Introduzione alla Biochimica PDF

BIOCHIMICA INTRODUZIONE La biochimica è la chimica della vita studia le strutture,i meccanismi ed i processi chimici comuni a tutti gli organismi e che fanno parte della logica molecolare della vita. Legame COVALENTE E IONICO sono interazioni forti -I legami covalenti sono il legame peptidico,lega...

BIOCHIMICA INTRODUZIONE La biochimica è la chimica della vita studia le strutture,i meccanismi ed i processi chimici comuni a tutti gli organismi e che fanno parte della logica molecolare della vita. Legame COVALENTE E IONICO sono interazioni forti -I legami covalenti sono il legame peptidico,legame fosfodiestereo ecc.. e conferiscono maggiore stabilità alle molecole. Il legame covalente è la condiviose di e- tra due atm. -Il legame ionico porta alla formazione di due ioni perchè c'è una specie che acquista e- e completa l'otteto e l'altra specie che cede e-. Legami DEBOLI. Tra questi ci sono -i legami elettrostatici (interazioni ioniche cioè si formano ioni perchè abbiamo un atomo che ha ceduto 1e- e un'altro atm che ha acquistato 1e- esp Na-Cl). -Legame idrogeno si viene a formare un ponte perchè l'H è legato ad un atm elettronegativo come l'O che a sua volta è impegnato in un altro legame covalente e poi forma un'altro legame con un altro atm elettronegativo non impegnato(li ritroviamo nel DNA tra le basi azotate e nella strutture 2 della proteina). Il legam H è più forte quando gli atm sono tra loro allineati.- Le forze di van der waals è un interazione che genera dei dipoli istantanei in seguito all'avvicinamento tra due molecole. Il singolo legame ha una certa energia,l'insieme dei legami conferisce una maggiore stabilità. Le macromolecole biologiche sono costituite da monomeri che a loro volta sono legati da legami covalenti semplici(interazioni deboli). Occorre un'enorme quantità di energia per rompere questi legami. ELEMENTI CHE CARATTERIZZANO LA VITA sono il CARBONIO,IDROGENO,OSSIGENO,AZOTO in maggiore quantità. Il C è l'elemento più versatile nel formare legami e può formare un enorme quantità di molecole stabili. La funzione delle biomolecole dipende dalla forma e dai gruppi funzionali. Le prime molecole che si sono formate come il metano,etano ecc.. sono molecole molto stabili,idrofobiche e quindi poco reattive. Mentre le molecole che fanno parte della vita sono idrofiliche. I gruppi funzionali tipici delle biomolecole sono:gruppo carbonilico(carboidrati),gruppo carbossilico e gruppo amminico(amminoacidi),gruppo ossidrilico(zuccheri e amminoacidi). La forma tridimensionale della molecola è un'aspetto molto importante per stabilire la sua funzione che dipende appunto dall'arrangiamento nello spazio degli atomi. Negli isomeri CONFORMAZIONALI si ha la rotazione intorno ai legami-->Isomeri strutturali: differiscono per la disposizione degli atomi nella catena carboniosa.Negli isomeri CONFIGURAZIONALI si ha la rottura dei legami-->Isomeri geometrici: differiscono per la disposizione degli atomi rispetto a un doppio legame C=C Enantiomeri: sono generati dalla presenza di 4 sostituenti diversi legati allo stesso atomo di carbonio(carbonio chirale).Gli enantiomeri sono l’uno immagine speculare dell’altro. I sistemi biologici riconoscono solo uno dei due enattiomeri D o L. PRINCIPALI BIOMOLECOLE SONO TUTTE COSTITUITE DA MONOMERI,ogni monomero quando viene incorporato in una biomolecola diventa un residuo. Tutti i residui sono allineati nella stessa direzione,le estremità delle molecole sono diverse. ➤PROTEINE i monomeri sono gli amminoacidi. Le funzioni delle proteine sono di trasporto(emoglobina,proteine canale),proteine enzimatiche,di sostegno. Le proteine sono molto versatili perchè possono avere diverse catene laterali e quindi sono in grado di svolgere diverse funzioni. I vari amminoacidi sono legati attraverso un legame peptidico,il gruppo amminico appartiene al primo amminoacido sintetizzato mentre il gruppo carbonilico appartiene all'ultimo amminoacido sintetizzato della catena polipeptidica. La disposizione lineare degli amminoacidi definisce la struttura primaria. ➤ACIDI NUCLEICI i monomeri sono i nucleotidi e hanno la funzione di conservare e trasmettere l'informazione genetica. Il legame tipico dei nucleotidi è detto N-glucosidico e unisce l'azoto della base azotata allo zucchero,poi c'è un legame fosfoestereo che unisce il gruppo ossidrilico del C 5 con il gruppo fosfato e due legami fosfo che definiscono la posizione beta e gamma. ➤CARBOIDRATI i monomeri sono i monosaccaridi. Il legame è detto glicosidico. Il glicogeno è un omopolimero di glucosio. La reazione di condensazione che porta all'eliminazione di una molecola di acqua accomuna il legame peptidico,glicosidco e fosfoestereo. ➤LIPIDI sono molecole anfipatiche perchè hanno una porzione polare e una apolare(determinata dagli acidi grassi). Gli acidi grassi possono essere saturi o insaturi. Il triacilglicerolo è formato da glicerolo e 3 acidi grassi. L'unica che costituisce i sistemi viventi è la cellula. Le cellule sono rivestite da una membrana plasmatica che ha una funzione di sostegno ed è formata da vari costituenti quali fosfolipidi,proteine ecc..Inoltre la membrana impedisce l'attraversamento di molecole polari e ioni.Le cellule ha una dimensione minima e una max. Il limite inferiore è determinato dalla presenza di ribosomi(lunghezza media 20 nm) e citoplasma che sono presenti in TUTTE LE CELLULE. Il limite superiore è dovuto all'indice di diffusione di molecole di soluto nei sistemi acquosi. Se una cellula è molto grande per poter svolgere le sue funzioni necessita di un enorme quantità di ossigeno. Quando le cellule si dividono è perchè hanno raggiunto un limite di rapporto superfiie-volume. Esistono 3 domini:batteri e archea che appartengono ai procarioti e poi ci sono gli eucarioti.  Gli organismi si possono classificare in aerobi:sono quelli che necessitano di ossigeno;anaerobi: sono quelli che difficilmente vivono o crescono in presenza di ossigeno,trasferiscono e- al solfato,all'anidride carbonica ecc;anaerobi facoltativi: sono quelli che possono vivere e crescere in presenza o in assenza di ossigeno. CATABOLISMO decomposizione di molecole complesse in molecole più semplici. Le piante sono fototrofi perchè utilizzano la radiazione solare come fonte di energia per la costruzione delle biomoelcole. I fotoeterotrofi utlizzano la radiazione solare come fonte di energia ma necessitano di estrarre atm di C da altre sostanze organiche per sintetizzare biomolecole.I chemioeterotrofi ricavano energia e carbonio dai composti organici,mentre i chemioautotrofi utilizzano sostanza inorganiche ossidando zolfo,idrogeno. Utilizziamo la TERMODINAMICA per interpretare quello che avviene all'interno dei sistemi biologici. La prima legge della termodinamica ci dice che la quantità di energia detta entalpia di un sistema rimane sempre la stessa. La seconda legge ci dice che l'entropia dell'universo tende sempre ad aumentare. L'entropia è una misura del disordine dell'universo. L'entalpia e l'entropia sono collegate tra di loro attraverso l'energia libera di gibbs. La differenza tra queste due grandezze deve essere inferiore a zero se il processo è spontaneo.Quando l'ATP viene idrolizzata libera un enorme quantità di energia perchè è una molecola instabile,quando lo convertiamo in ADP otteniamo una molecola più stabile