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TUTTI GLI ORGANISMI, DAL BATTERIO ALL’UOMO SONO FORMATI AL 96% DA 6 ELEMENTI CHE COSTITUISCONO LE BIOMOLECOLE DI CUI SONO FATTI E CHE SONO: C, H, O, N, P, S (CHONPS PER RICORDARE MEGLIO). LE PRINCIPALI BIOMOLECOLE SONO: GLI ZUCCHERI (O CARBOIDRATI), I GRASSI (DETTI ANCHE LI...

TUTTI GLI ORGANISMI, DAL BATTERIO ALL’UOMO SONO FORMATI AL 96% DA 6 ELEMENTI CHE COSTITUISCONO LE BIOMOLECOLE DI CUI SONO FATTI E CHE SONO: C, H, O, N, P, S (CHONPS PER RICORDARE MEGLIO). LE PRINCIPALI BIOMOLECOLE SONO: GLI ZUCCHERI (O CARBOIDRATI), I GRASSI (DETTI ANCHE LIPIDI), LE PROTEINE, GLI ACIDI NUCLEICI ESSI SPESSO SONO DEI POLIMERI (MACROMOLECOLE)  I glucidi (o carboidrati o zuccheri) sono la prima sorgente di energia per gli organismi viventi, e rappresentano una riserva energetica di immediato utilizzo A questa classe appartengono gli zuccheri più semplici, tra cui il glucosio, che è prodotto nelle parti verdi delle piante attraverso la fotosintesi clorofilliana.  Nella fotosintesi clorofilliana l’ energia solare viene trasformata in energia chimica le piante producono glucosio a partire da biossido di carbonio e acqua: GLI ZUCCHERI (O GLUCIDI O CARBOIDRATI) -sono formati da C,H,O -presentano numerosi gruppi chiamati gruppi ossidrilici (OH) pertanto sono idrofili cioè hanno affinità con l’acqua -prodotti principalmente dalle piante grazie alla fotosintesi e vengono poi consumati dagli animali rappresentando la prima sorgente di energia per gli organismi viventi. -sono una riserva energetica di pronto utilizzo -hanno funzione metabolica, ossia possono essere trasformati in nuove molecole, ad esempio in grassi (quindi se mangiamo troppi zuccheri essi, dopo essere stati demoliti, formano grassi che si accumulano nel tessuto adiposo facendoci ingrassare) -funzione strutturale, ad esempio la cellulosa fa parte della struttura della parete vegetale irrobustendola  I GLUCIDI SI SUDDIVIDONO IN: MONOSACCARIDI: AD ESEMPIO IL GLUCOSIO, SONO LE UNITA’ SINGOLE PRINCIPALI DEGLI ZUCCHERI, CIOE’ I MONOMERI, POSSONO LEGARSI TRA DI LORO (MEDIANTE REAZIONI DI CONDENSAZIONE ORIGINANDO POLISACCARIDI O DISACCARIDI), O POSSONO NON LEGARSI DISACCARIDI: AD ESEMPIO IL SACCAROSIO (ZUCCHERO DA CUCINA), DERIVANO DALL’UNIONE DI DUE MONOSACCARIDI, MEDIANTE REAZIONE DI CONDENSAZIONE (SI LIBERA UNA MOLECOLA DI ACQUA) OLIGOSACCARIDI: SONO FORMATI DA POCHE UNITA’ DI MONOSACCARIDI, 3-20. POLISACCARIDI: SONO POLIMERI FORMATI DA TANTE UNITA’ DI MONOSACCARIDI  I monosaccaridi sono gli zuccheri più semplici; hanno gruppi —OH e possono presentare o un gruppo aldeidico o un gruppo chetonico, in base a ciò si classificano in aldosi e chetosi. Inoltre a seconda del numero di atomi di carbonio da cui sono composti, si classificano in triosi, tetrosi, pentosi, esosi; il glucosio ad esempio è un aldoesoso, il fruttosio è un chetoesoso  Isomeria ottica dei carboidrati I monosaccaridi contengono almeno un centro chirale, ovvero un carbonio legato a quattro sostituenti differenti (detto stereocentro). Questo fa sì che esistano due stereoisomeri di un carboidrato. Nel 1891 Emil Fischer introdusse una rappresentazione grafica a croce dei carboidrati detta proiezione di Fisher. In essa si comincia a numerare dall’atomo di carbonio più vicino al gruppo aldeidico o chetonico a seconda se parliamo di aldosi o chetosi Se consideriamo lo zucchero più semplice ossia la gliceraldeide, essa possiede 2 isomeri ottici, l’isomero D ed L, tali stereoisomeri si chiamano in chimica organica enantiomeri, e sono l’uno l’immagine speculare dell’altro. La presenza di questi due isomeri ottici è dovuta alla presenza del carbonio centrale che è uno stereocentro (indicato con l’asterisco). La gliceraldeide prende il nome di L- o D-gliceraldeide a seconda il gruppo —OH si trovi a sinistra oppure a destra del carbonio. I monosaccaridi biologicamente rilevanti sono quelli della serie