Ripasso Biochimica PDF

Ripasso Le reazioni non spontanee tendono a non essere spostate verso i prodotti, ossia verso destra nell'equazione chimica. Ci sono due modi principali per renderle spontanee: 1. Rimuovere i prodotti 2. Aumentare la concentrazione dei reagenti A livello fisiologico, è più comune rimuovere...

Ripasso Le reazioni non spontanee tendono a non essere spostate verso i prodotti, ossia verso destra nell'equazione chimica. Ci sono due modi principali per renderle spontanee: 1. Rimuovere i prodotti 2. Aumentare la concentrazione dei reagenti A livello fisiologico, è più comune rimuovere i prodotti attraverso i meccanismi delle vie metaboliche. In questo modo, si può rendere spontanea una reazione che altrimenti non lo sarebbe. Tuttavia, ciò non è possibile se il ΔG (variazione dell'energia libera di Gibbs) è molto positivo, poiché una reazione con ΔG positivo non è spontanea. Quando il ΔG è molto positivo, significa che i reagenti sono più stabili dei prodotti, ovvero i reagenti hanno un'energia maggiore rispetto ai prodotti. In questi casi, per rendere la reazione possibile, è necessario fornire energia, spesso sotto forma di composti ad alta energia. Il composto energetico più comune è l'ATP (adenosina trifosfato), ma esistono anche altri composti come GTP e CTP, che vengono utilizzati in reazioni metaboliche specifiche. È importante ricordare che l'ATP non rappresenta una riserva di energia, bensì una "moneta di scambio" energetica. Le vere riserve di energia sono i carboidrati e i lipidi. MIOGLOBINA ED EMOGLOBINA La loro funzione è strettamente collegata alla loro struttura. funzione emoglobina : trasportare ossigeno dai polmoni ai tessuti periferici funzione mioglobina: riserva di ossigeno e si trova nei muscoli Emoglobina L'emoglobina si lega facilmente all'ossigeno, ma il vero problema è riuscire a rilasciarlo quando necessario. Il processo di trasporto dell'ossigeno avviene in tre fasi: legarsi all'ossigeno, trasportarlo verso una zona a bassa concentrazione di ossigeno e, infine, rilasciarlo. Per svolgere questa funzione, i legami tra l'emoglobina e l'ossigeno devono essere deboli, così da permettere il rilascio al momento giusto. Perché l'ossigeno è importante? L'ossigeno è fondamentale per la vita, ma può essere dannoso in eccesso a causa del suo potere ossidante. All'interno di una cellula, l'ossigeno può ossidare macromolecole come proteine, lipidi e nucleotidi, causando danni irreversibili e modificando le funzioni. Questo può portare alla produzione di molecole con funzioni alterate o addirittura nulle. A cosa serve l'ossigeno? L'ossigeno è necessario per ossidare i nutrienti, processo attraverso il quale si produce energia. L'ossigeno agisce come accettore finale di elettroni. Negli organismi anaerobi, invece, gli accettori di elettroni sono altre molecole inorganiche. La quantità di energia prodotta dipende dalla differenza di potenziale di riduzione tra il riducente e l'ossidante. Se questa differenza è elevata, viene rilasciata molta energia. Il vantaggio dell'ossigeno è che ha un potenziale di riduzione molto alto rispetto alle molecole che ossida, permettendo così la liberazione di grandi quantità di energia. L'ossigeno è un gas e per entrare nella cellula deve attraversare il citosol, che è un ambiente polare. Tuttavia, l'ossigeno è una molecola poco polare e ha una velocità di diffusione molto bassa. Questo diventa un problema soprattutto per le cellule più interne di un tessuto, come negli organoidi, dove la diffusione dell'ossigeno dall'ambiente circostante risulta difficoltosa. Per risolvere questo problema è necessario un trasportatore, che oltre a permettere il trasporto dell'ossigeno, ne aumenta anche la velocità di diffusione in un ambiente polare. Ecco perché l'emoglobina è fondamentale: trasporta efficacemente l'ossigeno, soprattutto nei tessuti periferici. Senza emoglobina, il sangue potrebbe trasportare solo 5 ml di ossigeno per litro, mentre con l'emoglobina la capacità di trasporto sale a 250 ml/L. La mioglobina funge da riserva di ossigeno e viene utilizzata quando i livelli di ossigeno sono troppo bassi. Una caratteristica comune tra emoglobina e mioglobina è che entrambe sono proteine coniugate, ossia proteine che contengono un gruppo funzionale non aminoacidico, nel loro caso, un gruppo eme. Gli amminoacidi non si legano direttamente all'ossigeno perché nessun amminoacido è in grado di formare un legame reversibile con esso. Se si legassero all'ossigeno, formerebbero solo legami