quindi l'energia(entalpia) è minore. Le reazioni di sintesi vanno contro la 2 legge della termodinamica richiedono energia e vanno a diminuire l'entropia. La cellula abbina una reazione che libera energia ad una reazione che richiede energia. ESP per fare un legame peptidico mi serve energia che ricavo dall'ATP. Il gruppo fosfato dell'ATP può liberare altra energia che è maggiore rispetto a quella che mi serve. Il processo totale viene visto come esoergonico. Gli enzimi aumentano la velocità di una reazione e abbassa l'energia di attivazione. L'ACQUA La struttura e la funzione di tutte le biomolecole dipendono dalle proprietà chimico-fisiche dell’acqua. La maggior parte delle reazioni chimiche avvengono nell’H2O. L’acqua partecipa attivamente a molte reazioni chimiche. Le interazioni deboli presenti in una biomolecola vengono influenzate dalla presenza dell'acqua perchè essa può formare dei legami con i gruppi funzionali delle biomolecole. UN INTERAZIONE ELETTROSTATICA IN AMBIENTE ACQUOSO E' MOLTO MENO FORTE. Proprietà fisiche dell’acqua Alti punti di fusione Alti punti di ebollizione Densità del ghiaccio è più bassa dell’acqua liquida Queste proprietà sono una conseguenza dei legami H presenti nella molecola. Sono due le principali caratteristiche dell'H2O che influenzano le biomolecole:l'enorme forza attrativa che sussiste tra le molecole di H2O dovute ai legami H e la bassa tendenza a ionizzarsi. MOLECOLA H2O:L'O carico - forma due legami covalenti polari con l'H che si carica +,l'O ha due orbitali che possiedono dei doppietti non impegnati in legame che occupano più spazio e quindi vanno a creare un angolo più piccolo di 104,5°. L'H2O ha la geometria di un tetraedro poichè l'O ha un ibridazione sp3 quindi l'H2O può formare 4 legami e riesce ad ottenere una maggiore stabilità. NON TUTTE LE MOLECOLE CARATTERIZZATE DA LEGAMI POLARI A LORO VOLTA SONO POLARI,esp CO2 presenta dei legami polari ma i due dipoli si annullano a vicenda e quindi non è una molecola polare. Le due estremità della molecola di H2O possono formare dei legami H che hanno una lunghezza di 0,177 nm,questi legami si formano e si rompono in 1-2picosecondi. L'H2O allo stato liquido presenta 3/4 legami intorno alla molecola mentre allo stato solido i legami sono 4. Il processo di fusione e di evaporazione hanno un entalpia positiva perchè il sistema assorbe energia mentre l'entropia aumenta perchè le molecole assumono gradi di libertà maggiori. A temperatura ambiente la fusione dell'H2O è un processo spontaneo,quindi ha un deltaG negativo. Siccome il processo richiede calore e quindi l'entalpia è negativa,è la variazione positiva di entropia in termini di libertà delle molecole che contribuisce a rendere il processo spontaneo. I LEGAMI H SI POSSONO FORMARE ANCHE TRA GRUPPI FUNZIONALI,il legame H è un interazione elettrostatica tra cariche opposte. PROPRIETA' SOLVENTI DELL'H2O:è una molecola polare. Vediamo come si comporta nei confronti di soluti idrofilici e idrofobici. Per quanto riguarda i composti idrofilici(composti ionici) prendiamo come esempio il sale NaCl in acqua si dissocia in ioni quindi sono solubili in acqua. Le cariche di segno opposto sono schermate dalla presenza dell'H2O. Da un punto di vista termodinamico si rompono i legami e si formano legami,aumenta l'entropia e deltaG è negativa a temperatura ambiente. Quindi i composti ionici danno luogo a delle soluzioni elettrolitiche. TUTTE LE BIOMOLECOLE POSSIEDONO DEI GRUPPI FUNZIONALI CHE SONO IN GRADO DI INTERAGIRE E FORMARE DEI LEGAMI CON L'H2O. I composti molecolari(polari) come metanolo,etanolo ecc..interagiscono con le molecole di H2O attraverso la formazione di legami di natura elettrostatica. La polarità di queste molecole è dovuta alla presenza del gruppo ossidrile che forma un dipolo. La solubilizazzione delle molecole polari avviene a carico dei legami H che si possono formare intorno al dipolo caratteristico di ciascuna molecola. I composti molecolari non danno luogo a soluzioni elettrolitiche. L'H2O è UN BUON SOLVENTE SIA PER I COMPOSTI IONICI E SIA PER I COMPOSTI POLARI. Quando l'H2O reagisce con i composti apolari non si forma alcun tipo di interazione,il composto apolare viene escluso dall'H2O. La molecola apolare va a rompere i legami H dell'H2O e va ad occupare lo spazio. Quindi le molecole di H2O sono costrette ad orientarsi intorno alle molecole apolari. Se le molecole apolari interagiscono le molecole di H2O riacquistano dei gradi di libertà quindi l'entropia è positiva.Questo fenomeno prende il nome di effetto idrofobio. Le molecole anfipatiche(fosfolipidi) in ambiente acquoso possono interagire tra di loro formando un doppio strato fosfolipidico,mentre le porzioni idrofiliche sono rivolte verso l'interno e l'esterno della cellula. Quando una soluzione di fosfolipidi viene agitata e poi lasciata per raggiungere lo stato stazionario si formano le micelle che minimizzano le molecole di H2O e conferisce un'elevata stabilità. PROPRIETA' CHIMICHE DELL'H2O: ➤ionizzazione:l'H2O è leggermente dissociata in H+ e OH-. Il grado di dissociazione dell'H2O possiamo valutarlo in base alla concentrazione degli ioni,la presenza di ioni ci indica che l'H2O è anche in grado di condurre elettricità e dirci quanti ioni sono presenti all'interno di se stessa. La concentrazione dell'H2O pura deriva da quante moli di H2O sono contenute in 1 l di H2O PMx1000=concentrazione H2O pura cioè 55,5M. Il prodotto ionico dell'H2O di 10^-14M NON può variare,quindi se aumenta la concentrazione di H3O+ diminuisce la concentrazione di OH-. In soluzione neutra la concentrazione degli ioni è uguale a 10^-7. Quando la soluzione è acida è maggiore la concentrazione di H3O+,se la soluzione è basica è maggiore la concentrazione di OH-. Il parametro che ci permette di stabilire la neutralità di una molecola è il PH. Il numero 7 che indica la neutralità del PH è un valore reale.Gli strumenti utilizzati per misurare il PH sono gli indicatori acido- base,sostanze organiche,il PHmetro ecc.. ACIDI E BASI Definizione di Arrhenius: acidi e basi sono composti che in acqua danno luogo a dissociazione elettrolitica Definizione di Brønsted e Lowry:Acido = donatore di protoni Base = accettore di protoni Dissociazione acida-->Un acido in soluzione acquosa si dissocia e si forma H3O+ e la base coniugata dell'acido. Poiché in biochimica la maggior parte degli acidi è debole x evitare lunghi esponenti negativi si può usare una unità di misura simile al pH, definita pKa= -log ka I GRUPPI FUNZIONALI SI COMPORTANO COME ACIDI O BASI DEBOLI. EQUAZIONE DI Handerson-Hasselbach:Mette in relazione il pH di una soluzione che contiene sia l’acido che la sua base coniugata con il pka di un acido debole: TITOLAZIONE E’ un esperimento in cui quantità note di una base (NaOH) vengono aggiunte ad una quantità nota di un acido debole. La soluzione di NaOH viene aggiunta a piccole dosi fino a che tutta la soluzione di acido viene consumato (neutralizzato).Nel corso della titolazione varia il pH della soluzione. Il punto di equivalenza è il valore di pH al quale l’acido è completamente neutralizzato ossia la concentrazione dell'acido puro è uguale alla concentrazione dell'acido deprotonato. Il punto esatto di neutralità viene misurato attraverso un indicatore o il pHmetro. La presenza della base coniugata dell'acido risulta tamponante rispetto