D e hanno il gruppo OH dello stereocentro più lontano dal gruppo aldeidico o chetonico sulla destra, ad esempio: I MONOSACCARIDI NATURALI ESISTONO PREVALENTEMENTE IN FORMA D È il chetoso più semplice, ed è un intermedio di reazione della glicolisi  In soluzione acquosa i monosaccaridi a 5 e 6 atomi di carbonio ciclizzano e la molecola ottiene il massimo della stabilità, la forma ciclica dei carboidrati è in equilibrio con quella aperta ed è predominante (90%). Per ottenere la forma ciclica, abbiamo un attacco nucleofilo da parte del gruppo OH in posizione 5, al gruppo aldeidico, si forma una struttura ciclica generalmente detta emiacetale le strutture chiuse ad anello sono due isomeri ottici e si chiamano anomero alfa e anomero beta (a seconda della disposizione del gruppo OH verso il basso o verso l’alto) e sono in equilibrio con la forma aperta del D-glucosio La rappresentazione dei monosaccaridi in modo ciclico avviene mediante le formule di Haworth, come possiamo osservare tali forma cicliche consistono in un eterociclo, per scriverle occorre prima guardare la forma lineare, gli OH che erano a destra si disporranno in basso.  DISACCARIDI: COME SI FORMANO REAZIONE DI CONDENSAZIONE Si forma un disaccaride quando due monosaccaridi si uniscono per reazione tra due gruppi OH, spesso l’ OH anomerico (al C1) di un monosaccaride e l’ OH (al C 4) dell’altro monosaccaride. Si ha liberazione di una molecola d’acqua. Il legame che si forma prende il nome di legame O-glicosidico.  I principali disaccaridi sono: saccarosio (glucosio + fruttosio) maltosio (glucosio + glucosio) lattosio (galattosio + glucosio). Maltosio (zucchero della birra) Saccarosio (è lo zucchero da cucina, deriva dalla canna da zucchero o dalla barbabietola): Lattosio (componente zuccherino del latte): L’intolleranza al lattosio consiste nell’incapacità di digerire correttamente il lattosio ed è causata da una presenza insufficiente dell’enzima lattasi. Il disturbo, che si stima interessi almeno il 40% degli italiani, può essere di origine genetica, e dunque comparire già dall’infanzia, oppure manifestarsi in età adulta. Il problema ha origine nell’intestino tenue. Il lattosio infatti è un disaccaride che per essere correttamente digerito dall’organismo deve prima essere scomposto nei due zuccheri semplici che lo compongono: galattosio e glucosio. Questa scissione avviene proprio nell’intestino tenue ad opera dell’enzima lattasi. Se l’enzima lattasi è carente o assente, il lattosio non può essere digerito e crea disturbi all’organismo. I polisaccaridi, come amido, glicogeno e cellulosa, sono lunghi polimeri di glucosio formati, in media, da 100 unità monomeriche. L’amido è presente nelle patate, nei cereali e costituisce la riserva di carboidrati tipica delle piante. I suoi componenti polimerici sono l’amilosio e l’amilopectina Ecco i polisaccaridi più noti del glucosio: l’amido, riserva energetica delle piante, è un polimero formato da amilosio, catena pressoché lineare di - glucosio, e amilopectina a catena ramificata. L’amilosio ha una struttura pressoché lineare derivata dall’unione con legame 1 → 4 glicosidico (α 1,4-glicosidico) di circa 300 molecole di α-glucosio. Legame 1→4 L’amilopectina ha una struttura più ramificata: lungo la parte lineare troviamo il legame α 1,4-glicosidico, mentre a livello dei punti di ramificazione troviamo il legame α 1,6- glicosidico: Legame 1→6 Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica Quando ad esempio siamo a digiuno da ore, il glicogeno immagazzinato viene sfruttato per ricavare glucosio a fini energetici. Una volta esaurito il glicogeno, se ci occorre energia verrà mobilizzato il grasso del tessuto adiposo (dimagrimento). Al contrario in condizioni di abbondanza energetica, come accade dopo un pasto, il glicogeno viene sintetizzato a partire dal glucosio e si accumula; la sintesi e la demolizione del glicogeno sono regolate dagli