioni? AUMENTO DEI TASSI DI REAZIONE Aggiungere energia (calore) - le molecole si muovono più velocemente in modo che si scontrino più frequentemente e con maggiore forza. Aggiungere un catalizzatore - un catalizzatore riduce l'energia necessaria per raggiungere lo stato di attivazione, senza essere modificato. Le proteine che funzionano come catalizzatori sono chiamate enzimi. ENZIMI ABBASSARE LA BARRIERA EA Un enzima catalizza le reazioni abbassando la barriera EA GLI ENZIMI SONO CATALIZZATORI BIOLOGICI Gli enzimi sono proteine che svolgono la maggior parte della catalisi negli organismi viventi. A differenza del calore, gli enzimi sono altamente specifici. Ogni enzima accelera tipicamente solo una o poche reazioni chimiche. La forma tridimensionale unica permette ad un enzima di stabilizzare un'associazione temporanea tra substrati. Document shared on https://www.docsity.com/it/biochimica-di-ambito-sanitario/10834721/ Downloaded by: ilaria-pecoraro-4 ([email protected]) Poiché l'enzima stesso non viene modificato o consumato nella reazione, è necessaria solo una piccola quantità, che può poi essere riutilizzata. Pertanto, controllando quali enzimi vengono prodotti, una cellula può controllare quali reazioni avvengono nella cellula. SPECIFICITÀ DEL SUBSTRATO DEGLI ENZIMI Quasi tutti gli enzimi sono proteine globulari con uno o più siti attivi sulla loro superficie. Il substrato è il reagente su cui agisce un enzima I reagenti si legano al sito attivo per formare un complesso enzimatico-substrato. La forma 3-D del sito attivo e i substrati devono corrispondere, come una serratura e una chiave Il legame dei substrati fa sì che l'enzima regoli leggermente la sua forma, portando ad un migliore adattamento indotto. L'adattamento indotto di un substrato porta i gruppi chimici del sito attivo in posizioni che migliorano la loro capacità di catalizzare la reazione chimica Quando ciò accade, i substrati vengono avvicinati tra loro e i legami esistenti vengono stressati. Questo riduce la quantità di energia necessaria per raggiungere lo stato di transizione. IL CICLO CATALITICO DI UN ENZIMA 1. I substrati entrano nel sito attivo; l'enzima cambia forma in modo che il suo sito attivo abbracci i substrati (adattamento indotto). 2. Substrati trattenuti nel sito attivo da interazioni deboli, come i legami di idrogeno e i legami ionici. 3. Il sito attivo (e i gruppi R dei suoi aminoacidi) possono abbassare l'EA e accelerare una reazione agendo come modello per l'orientamento del substrato, sollecitando i legami del substrato e stabilizzando lo stato di transizione, fornendo un microambiente favorevole, partecipando direttamente alla reazione catalitica. 4. I substrati sono convertiti in prodotti. 5. I prodotti vengono rilasciati 6. Il sito attivo è disponibile per due nuovi substrati Mole. METABOLISMO ENERGETICO MOLECOLA ATP ED ENERGIA Ogni cella ha circa 1 miliardo di molecole di ATP che durano meno di un minuto. Oltre la metà dell'energia rilasciata dall'ATP viene convertita in calore. Document shared on https://www.docsity.com/it/biochimica-di-ambito-sanitario/10834721/ Downloaded by: ilaria-pecoraro-4 ([email protected]) FONTE DI ELETTRONI (ENERGIA) Autotrofi: - Piante - Fotosintesi - H2O, CO2 Chemiotrofi: - Animali - Composti organici - Carboidrati - Glucosio, Lattosio, Saccarosio, Mannitolo, Mannitolo, Citrato - Aminoacidi - Lipidi VETTORI DI ELETTRONI - Fotosintesi NADP + H to NADPH - Respirazione NAD+ + 2H to NADH + H+ FAD + 2H to FADH2 ACCETTORE FINALE DI ELETTRONI - Fotosintesi CO2 + H da H2O (energia solare) a CH2O + O2 Memorizza l'energia - Respirazione Aerobica Elettroni (H) da zuccheri o lipidi + 1/2 O2 to H2O + CO2 + ATP MOVIMENTO DI ELETTRONI - Reazioni chimiche - Reazioni di ossidazione - Reazioni di riduzione - Reazioni accoppiate - Reazioni di Redox ESEMPI - Fotosintesi 6H2O + 6CO2 + light ➔ C6H12 O6 + 6O2 - Respirazione cellulare C6H12 O6 + 6O2 ➔6H2O + 6CO2 + 32 ATP RESPIRAZIONE Panoramica sull'ossidazione del glucosio; - Da glucosio ad anidride carbonica + acqua + energia - C6H12O6 + O2 ➔ 6CO2 + 6H2O + 32 ATP - Il glucosio è altamente ridotto; contiene energia - L'ossigeno riceve gli elettroni per formare energia 3 reazioni separate - Glicolisi, ciclo di Krebs, trasporto di elettroni - Richiede ossigeno Document shared on https://www.docsity.com/it/biochimica-di-ambito-sanitario/10834721/ Downloaded by: ilaria-pecoraro-4 ([email protected])