alle variazioni di ph. L'acido e la sua base coniugata presentano delle riserve per neutralizzare l'aggiunta degli ioni OH-. Quindi la concentrazione della forma non ionizzata può andare a neutralizzare l'aggiunta di OH- andando a dissociarsi,lo ione H+ si combina con gli altri ioni formando altre molecole di H2O. Questa situazione c'è quando la concentrazione dell'acido e la sua base coniugata sono simili. Curve di titolazione:Nel punto intermedio della titolazione, nel quale il pH=pK di ionizzazione del gruppo ionizzabile, le concentrazioni dell’acido e della base coniugata si equivalgono. Le zone ombreggiate indicano gli intervalli di pH lungo i quali la soluzione corrispondente può agire da tampone Il gruppo carbossilico,fosfato delle biomolecole ecc.. possono compiere da tamponi Strutture delle proteine -La struttura primaria è la sequenza lineare degli a.a che formano la proteina -la struttura secondaria è la conformazione spaziale assunta dagli atomi di uno scheletro polipeptidico senza tenere in considerazione la natura delle catene laterali R. È la distribuzione nello spazio di alcuni tratti definiti della catena polipeptidica (esp come si organizza la catena polipeptidica dall' a.a 13 all'a.a 15). Le catene laterali non influiscono nella struttura 2,queste strutture sono tenute esclusivamente dai legami H che si possono formare nello scheletro covalente. Possono essere a-elica,b-foglietto e beta tarno. -la struttura terziaria si riferisce alla distribuzione tridimensionale di tutta la catena polipeptidica,quindi inclusa anche la disposizione delle catena laterali R che svolgono un ruolo fondamentale nella stabilizzazione di questa struttura. -la struttura quaternaria si riferisce all'organizzazione delle proteine che sono costituite dall'unione di più catene polipeptidica La struttura delle proteine non è casuale,la struttura tridimensionale che le proteine possono assumere è scritta in codice nella sua struttura primaria quindi dipende dalla sequenza lineare degli a.a. La struttura è direttamente connessa alla sua funzione,quindi una proteina che non assume una conformazione strutturale specifica non può svolgere la sua funzione. Le proteine possono assumere 1 max 2 strutture tridimensionali simili tra loro. Una proteina che ha un contenuto energetico alto non è stabile.La conformazione nativa di una proteina è unica ed ha il minimo di energia,quindi è termodinamicamente stabile. LA CONFORMAZIONE NATIVA E' LA STRUTTURA TRIDIMENSIONALE DELLA PROTEINA CHE PUO' SVOLGERE UNA DETERMINATA FUNZIONE. La differenza in termini di energia tra lo stato appena sintetizzato di una proteina e il suo stato tridimensionale è di 20-60 chilo J/mol. I legami che possono stabilizzare una struttura terziaria sono le interazioni idrofobiche che sono favorevoli dal punto di vista entropico perché liberano molecole di acqua che fanno parte del guscio di solvatazione garantendo un interazione tra superfici complementari. ''I legami H non la stabilizzano in quanto questo legame si forma tra due residui a.a che possono separarsi in ambiente acquoso formando anche loro dei legami H con l'acqua. Quindi in termini di stabilizzazione non abbiamo una grande variazione a livello entalpico.'' ➤STRUTTURA SECONDARIA DELLE PROTEINE consiste in un ripiegamento regolare della catena polipeptidica che porta alla formazione di strutture periodiche(eliche,foglietti,ripiegamenti di catena) che dipendono dalle proprietà geometriche dei legami peptidici. Dettaglio legame peptidico:i due C in alfa sono separati da tre legami covalenti. Questi legami covalenti hanno una lunghezza caratteristica dei legami singoli mentre il legame C-N ha una lunghezza intermedia tra un legame singolo e un legame doppio. Questo comporta che tutti gli atomi sono planari perché giacciono sullo stesso piano e non c'è libera rotazione intorno al legame peptidico. Quindi il legame peptidico è rigido a casa del suo carattere parziale di doppio legame tra il C-N. Il doppietto dell'N si può spostare a formare un doppio legame con il C per cui possiamo scrivere una struttura di risonanza in cui l'O è carico - e l'N è carico + quindi abbiamo un dipolo perché c'è una distribuzione parziale di carica + e carica -. Le rotazioni possibili sono quelle tra il C alfa e il carbonile e quella tra l'azoto e il c alfa dell'a.a successivo. Il legame peptidico è trans perché gli ATM di C in alfa sono localizzati in parti opposte rispetto al legame peptidico che ha una natura ibrida tra il legame singolo e doppio. Se avessimo il cis si creano impedimenti sterici. Ci sono eccezioni come la parolina che ha una catena laterale chiusa sul gr amminico quindi indifferentemente si può trovare in cis e trans. ↓ Nel legame peptidico quindi si alternano legami ibridi rigidi e legami singoli intorno alla quale è libera la rotazione. Gli angoli intorno alla quale è possibile libera rotazione sono l'angolo Φ (phi)che si forma tra il C alfa e il gr amminico e l'angolo Ψ (psi) che si forma tra il C alfa e il gr carbonilico.  Si tratta di angoli dietri perchè formano due piani che ruotano l'uno rispetto all'altro quindi il C in alfa può ruotare rispetto al gr amminico e rispetto al gr. carbossilico.La conformazione di una proteina è definita dagli angoli dietri che riflettono la rotazione intorno a ciascuno dei legami in cui è possibile libera rotazione. La distribuzione di questi angoli per gli a.a di una particolare proteina è rappresentata tramite il grafico Ramachandran plot. ➤Struttura secondaria a-elica:la catena polipeptidica si avvolge in senso destrorso intorno ad un asse centrale con un passo di 5,4 A(distanza tra due C alfa). A stabilizzare questa struttura sono i legami H. Apparte il 1 a.a tutti gli altri possono essere impegnati in un legame H che sono paralleli all'asse dell'elica. I gruppi R sono rivolti verso l'esterno dell'elica quindi non interferiscono con la formazione dei legami H. Questa è una struttura molto stabile che possiede 3,6 residui di a.a per giro. L'instaurarsi di ogni legame H chiude un ciclo di 13 ATM. La sequenza amminoacidica non influenza la capacità dell'elica a formare la struttura ma sicuramente influenza la stabilità. Gli angoli fi e psi sono importanti per determinare la configurazione della proteina se il segmento della proteina si trova a-elica. L'elica destogira ha valori compresi tra -50 e -60 per l'angolo psi mentre per l'angolo fi da -180 a 60. Un elica stabile ha valori ottimali degli angoli fi e psi intorno al valore di 50-60,anche se ci sono altri valori che sono compatibili ma non ottimali.Un elica levogira può avere un avvolgimento sinistroso molto rara. La struttura beta ha maggiore tolleranza verso gli angoli fi e psi rispetto all'elica destrogira. I valori che si aggirano tra +180 e -180 e tra 0 e 180 sia per l'angolo fi e sia per quello fi non sono compatibili con l'a- elica. Ciascun a.a ha un proprio angolo dietro. La catena laterale non influenza la struttura a-elica delle proteine ma possono avere un ruolo stabilizzante o meno. Ad esp la prolina è stabilizzante perchè forma un legame H in meno perché ha il gr amminico impegnato in un legame con la catena laterale,infatti non si trova quasi mai all'interno delle a- eliche.Quando invece un residuo carico dista di tre unità rispetto a un residuo che presenta la carica opposta è un interazione