ormoni pancreatici insulina e glucagone Ha massa molecolare molto elevata e una struttura simile a quella dell’amilopectina, ma molto più ramificata. Il glicogeno è il polisaccaride di riserva degli organismi animali, accumulato nel fegato e nei muscoli (ci viene in aiuto quando ci serve energia sotto forma di glucosio, mentre facciamo attività fisica). La cellulosa è il composto organico più abbondante sulla Terra. Il mondo vegetale, infatti, è costituito in gran parte da cellulosa L’unica differenza chimica tra amido e cellulosa è che nel primo i legami tra unità sono α (1→4) glicosidici e nella seconda sono β (1→4) glicosidici. Quindi c’è solo una differenza nell’orientamento spaziale dell’ossigeno al carbonio numero 1 che ne caso della cellulosa sta verso l’alto. I ruminanti (esempio bovini, ovini e caprini), sono in grado di demolire la cellulosa, e traggono energia dal glucosio ottenuto da essa, l’uomo al contrario non riesce a digerire la cellulosa, la quale viene espulsa senza essere assimilata. Tuttavia l’uomo è tuttavia in grado di digerire però l’amido. Ecco perché la pizza ci fa ingrassare e invece l’insalata no! La chitina è un carboidrato insolubile in acqua formato dall’unione di unità di glucosio modificate (N-acetil-β-D-glucosammina) e legate mediante legame β 1,4-glicosidico, è il principale componente dell'esoscheletro degli insetti e dei nei crostacei, la troviamo anche in funghi e muschi. Ha impiego nei settore cosmetico (ad esempio trattamenti ristrutturanti dei capelli) I lipidi sono complesse molecole organiche insolubili in acqua che svolgono importanti funzioni: riserva energetica; ruolo strutturale delle membrane cellulari; ruoli funzionali (ormoni, vitamine). Si possono distinguere in lipidi complessi che contengono acidi grassi e lipidi semplici che ne sono privi. I lipidi complessi sono detti anche saponificabili, in quanto gli acidi grassi presenti possono andare incontro a idrolisi in ambiente basico, reazione detta di saponificazione e che genera i saponi (sali di acidi grassi). Grassi e oli sono i lipidi più diffusi in natura, sono trigliceridi, cioè triesteri della glicerina (glicerolo): I trigliceridi si formano dalla reazione di esterificazione della glicerina con tre molecole di acidi grassi, le cui catene R- , R’- , R’’- possono essere sature o insature. Più specificatamente i trigliceridi formati da acidi grassi saturi (dove non ci sono doppi legami) si chiamano GRASSI e sono solidi a temperatura ambiente. Se invece nei trigliceridi ho uno o più doppi legami ho i cosiddetti OLI che sono formati da acidi grassi insaturi, che in merito al doppio legame risulta come se fossero «spezzati» ed assumono forma liquida NEI GRASSI NEGLI OLI L'acido linoleico è un lipide essenziale, è contenuto principalmente nei semi di girasole, nel germe di grano, nelle noci, nei semi di soia, nel mais, nelle olive e nei relativi oli. L’acido oleico si trova soprattutto nell’olio d’oliva  SI TROVA NEI GRASSI ANIMALI (AD ESEMPIO NEL NOSTRO TESSUTO ADIPOSO), MA ANCHE NEI VEGETALI, AD ESEMPIO NEL BURRO DI CACAO Gli acidi grassi delle serie ω6, OMEGA 6 (per esempio, l’acido linoleico) e ω3, OMEGA 3 (per esempio, l’acido α-linolenico), sono acidi polinsaturi, non possono essere prodotti dalle cellule del corpo umano perché mancano gli enzimi necessari alla loro sintesi e, pertanto, sono detti acidi grassi essenziali, devono essere necessariamente introdotti mediante l’alimentazione. Gli acidi grassi polinsaturi sono particolarmente abbondanti in alimenti quali pesce azzurro, crostacei, noci e certi oli vegetali. Per molti anni è stata attribuita un’azione quasi miracolosa alle diete ricche in acidi grassi polinsaturi della serie w3, ritenendo che queste avessero un effetto benefico sul sistema cardiovascolare e nella prevenzione di gravi malattie, come infarto del miocardio e ictus, grazie alla loro capacità di abbassare i livelli ematici di trigliceridi e ridurre la pressione arteriosa. Per questo molti medici hanno prescritto negli anni integratori a base di olio di pesce a soggetti in cui il rischio di contrarre malattie cardiovascolari era elevato. Due recenti studi scientifici condotti su campioni di pazienti molto vasti hanno, tuttavia, dimostrato l’infondatezza di tali principi, indicando che la somministrazione di integratori a base di acidi polinsaturi w3 non influenza in modo significativo il rischio cardiovascolare.  