covalenti, che non sono utili per il trasporto o la riserva di ossigeno, poiché non permetterebbero un rilascio controllato. Mioglobina Rilascia l’ossigeno quando la pressione parziale di O2 nella cellula muscolare è insufficiente a sostenere il metabolismo aerobico E’ costituita da una catena polipeptidica di 153 AA ripiegata in 8 segmenti ( A-H quelli gialli) di alfa elica uniti tra di loro da segmenti non elicoidali ( quelli viola). La catena si ripiega su stessa per formare una tasca idrofobica dove si trova al suo interno il gruppo eme che lega con un ferro. Perché la mioglobina è importante nei muscoli? Durante l'attività fisica, la velocità di consumo dell'ossigeno nei muscoli supera quella del suo trasporto. Questo può portare il tessuto muscolare a una condizione di ipossia, ovvero una carenza di ossigeno, che potrebbe causare danni. La presenza di mioglobina nei muscoli aiuta ad aumentare il tempo durante il quale il muscolo può continuare a lavorare sotto sforzo, rilasciando ossigeno quando il trasporto diventa insufficiente. Gruppo eme Il gruppo eme è un gruppo prostetico, cioè una parte non proteica che si lega con legami covalenti a una proteina. Se la componente non proteica non forma legami covalenti, viene chiamata cofattore. I cofattori si suddividono in: Coenzimi, se sono molecole organiche o organometalliche. Cofattori metallici, se sono costituiti da ioni metallici. Il gruppo eme si trova all’interno della proteina , dove si deve legare l’ossigeno, un altro esempio è l’enzima che la reazione avviene all’interno del sito il quale è una tasca idrofobica che serve per isolare l’ambiente di reazione dall’ambiente esterno, come avviene nei enzimi avviene anche nella mioglobina 4 gruppi rossi: 4 anelli pilorici (piloro : 5 atomi di cui uno azotato, eterociclo) uniti da ponti metilici E’ un sistema aromatico: anello porfirinico è l’anello costituito dalla struttura aromatica e i 4 azoti. I vari gruppi funzionali gialli distinguono l’anello porfirinico in protoporfirina 9: - 4 metili - 2 gruppi etilenici - 2 gruppi propionici Lo ione Fe2+ si trova al centro dell’eme coordinato da 4 atomi di azoto Perché la protoporfirina si lega al ferro? ll ferro nell'emoglobina e nella mioglobina deve essere nello stato di ossidazione Fe²⁺ (ferroso) per potersi legare all'ossigeno. Se il ferro si ossida e diventa Fe³⁺ (ferrico), la proteina non sarà più in grado di legare l'ossigeno e si trasformerà in metaemoglobina, una forma inattiva. Il ferro in stato Fe²⁺ forma dei legami di coordinazione: 1. Quattro di questi legami vengono utilizzati per legarsi ai quattro atomi di azoto presenti dell'anello porfirinico del gruppo eme. 2. Un quinto legame si forma con un residuo di istidina (F8 o prossimale) nella proteina, stabilizzando la struttura attraverso un legame covalente (poiché l'eme è un gruppo prostetico). 3. Il sesto legame è disponibile per il legame reversibile con l'ossigeno. Questa configurazione permette al ferro di legarsi e rilasciare l'ossigeno in maniera controllata. l’istidina si chiama prossimale perchè è fra le due istidine quella più vicina per potersi legare al ferro, e si trova nella parte superiore del piano.( il piano dell'eme è leggermente spostato dal centro e più come una cupola.) istidina F8 : segmento F 8 residuo L'Istidina distale stabilizza l’ossigeno con un ponte ad H, perciò serve per stabilizzare. I due AA apolari servono per creare una porta apolare per l’ossigeno. Il ferro del gruppo eme si può legare con altre molecole : tossiche Il ferro del gruppo eme può legarsi anche ad altre molecole oltre all'ossigeno, come il monossido di carbonio (CO), il monossido di azoto (NO) e il cianuro (CN⁻). Tra questi, il monossido di carbonio è particolarmente pericoloso. Il monossido di carbonio ha un'affinità molto maggiore rispetto all'ossigeno per il gruppo eme, con una forza di legame 20.000 volte superiore quando si lega fuori dalla proteina. Questo perché forma un legame lineare molto stabile con il ferro dell'eme. Tuttavia, all'interno della proteina, l'istidina distale (un amminoacido posizionato vicino al sito di legame dell'ossigeno) introduce un ingombro sterico che impedisce al CO di formare un legame perfettamente lineare. Questo disturbo costringe il monossido di carbonio a formare un legame piramidale, molto meno stabile rispetto a quello lineare. Di conseguenza, l'affinità del monossido di carbonio per il gruppo eme si riduce drasticamente, passando da 20.000 volte a circa 200 volte quella dell'ossigeno.