stabilizzata. Quindi anche se la catena laterale non influenza la struttura a-elica può avere un effetto stabilizzante. Alcune proteine sono costituite soltanto da a-elica come ferritina o cheratina. La proteina inizia a collassare a livello delle superici idrofobiche questo costituissce un core ossia un centro di nucleazione idrofobico intorno a cui si cominciano a formare gli elementi di struttura secondaria che iniziano ad interagire attraverso le catene laterali e viene fuori la struttura tridimensionale. ➤Struttura beta:i legami H si formano tra il gr carbonilico di un residuo con il gr amminico dell'altro filamenti,sono dunque legami intracatena. Possono essere foglietto antiparallelo(il filmaneto si inverte su se stesso) o foglietto parallelo (in cui le catena polipeptidica appartengono a due subunita della stessa proteina). Il foglietto misto ha sia elementi disposti da C terminale a N terminale e sia da N a C. -Le catene laterali (pallini in giallo) si estendono alternativamente sui lati opposti del foglietto in corrispondenza con quelli della catena adiacente in modo tale da non interferire. ➤RIPIEGAMENTI BETA:si tratta di un filamento che a un certo punto cambia direzione e sono stabilizzati da legami H tra il gr carbossilico del 1 residuo e il gr amminico del 4 residuo. Questi ripiegamenti di catena si trovano sulla superficie delle proteine dove partecipano all'interazione con altre molecole,costituiscono il sito di riconoscimento per gli enzimi ecc.. Grafico di ramacha descrive le interferenze steriche che possono avvenire tra i gruppi adiacenti della catena polipeptidica sia dello scheletro e sia delle catene laterali. Alcune rotazioni non sono possibili perchè porterebbero gli atm delle catene laterali troppo vicini tra di loro e quindi questi valori di legame non corrispondono con la strutture a-elica e b-foglietto. ➤Struttura terziaria:descrive l'organizzazione nello spazio di questi elementi di struttura secondaria(come sono interconnessi e disposti tra di loro). Le caratteristiche di questa struttura sono: i residui a.a lontani nella struttura primaria vengono a trovarsi vicini nella struttura terziaria. A differenza della struttura secondaria, la struttura terziaria è stabilizzata dalle interazioni tra le catene laterali degli amminoacidi,ad eccezione del legame disolfuro, interazioni deboli intracatena stabilizzano la struttura terziaria. Una proteina globulare somiglia ad un gomitolo,il ripiegamento di queste proteine è dettato dai residui idrofobici che si portano lontano dal acqua, i resuidi polari carichi sono sempre localizzati sulla superficie,quelli poalri non carichi si trovano sia sulla superficie e sia all'interno. La struttura terziaria stabilizza l'effetto idrofobico,legami H,legami ionici. Il ponte disolfuro è presente in alcune proteine ma non in tutte ed è intracatena. ➤Strutture supersecondarie sono combinazioni riconoscibili di due o più elementi di strutture secondarie. MOTIVI STRUTTURALI:motivo elica-ansa-elica,motivo beta-alfa-beta,motivo barile. Il motivo stabilisce la funzione. ➤Proteine molto grandi si ripiegano in due o più unita dette domini e sono regioni che hanno un anatomia strutturale e funzionale,può essere costituito da una serie di elementi in struttura secondaria che svolgono una determinata funzione. Questi domini possono essere separati tra loro e continuare a svolgere la loro funzione. ➤Struttura quaternaria:descrive l'associazione di due o più catene polipeptidiche e sono dette oligomeriche. Ciascuna catena sarà ripiegata in una conformazione tridimensionale(alfa,beta ecc..) ed è detta subunità o protomero. Ogni subunità che compone una proteina può essere identica o diversa dalle altre,quando sono identiche le definiamo omomeri e eteromeri quando sono diverse. Le subunità possono avere funzioni diverse.Le interazioni che stabilizzano la struttura quaternaria sono:interazioni idrofobiche,ioniche,legame H e interazioni di van der waals.Le interazioni idrofobiche e le forze di van der stabilizzano la proteina mentre le interazioni ioniche e i legami H assicurano la complementarietà e sono intercatena I ponti disolfuro intercatena sono legami covalenti molto forti,quindi per stabilizzare una struttura quaternaria abbiamo bisogno di ponti disolfuri. PROTEINE STRUTTURALI Le proteine hanno una struttura che influenza molto la loro funzione. Le proteine strutturali sono quelle che noi utilizziamo all'interno del nostro organismo per un ruolo di supporto e vengono anche definite proteine fibrose. Queste proteine hanno una forma allungata e contengono lunghe estensioni di struttura secondaria regolare detti avvolgimenti avvolti(coiled coil). Esp di proteine fibrose:a- cheratina,collagene,fibroina della seta. ➠L'a-cheratina si può trovare nei capelli,nella lana,nelle pinne ecc..ha una struttura elicoidale ad a-elica. sono tutte eliche destrose con un alto contenuto di a.a idrofobici che rende la struttura tesa. ➠La fibroina della seta è formata da catena polipeptidiche che hanno una conformazione foglietto beta in cui c'è una ripetizione alanina-glicina. Questi a.a permettono alle catena di avvicinarsi tra di loro e formare un foglietto ben stretto. ➠Il collageno è una particolare proteina fibrosa che ha dei legami intercatena che gli conferisce una struttura rigida ma anche molto flessibile perchè si trova in quasi tutti i tessuti connettivi.La fibra del collagene consiste in tre catene polipeptidiche avvolte l'una intorno all'altra a formare la tripla elica del collagene. Le eliche polipeptidiche sinistrose si avvolgono l'una sull'altra formando una struttura superelicoidale destrosa. Il collageno ha una composizione in a.a caratteristica:circa un terzo dei suoi residui sono la glicina,un 15% di a.a è costituito dalla prolina e 4-idrossiprolina. Sono presenti in quantità minore 3-Hyp e 5- idrossilisina. Tali residui si formano dopo la sintesi della catena polipeptidica. Ogni catena del collagene ha in prevalenza una sequenz di tre a.a Glicina-X-Y che si ripetono in un segmento lungo circa 1000 a.a dove X è spesso prolina e Y è spesso Hyp(idrossiprolina). I residui di glicina sono gli unici che si possono adattare ai punti in cui le eliche a si accostanto strettamente. I residui pro e hyp consentono lo stretto avvolgimento della catena polipeptidica del collageno. La stabilizazzione delle a-eliche è data dalla repulsione sterica tra le sequenze ripetitive della glicina,prolina e idrossiprolina. Il collageno contiene anche legami covalenti trasversali tra residui di lisina e istidina che rendono la molecola insolubile. Nei tessuti il contenuto dei legami trasversali aumenta con l'età. Ciò spiega perchè la carne degli animali vecchi è più dura rispetto a quelli giovani. La prolil idrossilasi richiede acido ascorbico per la sua attività catalitica. Lo scorbuto è una patologia determinata da carenza di vitamina C nella dieta. Per la carenza di Hyp le fibre di collageno non sono organizzate correttamente portando lesioni della pelle,fragilità dei vasi e morte. Tale malattia era endermica tra i marinai per l'assenza di cibi freschi nella dieta. L'introduzione dei limoni nella dieta dei marinai britannici ridusse l'incidenza della malattia. La mioglobina è la prima proteina di cui è stata determinata la struttura ai raggi X da Kandrew. E' costituita da 153 residui che fanno