I FOSFOGLICERIDI O FOSFOLIPIDI Hanno struttura simile a quella dei trigliceridi, solo che il glicerolo (chiamato anche glicerina) è legato a due molecole di acidi grassi; l’ultimo gruppo ossidrilico (OH) è legato ad un gruppo fosfato (da qui il loro nome) il quale a sua volta è legato ad un altro gruppo idrofilo (spesso colina e serina) Le molecole di fosfogliceridi hanno, quindi, una TESTA POLARE e due lunghe CODE IDROCARBURICHE, APOLARI, sono per tale ragione dette molecole anfipatiche I fosfolipidi sono i principali costituenti delle membrane biologiche, essi si dispongono con le loro teste polari rivolte verso l’esterno, a contatto con le soluzioni acquose, le code invece, siccome sono idrofobe, si rivolgono verso l’interno proprio per minimizzare la repulsione con l’acqua. Possono anche richiudersi per dare luogo a vescicole  IL COLESTEROLO è un lipide che ha una struttura a 4 anelli, appartenente alla classe degli Steroidi, i quali hanno come nucleo un idrocarburo tetraciclico, il ciclopentanoperidroferantrene, formato da tre anelli a 6 atomi di carbonio e uno a 5, fusi insieme. Il colesterolo è importantissimo per l’organismo perché svolge diverse funzioni: 1) è un componente fondamentale delle membrane cellulari, le rende più rigide 2) è utilizzato dal nostro organismo per la sintesi di molti altri composti, tra i quali la Vitamina D, gli ormoni sessuali maschili e femminili (estrogeni e testosterone), produzione di acidi biliari che digeriscono i lipidi Un eccesso di colesterolo introdotto con l’alimentazione provoca formazione di placche arteriose  LE VITAMINE LIPOSOLUBILI Le vitamine in generale sono un gruppo di sostanze organiche indispensabili, sono richieste in piccole quantità per la crescita e per una corretta regolazione delle attività vitali dell'organismo. Di solito consistono in parti o precursori di coenzimi, aiutano quindi gli enzimi a svolgere la loro funzione in tutte le reazioni cellulari. Comprendono le vitamina liposolubili (A, D, E, K), sostanze lipidiche, e le idrosolubili, che sono quelle del gruppo B (8) e la vitamina C detta anche acido ascorbico La vitamina D (o calciferolo) contribuisce all’assorbimento di calcio e fosforo, è presente in alimenti di tipo animale, ma fondamentale è la sua sintesi che avviene a livello cutaneo mediante esposizione alla radiazione solare a partire dal colesterolo, pertanto la produciamo noi stessi. Quindi le popolazioni nordiche necessitano di buon approvvigionamento di essa con il cibo e gli integratori, causa scarsa esposizione al sole. Nei bambini una sua carenza provoca rachitismo, negli adulti osteoporosi La vitamina A (o retinolo) si assume mediante alimenti di origine animale e vegetali, sotto forma del suo precursore, il beta carotene. E’ coinvolta nel meccanismo della visione e nel proteggere i tessuti epiteliali. La vitamina E (o tocoferolo) si trova nei vegetali, è un antiossidante, e pertanto un anti-invecchiamento La vitamina K (o fillochinone) si trova nei vegetali, ma può essere sintetizzata dalla nostra flora batterica, è coinvolta nella coagulazione del sangue  La reazione di idrogenazione degli oli vegetali Gli oli vegetali possono essere trasformati in sostanze solide, dette margarine, attraverso una semplice addizione di atomi di idrogeno ai doppi legami (reazione di idrogenazione), in presenza di un opportuno catalizzatore. Nell’industria questo processo è alla base delle produzione di prodotti alimentari che possono sostituire il burro animale. La saturazione dei doppi legami diminuisce anche la possibilità di attacchi da parte di sostanze ossidanti e, di conseguenza, conserva meglio l’alimento. In poche parole da un olio si ottiene un grasso mediante la rimozione di doppi legami Reazione di idrolisi alcalina o saponificazione Le molecole di sapone (sali di acidi grassi) sono costituite da una lunga catena idrocarburica apolare, la coda (idrofobica), e da un’estremità polare. Quando il sapone è mescolato con l’acqua, le code idrocarburiche formano una sfera idrofobica all’interno, le teste idrofile si dispongono all’esterno: micelle. In presenza di goccioline di grasso e sapone, si forma un’ emulsione. Grazie alla formazione di un’emulsione con il sapone, il grasso si dissolve nell’acqua. Le proteine sono polimeri di amminoacidi. Svolgono molteplici funzioni (esempio strutturale, protettiva ecc.); ognuna di esse ha una forma specifica indispensabile per il lavoro che deve svolgere. Importanti proteine sono gli enzimi. Le proteine vengono costruite secondo indicazioni presenti nel DNA. DAL PUNTO DI VISTA ALIMENTARE LE POSSIAMO TROVARE NEI PRODOTTI DI ORIGINE ANIMALE, MA ANCHE NEI LEGUMI E, ANCHE SE IN MINOR QUANTITA’, NEI CEREALI  GLI AMINOACIDI SONO QUINDI I MONOMERI DELLE PROTEINE E POSSONO ESSERE DI VENTI TIPI DIVERSI Gli aminoacidi (eccetto la prolina che ha struttura ciclica) sono formati da un atomo di carbonio centrale legato a: -Un gruppo carbossilico -Un gruppo amminico -Un atomo di idrogeno -Un gruppo definito R, che varia da aminoacido ad aminoacido, di 20 tipi diversi I due gruppi funzionali di ciascun amminoacido sono legati allo stesso atomo di carbonio, noto come carbonio α, e sono per questo detti 𝛂-amminoacidi GRUPPO GRUPPO AMMINICO CARBOSSILICO tutti gli α-amminoacidi delle proteine (a parte la glicina dove R=H) mostrano quattro sostituenti diversi legati all’atomo di carbonio α che è quindi uno stereocentro; la conseguenza è che ogni amminoacido esiste sotto forma di due isomeri ottici diversi (D e L), tuttavia gli amminoacidi naturali sono di tipo L, tranne rare eccezioni  La classificazione strutturale degli 𝛂-amminoacidi I venti α-amminoacidi che costituiscono le proteine si classificano in base alle caratteristiche strutturali della loro catena laterale (R) che influenza in particolar modo la polarità della molecola. Gli amminoacidi apolari comprendono gli amminoacidi alifatici…. ……ed aromatici Fra gli amminoacidi polari, alcuni hanno un gruppo senza carica altri presentano invece un gruppo ionizzabile che può assumere una carica elettrica positiva (amminoacidi basici) oppure negativa (amminoacidi acidi) Gli amminoacidi essenziali sono 9: la valina, la leucina, l'isoleucina, la fenilalanina, il triptofano, la treonina, la metionina e la lisina. Sono quegli amminoacidi che un organismo vertebrato non è in grado di sintetizzare da sé in quantità sufficiente e che quindi deve assumere con l’alimentazione, esiste infatti un loro fabbisogno giornaliero (tabella) gli amminoacidi essenziali sono presenti nei prodotti di origine animale, ma non sempre nei prodotti di origine vegetale (esempio cereali). ecco perché i vegetariani, per evitare carenze nutrizionali, devono combinare alimenti diversi di tipo vegetale per assicurarsi di assumere tutti questi importanti amminoacidi Gli amminoacidi possono comportarsi come basi, poiché il gruppo —NH2 è in grado di accettare un protone, ma anche come acidi, in quanto il gruppo —COOH può cedere un protone. Tale forma ionica dipolare è in equilibrio con quella non polare. A struttura ionica dipolare si chiama zwitterione  Per via del fatto che i gruppi funzionali —NH2 e —COOH sono ionizzabili, essi sono sensibili al pH dell’ambiente. Gli amminoacidi, come abbiamo appena visto, possono accettare protoni e possono perderli, pertanto è come se fossero sia