parte di otto a-eliche (A-H) che si organizzano a formare una proteina globulare. Il gruppo prostetico eme è saldamente assoiato ad una tasca idrofobica posta tra le eliche E ed F. Ci sono quindi degli a.a idrofobici che interagiscono tra di loro e creano una tasca idrofobica. Il gruppo eme è costituito da uno ione metallico Fe(II) e una parte organica detta protoporfirina IX. La porfirina è formata da 4 anelli a 5 atm (struttura base del pirrolo) uniti da ponti metinici (-CH=) a formare una struttura planare quadrata. Lo ione Fe ha sei siti di coordinazione di cui 4 occupati dagli atomi di azoto degli anelli pirrolici,uno con l'azoto dell'istidina della catena F8. L'ossigeno si lega al sesto sito di coordinazione del ferro. La mioglobina si trova nei muscoli ed ha un alta affinità nel legare il ferro.L'istidina della catena E7 forma un legame idrogeno con l'ossigeno ed impedisce stericamente all'ossigeno di legarsi con orientamento perpendicolare rispetto al piano dell'eme. L'eme viene mantenuto nella corretta posizione da interazioni idrofobiche con i residui di Valina E11 e Fenilalanina CD1. Il monossido di carbonio lega l'eme isolato con un'affinità 2500 volte superiore a quella dell'O. Tuttavia a causa dell'impedimento sterico con l'His E7,tale affinità è in realtà 200 volte superiore a quella dell'O2. Ciò impedisce che tracce di CO prodotte durante il metabolismo si leghino ai gruppi eme. In quantità maggiori di CO è un potente veleno. In alcune condizioni,il Fe può essere ossidato a Fe(3)formando metamioglobina o metamioglobina(colore scuro del sangue) e quindi non c'è più scambio di ossigeno. Il Fe(3) non è in grado di legare l'O. L'emoglobina e la mioglobina sono due proteine globulari. L'emoglobina è la prima proteina cui è stata assegnata una funzione fisiologica specifica(trasporto dell'O),è un tetramero formato da un dimero di protomeri alfa.beta. Quindi abbiamo due subunità ripetute due volte alfa-beta 1 e alfabeta2.Ci sono 4 anelli a cui si può legare l'O2. Le subunità dell'emoglobina interagiscono attraverso interazioni idrofobiche non covalenti che coinvolgono 35 residui a.a all'interfaccia alfa1beta1 e alfa2beta2 e 19 residui all'interfaccia alfa1beta2 e alfa2beta1 quindi si parlano tra di loro tutti i monomeri di questa proteina e sono sempre a.a idrofobici. Le strutture alfabeta sono strutturalmente ed evoluzionisticamente correlate l'una all'altra e alla mioglobina sebbene solo il 18% dei residui siano identici alla mioglobina. La funzione molto simile degli a.a è dovuta al fatto che gli a.a conservati sono quelli delle tasche idrofobiche in realtà la struttura che viene ben conservata è quella che protegge l'eme mentre il resto serve per effettuare un legame cooperativo con l'O2 quindi per aggiungere una funzione in più. L'ossigenazione avvicina le due subunità beta alle subunità alfa a livello delle interfacce alfa1beta2 e alfa2beta1. Rendono accessibile il legale all'O2. In laboratorio per distinguere le varie forme si utilizza la spettrometria tracciando lo spettro di assorbimento. I picchi nel grafico ci permettono di quantificare la presenza di una determinata proteina. GRAFICO CARTESIANO:differenza tra l'emoglobina e la mioglobina nel legame con l'O2. Sull'asse x mettiamo la pressione dell'O2 (capiamo a seconda di quanto ossigeno c'è cosa succede in presenza della saturazione nel caso delle y). Vediamo che la mioglobina sale molto velocemente quindi con una pressione parziale di ossigeno molto bassa si ottiene il massimo di saturazione,appena c'è un pò di ossigeno la mioglobina(che ha un solo sito attivo per l'O2) si lega al gruppo eme e poi si arriva alla saturazione perchè appunto c'è un solo sito e quindi non può legarsi altre volte. Mentre l'emoglobina ha una forma sigmoide perchè ha bisogno di saturare più siti. Quando l'emoglobina durante il suo viaggio si trova nelle vene effettua un primo legame con l'ossigeno non saturerà tutti e 4 siti di legame,man mano che continua il suo viaggio e incontra concentrazioni di ossigeno maggiori l'emoglobina si lega dippiù. Arriva a saturare tutto all'interno del cuore. INTERAZIONI COOPERATIVE:il legame di un ligando a un sito modifica le proprietà di un legame di un altro ligando e cosi via. Se non avesse questi 4 siti e l'effetto cooperativo(dove la 1 molecola di ossig legata richiama la 2 che a sua volta richiama la 3 e cosi via) quello che succederebbe è rappresentato da questo grafico su: in cui c'è un proteina p50 a cui serve una pressione di 26 torr. Questa pressione di 26 torr serve per saturare il 50% dei siti. In generale quando ci troviamo a metà della nostra reazione massima il 50% dei siti sono saturati e avviene ad una pressione di 26 torr. La nostra proteina ipotetica in realtà nel cuore non raggiungerebbe nemmeno l'80% di saturazione quindi non va bene. Quindi c'è un meccanismo singmoidale che lievemente incrementa nel tempo quando ci sono basse concentrazioni di ossigeno,poi all'aumentare della pressione parziale dell'ossigeno questa proteina acquisisce la capacità attraverso dei legami cooperativi di aumentare la sua affinità per la molecola di ossigeno e raggiungere la saturazione Una curva sigmoide indicativa della presenza di interazioni cooperative tra i siti di legame,cioè significa che il sito 1 che già ha acquisito l'ossig è in grado di parlare con il secondo sito attraverso delle interazioni che rendono il secondo sito più accessibile alla presenza dell'ossigeno ,di conseguenza il secondo si è modificato e rende accessibile il terzo sito e cosi via. L'emoglobina ha uno stato teso ed uno rilassato. Nello stato T (deossiemoglobina,senza ossigeno) la molecola dell'eme viene tirata su dall'istidina della catena F,nel momento in cui si lega l'O è come si formasse una forza verso il basso che incastra il gruppo eme al centro della catena polimorfidinica. Quindi la differenza tra lo stato T e quello R è la presenza dell'O. La struttura terziaria si riorganizza ogni volta che c'è il legame del Fe con l'O,vediamo che nella forma T l'istidina FG4 della subunità beta2 si adatta ad una scanalatura dell'elica C,dopodiche nello stato R nella parte dx c'è uno schift e avviene l'interazione tra l'asparagina e l'aspartato di conseguenza avviene un movimento tale che si schiftano tutte e due le catene. Abbiamo capito che attraverso la curva c'è una differenza di affinità a seconda della pressione parziale dell'o,quindi a seconda di dove ci troviamo e quanto ossigeno c'è abbiamo un legame specifico. Questo comporta una transizione dell'emoglobina dallo stato T allo stato R o viceversa. Nello stato teso c'è un numero superiore di legami non covalenti mentre nello stato R questi legami si rompono per dare accesso all'ossig. Lo stato T presenta una bassa affinità per l'O2 a causa della maggiore lunghezza 0,1A del suo legame Fe- O2 rispetto a quello dello stato R. Quando una molecola di O2 si lega a ciascun dimero alfabeta la tensione nell'emoglobina nello stato T,rompendo le coppie ioniche al C terminale,induce la proteina a passare allo stato R che hanno maggiore affinità per l'O2. L'emoglobina è una proteina allosterica cioè può assumere forme diverse a seconda di quello che sta facendo. E' una proteina in cui il legame di un ligando a un sito modifica le proprietà di un altro sito sulla stessa molecola proteica. L'affinità per l'O2 