acidi che basi, e sono detti sostanze anfotere. A valori di pH acido, un amminoacido a valori di pH basico, presenta la carica positiva del gruppo al contrario, un amminoacido presenta la —NH3+ e mostra il gruppo —COOH carica negativa del gruppo —COO- e nella forma indissociata, proprio perché mostra il gruppo —NH2 nella forma in presenza di protoni, il gruppo COO- si indissociata. Il gruppo —NH3+ infatti, in va a protonare; presenza di OH- si dissocia e diviene NH2 Tuttavia esiste un punto in cui l‘amminoacido ha carica complessiva nulla, ossia quel punto in cui l’amminoacido è nella sua forma dipolare o zwitterionica. Questo punto si chiama punto isoelettrico, è un valore di pH e lo indichiamo con P.I. Ogni amminoacido è caratterizzato da un punto isoelettrico (P.I.) che equivale al valore di pH in corrispondenza del quale l’amminoacido risulta essere elettricamente neutro. Per la maggior parte degli α-amminoacidi, il punto isoelettrico è prossimo alla neutralità (pH = 7). Tuttavia ci sono amminoacidi basici e acidi, che hanno P.I. intorno a 3 o olte 7. mediante una tecnica di laboratorio che si chiama elettroforesi gli amminoacidi si separano in base al loro punto isoelettrico Solo illustrata I PEPTIDI Più aminoacidi si legano tra loro mediante legame ammidico detto legame peptidico, che avviene tra il gruppo amminico di un aminoacido e il gruppo carbossilico di un altro aminoacido, questo processo libera una molecola di acqua (reazione di condensazione), e da origine alla cosiddetta catena peptidica, che può essere costituita anche da centinaia di aminoacidi. Inizialmente si forma un dipeptide, poi esso si lega ad un altro aminoacido, poi un altro e così via….fino a formare un peptide. Il legame tra C ed N nel legame peptidico non può ruotare e assume pertanto una disposizione planare il gruppo —SH della catena laterale della cisteina tende a reagire con un gruppo analogo di un’altra molecola di cisteina. Questa reazione di ossidazione porta alla formazione di un legame o ponte disolfuro, S—S. Come vedremo più avanti, la presenza di legami disolfuro influenza la struttura tridimensionale delle proteine. I ponti disolfuro sono presenti nei nostri capelli, se si rompono i capelli risultano danneggiati. Tali ponti sono particolarmente presenti nelle persone con i capelli ricci I PEPTIDI SI SUDDIVIDONO IN: oligopeptidi- formati da pochi amminoacidi (2-10); polipeptidi- contengono fino a 100 amminoacidi; proteine- oltre 100 amminoacidi.  Le catene polipeptidiche Le catene polipeptidiche sono sequenze di TANTI amminoacidi che si uniscono mediante legami peptidici, ciascuno dei quali coinvolge, come si è detto, un gruppo amminico e un gruppo carbossilico. Siccome gli amminoacidi sono 20, ogni catena polipeptidica ha una specifica sequenza lineare definita dal numero, dal tipo e dall’ordine degli amminoacidi che contiene. Le proteine hanno 4 livelli di organizzazione: struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria.  STRUTTURA PRIMARIA E’ la sequenza, l’ordine, con cui gli aminoacidi si susseguono nella catena ogni aminoacido è contrassegnato da una lettera, possono esserci milioni di combinazioni La struttura primaria delle proteine oltre a definire la sequenza degli aminoacidi, determina la forma, la struttura e la funzionalità della proteina. Nel caso dell’anemia falciforme, abbiamo emoglobina a forma di falce che si presenta in tale modo per via della sostituzione di un solo amminoacido con un altro! La struttura secondaria può essere elicoidale, e si chiama ad alfa- elica, oppure a foglietto ripiegato; in ogni caso, è il risultato di legami idrogeno tra l’ossigeno di un gruppo carbonilico e l’idrogeno del gruppo N-H, di solito nelle proteine ci sono entrambe le strutture FOGLIETTO RIPIEGATO LEGAMI IDROGENO TRA UN ATOMO DI IDROGENO (DEL RESIDUO DEL GRUPPO AMMINICO) ED UNO DI OSSIGENO (DEL GRUPPO CARBONILICO) SOLITAMENTE DI DUE DIVERSE CATENE POLIPEPTIDICHE. NELLA FIBROINA, LA PROTEINA DELLA SETA E DELLA TELA DEL RAGNO E’ PREDOMINANTE TALE STRUTTURA  ALFA ELICA E’ IL RISULTATO DI LEGAMI IDROGENO, NELLA STESSA CATENA POLIPEPTIDICA, TRA UN ATOMO DI H (DEL RESIDUO DEL GRUPPO AMMINICO) ED UNO DI OSSIGENO (DEL GRUPPO CARBONILICO). NE RISULTA UNA STRUTTURA MOLTO PIU’ COMPATTA DEL FOGLIETTO BETA.  Una proteine che è formata soprattutto da tale struttura secondaria è la proteina fibrosa CHERATINA La struttura terziaria è dovuta al ripiegamento della struttura secondaria in seguito a interazioni tra gruppi R degli amminoacidi: legami idrogeno, legami ionici tra gruppi R con carica opposta, legami covalenti (ponti disolfuro tra 2 amminoacidi cisteina) In questo modo la catena proteica assume la propria forma definitiva in cui i gruppi R idrofobi, nel ripiegarsi, si dispongono all’interno in modo da minimizzare il contatto con l’acqua, i gruppi idrofili fanno il contrario. Sulla base della forma (struttura terziaria) suddividiamo le proteine in due categorie: le proteine fibrose e le proteine globulari PROTEINE PROTEINE FIBROSE GLOBULARI  PROTEINE FIBROSE HANNO CATENE POLIPETIDICHE DISPOSTE IN FASCI, SONO INSOLUBILI IN ACQUA SONO PROTEINE STRUTTURALI DI FORMA ALLUNGATA CHE FORNISCONO SOSTEGNO E PROTEZIONE ALLE CELLULE (COLLAGENE E CHERATINA SONO PROTEINE FIBROSE) la cheratina la troviamo ad esempio nei capelli, nelle corna e zoccoli degli animali, nel guscio delle tartarughe, presenta 2 alfa-eliche avvolte tra loro e che interagiscono mediante i loro amminoacidi, in modo particolare la cisteina che forma ponti disolfuro con un’altra cisteina. E’ compatta proprio per via della struttura ad alfa elica  PROTEINE GLOBULARI HANNO CATENE POLIPETIDICHE RIPIEGATE CHE ASSUMONO UNA FORMA SFERICA E COMPATTA SIMILE AD UN GOMITOLO GLI ENZIMI, MOLECOLE CHE ACCELLERANO LE REAZIONI CELLULARI 6-FOSFOFRUTTOCHINASI LA MIOGLOBINA, PROTEINA CHE TRASPORTA OSSIGENO NEL MUSCOLO Alcune proteine hanno una struttura quaternaria, cioè sono formate da più catene ripiegate. Ad esempio anticorpi e l’emoglobina che è formata da 4 catene (al centro delle quali c’è il cosiddetto gruppo eme che contiene ferro) La denaturazione di una proteina è la perdita della sua struttura secondaria e terziaria, causata da calore, radiazioni, sostanze chimiche. Una proteina denaturata non funziona più. Nella proteina denaturata la sequenza degli amminoacidi tuttavia rimane la stessa, quindi la struttura primaria non è intaccata Quando cuoce l’albume esso cambia colore perché le proteine presenti si denaturano, stessa cosa accade quando cuocio la carne; se insisto troppo sui capelli con la piastra si denaturano le cheratine dei capelli RIEPILOGANDO IL DNA Il DNA è usato per scopi investigativi nella medicina forense perché è il depositario dell’informazione genetica di un individuo. Tutto ciò che noi siamo è infatti scritto nel DNA (detto anche acido desossiribonucleico). Su una scena del crimine si preleva un «campione» di materiale biologico, se esso è presente in quantitativi minimi lo si amplifica con la cosiddetta tecnica della PCR, in tale maniera minimi quantitativi di DNA raggiungono quantità apprezzabili adatte all’analisi. Sulla base dei dati ottenuti da Chargaff e da Franklin, Watson e Crick elaborarono un modello tridimensionale che svelava la struttura a doppia elica del DNA, pubblicato nel 1953. La vita di Rosalind Elsie Franklin è stata breve, ma il contributo che questa donna ha dato alla scienza è stato fondamentale. Il suo lavoro infatti è stato importantissimo per la comprensione del DNA e della sua struttura. I suoi studi infatti, le permisero di mettere a punto la tecnica innovativa della diffrazione ai raggi X per fotografare i costituenti di tutti i materiali viventi e non viventi, attraverso una microcamera capace di produrre fotografie ad alta definizione dei singoli filamenti di DNA. La scienziata però fu