dell'emoglobina aumenta all'aumentare del ph (effetto bohr). Un aumento del ph induce l'emoglobina a legare O2 a pressioni di ossigeno inferiori. Una maggiore concentrazione di ioni H+ favorisce il rilascio dell'O2 dall'emoglobina. L'O2 inspirato nei polmoni a una elevata po, si lega all'Hb nel sangue: l'O2 è poi trasportato al muscolo dove la po2, è bassa e quindi si dissocia dall'Hb diffondendo nel tessuto dove è utilizzato per ossidare i carburanti metabolici a CO2, e H₂O. Nel tessuto muscolare in intensa attività di allenamento l'O2, si lega alla Mb (> affinità). L'Hb e la CO2 (in prevalenza come HCO3-) ritornano poi ai polmoni dove il biossido di carbonio viene eliminato. Il biossido di carbonio modula inoltre il legame dell'O2 all'Hb combinandosi in maniera reversibile con i gruppi amminici N- terminali delle proteine del sangue per formare carbammati: R-NH2 + CO₂ R-NH-COO + H+. I protoni liberati dalla formazione di carbammato possono produrre il rilascio di altro O₂ attraverso l'effetto Bohr. Il legame si modula attraverso la cooperatività,la struttura terziaria che cambia dallo stato T a R e infine grazie all'effetto bhor. Un altra componente che può modulare il rilascio di ossigeno è la 2-3 bisfosfoglierato negli eritrociti dei mammiferi determina una diminuzione dell'emoglobina per l'O2 favorendo la forma deossigenata. Nel sangue quindi per modificare l'affinità con l'ossigeno c'è questa molecola. Questa componente stabilizza la forma deossi diminuendo l'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno favorendo la forma T. I gruppi anionici del BPG formano legami idrogeno e coppie ioniche con i gruppi N-terminali di entrambe le subunità beta. Nello stato R la cavità centrale è troppo stretta per contenere BPG. L'equilibrio T-R viene spostato verso lo stato T determinando un abbassamento dell'affinità dell'emoglobina per l'O2. L'emoglobina esiste in diverse forme durante il periodo pre-natale e post- natale(gamma,delta,beta,alfa..)Decrementa la presenza di questa proteina dopo la nascita in cui predomina alfa e beta. Il feto ottiene O2 dalla madre attraverso la placenta. Il BPG si lega più saldamente all'Hb dell'adulto che a quella fetale agevolando cosi il rilascio dell'O2 dai tessuti della madre a quelli del feto. Nell'emoglobina fetale le catene beta sono sostituite dalle catene gamma,che ha un residuo di serina non carico in posizione 143 al posto dell'istidina,eliminando cosi interazioni che stabilizzano il complesso BPG-deossiemoglobina ci permette di trattenere dippiù l'O2. E come se il festo avesse4 trovato il modo di evitare il BPG. La pressione atmosferica diminuisce con l'altitudine. L'organismo risponde aumentando l'Hb e gli eritrociti. Tale processo è molto lento. Una risposta rapida consiste nell'aumentare i livelli di BPG negli eritrociti. La conseguente diminuizione di affinità per l'O2 porta ad incrementare la quantità di O2 rilasciata nei capillari.  Gli effetti cooperativi del legame dell'O2 all'emoglobina possono essere interpretati in due modi diversi:modello concertato e modello sequenziale. Modello concertato:lo stato T è separato da quello R.Il primo legame dell'O2 è un pò svantaggiato,nello stato R la constante di associazione diventa più grande perchè è legato allo stato R,quindi la molecola attraverso modifiche conformazionali richiama il secondo monomero e cosi via. Fino ad arrivare nella conformazione in cui è preferito lo stato T. Modello sequenziale:unisce i due stati. L'O2 provoca un cambio conformazionale nell'emoglobina questo spostamento comporta un cambio di equilibrio da R a T anche nel secondo caso fino ad avere 3 molecole di O2 legate e di conseguenza avremo la situazione in cui è alta la saturazione e dovranno essere rilasciate le molecole di O2 e quindi si passa da uno stato ad alta affinità ad uno a bassa affinità. Questo modello è detto anche della comunicazione perchè quando il sito di legame si lega al ligando si passa da una situazione più stabile ad una meno stabile,però viene beneficiata anche la parte di sx quindi è come se avesssero comunicato le due subunità e passano da uno stato R ad uno T. Sono state identificate più di 1000 varianti emoglobiniche,il 95% delle quali dovute a mutazioni puntiformi. Circa il 5% sono state identificate in patologie. Ci sono alcune varianti emoglobiniche che hanno un effetto tossico o inibitorio:alcune indeboliscono il legame allele,altre che disgregano l'elica H,oppure altre che promuovono la formazione di metamioglobina. L'anemia falciforme è una mutazione della a catena laterale di Val6, che sostituisce un residuo di Glu6 in Hb S nella catena ẞ2 di una molecola di deossiemoglobina, si lega a una tasca idrofobica sulla subunità ẞ1 di una vicina molecola di deossiemoglobina. Si formano quindi dei filamenti insolubili che deformano gli eritrociti (a forma di falce) che non riescono più a passare attraverso i capillari dove il deossiHb è maggiormente presente. La tasca idrofobica è assente nell'ossiHb,quindi sia l'Hb normale che l'ossiHb S non polimerizzano cioè non formano polimeri. La somministrazione di idrossiurea allevia i sintomi dell'anemia falciforme aumentando mediante un meccanismo non ancora noto la quantità di Hb fetale che contiene subunità gamma invece delle subunità beta difettose. L'Hb fetale diluisce l'Hb S rendendo più difficile il processo di aggregazione. Il plasmodium falciparum aumenta l'acidità delle cellule infettate. Per effetto bohr aumenta la formazione di deossi Hb causando un concomitante aumento della formazione di fibre e deformazione dei globuli rossi che contengono Hb S. Gli eritrociti danneggiati vengono rimossi dalla circolazione ad opera della milza. Studio ripiegamento proteine Esperimento di Anfinsen:Questo studioso nel secolo scorso studiò le condizioni per cui un enzima (RNAsi) in presenza di denaturanti perde la sua conformazione nativa e viene convertita in una forma inattiva,quando vengono rimossi gli agenti denaturanti la proteina riassume la sua forma attiva. Questo esperimento ci dice che la denaturazione è reversibile. L''agente denaturante è in grado di indebolire le interazioni che caratterizzano la struttura tridimensionale,la struttura primaria della proteina determina la sua forma tridimensionale. I ponti disolfuro possono rendere la reazione di denaturazione irreversibile. LA DENATURAZIONE DISTRUGGE LA STRUTTURA TERZIARIA DI UNA PROTEINA. RNAasi enzima che svolge la funzione di scindere il legame fosfodiesterisco La funzione dipende dalla struttura,in assenza di agenti denaturanti la proteina RNAsi idrolizzava il legame mentre in presenza di agenti non riusciva più a svolgere questa funzione.La perdita della funzione corrisponde alla perdita della struttura. Nei procarioti trascrizione e traduzione avvengono contemporaneamente quando l'RNAm si sta ancora sintetizzando i ribosimi già si legano ad esso per iniziare sintesi proteica. Escheriacoli in 20 min si duplica e sintetizza tutte le componenti necessarie ad accrescersi per entrare in nuovo ciclo. Ad una proteina il tempo che gli serve per acquisire la sua struttura tridimensionale è molto breve inferiore ad un secondo. LA CONFORMAZIONE DI UNA PROTEINA DIPENDE DALLA SEQUENZA PRIMARIA. FOLDING Se noi abbiamo una proteina formata da 100 a.a in cui valori degli angoli siano soltanto due,siccome gli a.a sono 100 le conformazioni possibili per ogni a.a sono due quindi avremo 2^100=10^30 conformazioni possibili. Il tempo richiesto per la rotazione intorno a questi legami è di 10^-11 secondi(molto breve). Il tempo richiesto per realizzare tutte le 10^30 possibili conformazioni e quindi di trovare la conformazione nativa di una proteina è di 100 miliardi di anni. Questo fenomeno è stato studiato e prende il nome di paradosso di levinthal che è la differenza tra il tempo di ripiegamento prevedibile e quello osservato nella realtà.  Da un punto di vista termodinamico: questo processo può essere descritto da un grafico in cui l'energia libera ha un andamento ad imbuto. Nella parte superiore ci troviamo in una situazione in cui la proteina è stata appena sintetizzata quindi ci sono una serie di stadi ripiegati che hanno un energia elevata,man mano che il processo di strutturazione della proteina procede si formano delle strutture che hanno una energia inferiore. L'imbuto si restringe perché si stanno selezionando una serie di conformazioni di struttura fino ad arrivare alla bocca dell'imbuto in cui ci sono pochi intermedi che evolvono nella conformazione nativa che ha la minima energia.Le impressioni laterali rappresentano degli intermedi che possono essere particolarmente stabili e rallentano il processo. Modello 1=organizzazione gerarchica. La catena polipeptidica trova la sua conformazione tridimensionale inizialmente formando degli elementi di struttura secondaria(evolve in a-elica,b- foglietto),poi possono formarsi dei motivi che vengono incorporati in domini che a loro volta vengono incorporati nella struttura nativa. Questo processo è cooperativo cioè le prime interazioni favoriscono le successive. Modello 2=globulo fuso o collasso idrofobico. Il ripiegamento non vede come centro di nucleazione gli elementi di struttura secondaria. Le superfici idrofobiche iniziano a interagire tra di loro e poi successivamente si formano elementi di struttura secondaria,motivi,domini fino ad arrivare ad una conformazione stabile. Il primo evento è l'allontanamento dei residui idrofobici dalla superficie acquosa. Esp la mioglobina ha un interno idrofobico molto consistente quindi ci fa capire che segue il modello 2. Il folding è importante per capire la funzione delle proteine e viceversa. Possiamo usare anche queste conoscenze per lan progettazione delle proteine.Lo studio del ripiegamento delle proteine è importante perché le alterazioni in questi processi sono alla base di alcune malattie(alzahimer,morbo di parkinson) in seguito all'aggregamento di proteine insolubili. Il folding non si può studiare in vivo(all'interno della cellula) perché non si può studiare il folding di una sola proteina senza isolarla quindi questi studi vengono fatti in vitro. All'interno della cellula ci sono delle proteine quali chaperoni molecolari e chaperonine che assistono al folding in quanto forniscono un microambiente adatto al folding. Altre proteine assistenti del folding sono pdi e ppi. All'interno della cellula dal momento in cui la proteina si forma va incontro ad un processo di ripiegamento attraverso delle tappe intermedie che con l'aiuto o meno degli chaperon molecolari arriva alla proteina nativa che dopo un certo tempo vengono degradate dando luogo a dei frammenti peptidici che vengono utilizzati per sintetizzare altre proteine. Una proteina nativa può anche evolvere in un intermedio non correttamente ripiegato. Questa proteina non correttamente ripiegata ha due possibilità:interviene un sistema di controllo di qualità che si chiama ubiquitina che la degrada in frammenti oppure può essere rimodellata per riacquisire la sua conformazione intermedia che la porterà a riavere la sua conformazione nativa. Quindi una proteina alle variazioni chimico-fisiche intracellulari può andare incontro alla degradazione o viene rimodellata. Se la proteine non correttamente ripiegata sfugge al controllo di qualità tende ad aggregare(perchè una proteina mal ripiegata presenta le sue superfici idrofobiche esposte nell'acqua) formando degli ammassi insolubili all'interno della cellula. Il ripiegamento delle proteine nella loro conformazione nativa è un processo spontaneo,rapido,cooperativo e dipende dalla struttura primaria delle proteine. A distruggere la struttura nativa di una proteina sono gli agenti fisici denaturanti quali calore e congelamento oppure quelli chimici come solventi e detergenti o valori estremi di ph. Il calore determina la denaturazione delle proteine perché interferisce con le interazioni deboli e aumenta l'energia cinetica degli atomi coinvolti di conseguenza le proteine sono completamente denaturate. A descrivere la denaturazione delle proteine è l'andamento sigmoidale perché la rottura delle prime interazione deboli facilita anche la destabilizazzione delle interazioni che costituiscono la struttura terziaria. Due proteine sono omologhe quando attraverso gli studi vengono ricondotte a svolgere la stessa funzione. Una proteina denaturata può ritornare nella sua forma. La denaturazione ha un andamento sigmoidale e quindi indica un evento cooperativo,l'interruzione dei primi legami facilita anche l'interruzione degli altri fino alla completa destrutturazione delle molecole. Una proteina ripiegata può essere convertita in uno stato non ripiegato e possiamo studiare come la proteina sta perdendo la sua struttura sulla base della sua funzione oppure osservando una proteina come si comporta in presenza di agenti denaturanti(e quindi studiamo l'assorbanza) Gli a.a aromatici in una proteina globulare si trovano all'interno perché sono apolari. La rottura dei primi legami in conseguenza di una variazione di temperatura graduale porta ad una denaturazione della proteina. Una variazione di ph può denaturare la proteina perché variando il ph varia lo stato di ionizazzione del gruppo implicato nelle interazioni ioniche e questa destabilizazzione si tramette a catena sull'intera struttura della proteina. La denaturazione può essere irreversibile grazie a degli agenti fisici come il calore che a lungo andare può portare all'idrolisi del legame peptidico. Può essere anche reversibile quando alcuni agenti vengono rimossi dalla soluzione. Denaturazione mediante uso di agenti chimici Urea e cloruro di guanidinio sono molecole denaturanti perché i legami H di superficie presenti nella molecola possono essere destabilizzati. La proteina è circondata dal suo nucleo di solvatazione dovuto alle molecole di H2O,se inseriamo nella soluzione acquosa in cui è presente la proteina una molecola come l'urea o il cloruro di guanidinio che possono formare legami H con l'H2O ad un'elevata concentrazione per effetto della massa il nucleo di solvatazione viene retratto e la proteina inizia a precipitare quindi non è più presente in soluzione e diventa un proteina debole dal punto di vista strutturale. Il mascheramento delle catene idrofobiche all'interno della molecola avviene in maniera simultanea ad un guadagno entalpico,praticamente la proteina libera molecole di H2O e allo stesso tempo la superficie può formare delle interazioni ioniche o interazioni H con l'acqua circostante. Quindi la forte spinta termodinamica verso questa internalizazzione delle catene laterali idrofobiche viene compensata anche dai legami che si possono formare in superficie. Se invece abbiamo una soluzione di acqua+urea la spinta termodinamica viene meno perchè i legami H che possono formare queste molecole non sono paragonabili ai legami H che può formare l'acqua con un solvente per eccellenza. Se sono presenti ponti disolfuro la denaturazione completa può avvenire soltante in presenza di agenti riducenti come metanolo ecc.. SDS é un sale quaternario e una molecola anfipatica. Ha una lunghissima coda idrofobica che può insersi all'interno della macromolecola andando ad interferire con le interazioni causando un totale stravolgimento della proteina. Può essere reversibile nel momento in cui viene allontanato l'agente denaturante.  