vittima di un furto da parte dei suoi colleghi maschi, James Watson e Francis Crick, che si impossessarono dei dati delle sue immagini realizzate con i raggi X, formulando il celebre modello a doppia elica. La sua morte, a 37 anni, venne causata da un tumore probabilmente provocato dall’esposizione alle radiazioni utilizzate. Dopo la sua scomparsa, nel 1962, i due scienziati che l’avevano “derubata” della sua scoperta, Crick e Watson, ricevettero il Premio Nobel. Senza ovviamente, fare alcun riferimento al prezioso lavoro svolto da Rosalind Franklin. I nucleotidi sono i «mattoni» ossia i monomeri del DNA I nucleotidi sono costituiti da una base azotata; uno zucchero; un gruppo fosfato Nell'RNA, al carbonio C2 dello zucchero sono legati un idrogeno e un gruppo –OH, è il D-ribosio. Nel DNA, in posizione C2 sono legati due idrogeni a formare il D-2-desossiribosio. Per quanto riguarda le basi azotate, esse sono adenina (A), timina (T), citosina (C) e guanina (G), uracile (U). sono basi puriniche A e G (basi puriniche, si chiamano purine) sono basi pirimidiniche T, U e C (basi pirimidiniche, si chiamano pirimidine). L’uracile lo troviamo nell’RNA al posto della timina La molecola formata da base + zucchero è detta nucleoside. Si ha un ribonucleoside se lo zucchero è il D-ribosio (RNA) o un desossiribonucleoside se lo zucchero è il D-2-ribosio (DNA). Quando il nucleoside si lega all’acido fosforico si forma il nucleotide Struttura generica di un nucleotide: adenosina monofosfato NUCLEOTIDI PURINICI NUCLEOTIDI PIRIMIDINICI L'RNA e il DNA sono formati da catene di nucleotidi 5'-monofosfati, legati tra loro da un legame 5'-3' fosfodiesterico, ovvero tra il gruppo fosfato al C5 dello zucchero di un nucleotide e il gruppo –OH al C3 dello zucchero del nucleotide adiacente. Da un punto di vista chimico, nel polimero di DNA o RNA si può distinguere uno scheletro zucchero-fosfato, costituito dai pentosi legati tra loro dai gruppi fosforici, che conferisce la struttura portante. Le basi sporgono verso l’interno e conferiscono a un acido nucleico molte delle sue caratteristiche. scheletro zucchero- fosfato Gli appaiamenti tra i due filamenti della doppia elica non sono casuali, l'adenina può appaiarsi solo alla timina, formando due legami idrogeno; la citosina si appaia solo alla guanina, formando tre legami a idrogeno. L’appaiamento di una purina con una pirimidina mantiene costante la distanza tra i due montanti della scala. ogni filamento consiste pertanto nell’alternarsi di desossiribosio e gruppo fosfato, ed è complementare all’altro: ci sarà infatti SEMPRE un appaiamento tra A e T e tra C e G, in modo tale che i due filamenti manterranno costante la loro distanza tra loro I filamenti sono antiparalleli ossia orientati in direzioni opposte: uno termina con l’estremità 3’ (gruppo OH), l’altro con la 5’ (gruppo fosfato) APPROFONDIMENTO: LA REPLICAZIONE DEL DNA  Il DNA si duplica usando uno dei due filamenti come stampo L’informazione nel DNA si trasmette di generazione in generazione per produrre una copia identica a se stessa con un meccanismo di stampo. Il DNA contiene infatti un codice che trasmette l’informazione genetica. Quando la cellula inizia a duplicare il proprio DNA, la doppia elica si despiralizza e la molecola si apre come una cerniera lampo a mano a mano che le due catene complementari si separano si rompono pertanto i legami idrogeno tra le basi. A questo punto, ciascuno dei due filamenti funziona come uno stampo per la produzione di un nuovo filamento complementare. I nucleotidi che si aggiungono per formare la nuova elica, si allineano secondo la regola dell’appaiamento delle basi, l’allungamento di ciascun filamento, per aggiunta di nucleotidi liberi, avviene all’estremità 3’ grazie all’azione dell’enzima DNA polimerasi. Ciascuna doppia elica sarà costituita da un filamento “vecchio” e da uno “nuovo”. Si parla di duplicazione semiconservativa.