Ripiegamento e denaturazione sono processi cooperativi. La denaturazione consiste nell'interruzione dei legami non covalenti,l'andamento cooperativo è descritto dalla curva sigmoidale. CARBOIDRATI Si caratterizzano per la presenza di due gruppi funzionali (gr ossidrilici e un gr aldeidico/chetonico). Svolgono numerose funzioni e quindi sono i più abbondanti in natura. Sono sostanze combustibili quindi servono per ricavare energia poichè la cellula incamera l'energia contenuta nei legami delle molecole monossacaridiche e viene convertita in energia metabolica ATP. Inoltre sono intermedi metabolici,rappresentano un impalcatura del DNA o RNA,sono elementi strutturali e protettivi sia della parete cellulare delle piante e dei batteri. I carboidrati si possono trovare legati a proteine o lipidi a formare dei composti chiamati glicoconiugati. In altri casi fungono da mediatori di interazioni cellulari facilitando il riconoscimento della cellula. I carboidrati hanno questa formula (CH2O)n e si distinguono in Monosaccaridi: una singola unità poliossidrilica aldeidica o chetonica Disaccaridi: due monosaccaridi uniti da un legame O- glicosidico(lattosio,saccarosio) Polisaccaridi:polimeri costituiti da più unità monosaccaridiche (es:glicogeno, amido) "I monosaccaridi e disaccaridi hanno il suffisso -osio" ➤MONOSACCARIDI contengono da 3 a 9 atm di C.Possiamo distinguere i monosaccaridi sulla base della presenza del grp aldeidico o chetonico e prendono il nome di ALDOSI: se il gruppo carbonilico (CO) è ad una estremità della catena carboniosa(la più semplice è la gliceraldeide) CHETOSI: se il gruppo carbonilico (CO) è in un qualsiasi punto della catena carboniosa(diidrossiacetono il più semplice). La numerazione degli atm di C parte sempre dal C più vicino al gr carbonilico. Vengono suddivisi anche in base al numero di atm di C in triosi,tetrosi,pentosi ecc.. ciascuno di questi può essere un aldoso o un chetoso. Una caratteristica dei monosoccaridi è che possiedono almeno un certo chirale (ad eccezione dell'idrossiacetone) e quindi la molecola esiste come due isomeri otticamente attivi indicati come D o L. La differenza tra D e L è data dalla posizione del grp ossidirlico del C più lontano dall'atm ossidato che può trovarsi a dx o sx nelle proiezioni di Fisher. Il numero di stereoisomeri presenti nell'ambito dei monosaccaridi dipende dal numero di centri simmetrici quindi sulla base dei centri chirali avremo 2 elevato alla n steroisomeri. Tra questi steroisomeri ci sono alcuni che differenziano soltanto per la posizione di un C chirale (esp glucosio e mannosio differenziano soltanto per la configurazione streoisomerica intorno al C2 e questi si dicono epimeri in C2).  Per quanto riguarda i chetosi:l'idrossiacetone è l'unico per cui non è possibilire stabilire una configurazione in termini D o L. Nella nomenclatura dei chetosi si aggiunge -ul al nome dell'aldoso corrispondente. I monosaccaridi(che presentano almeno 5 atm di C) in soluzione si trovano nella forma ciclica che deriva da una reazione intramolecolare tra un aldeide/chetone e un alcol che porta alla formazione di un emiacetale/emichetale. Questo emiacetale da luogo ad una struttura eterociclica aromatica che può essere riconducibile al furano,tirano ecc.. GLUCOSIO:il C 5 stabilisce se è D o L. In seguito ad una reazione tra il grp ossidirilico del C 5 e il gr aldeidico in posizione 1 si forma un emiacetale. Questa ciclizazzione porta alla formazione di un nuovo centro chirale detto C anomerico che per convezione può avere una configurazione alfa se il gr ossidirlico si trova dalla parte opposta rispeto al gr CH2OH legato al C che definisce se si tratta dell'enantiomero D o L. Se questi due gruppi si trovano dallo stesso lato abbiamo l'anomero beta. Questa ciclizazzione da luogo ad 1/3 di alfa-D-glucopiranosio (piranosio perchè da luogo ad una struttura a 6 atm) Queste due strutture alfa-beta sono interconvertuibili attraverso la mutarotazione. Il fruttosio può ciclizzare dando forme furanosiche e piranosiche. Piranosica:Predomina nel fruttosio libero in soluzione. Furanosica:Predomina in derivati del fruttosio. Anche il ribosio può ciclizzare Per questi composti ciclici la conformazione più stabile è quella a sedia/a barca o a busta in cui c'è meno ingombro sterico.  Nella conformazione a busta il C 2 e il C 3 sono sopraelevati rispetto al piano che contiene tutti e 4 gli altri atm. DERIVATI BIOLOGICI:sono composti in cui il grp ossidirlico è sostituito da un'altro grp funzionale(esp nella galattosammina c'è la sostituzione con il grp amminico) oppure l'atm di C è ossidato a grp carbossilico(esp nella glucosammina il grp amminico è condensato con l'acido acetico) Il b-D-glucosio può essere ossidato da un blando-ossidante come lo ione rameico per ossidare il grp carbonilico a grp carbosslico. Se il glucosio si ossida lo ione rameico viene ridotto e si forma lo ione rameoso che forma un precipitato di colore rosso in rapporto di 1 mole di glocosio=3 moli di precipitato. Questa reazione di filing può essere utilizzata per quantificare il glucosio presente in una soluzione. Quando la quantità di glucosio nel sangue è in eccesso l'emoglobina viene glicosidata cioè il glucosio viene trasferito sull'emoglobina. ➤OLIGOSACCARIDI sono carboidrati formati da più monosaccaridi legati mediante legami o- glicosidici. Il legame O-glicosidico è un legame covalente in cui si parte da un emiacetale che viene fatto reagire con un altro grp ossidrilico e si forma un acetale ed è una reazione di condensazione. Questo è un legame alfa-1,4-glicosidico perchè l'O fa da ponte tra il C anomerico alfa in posizione 1 e il C 4 non anomerico. Quindi noi dobbiamo definire soltanto l'appartenenza alfa o beta del primo C anomerico impegnato nel legame. Questa reazione può avvenire solo sulla forma lineare perchè in quella ciclica scompare il grp aldeidico. La forma lineare è in equilibrio con quella circolare quindi se questa viene sottratta in seguito alla reazione di ossidazione la forma circolare si converte con quella lineare. Il maltosio presentà un'estremità disponibile all'ossidazione quindi può esistere in una forma in cui la prima unità monosaccaridica è circolare chiusa e una seconda forma parzialmente chiusa e parzialmente aperta. Questo disaccaride lo posso quantificare. La reazione di condensazione porta all'eliminazione di una molecola di H2O e alla formazione di un legame O-glicosidico. La nomenclatura di questo disacarride è il maltosio comunemente,ma scientificamente abbiamo due unità di alfa-D-glucopiranosio quando queste due molecole si uniscono dobbiamo considerare gli atm coinvolti nel legame glicosidico e la nomenclatura di ciascuna molecola circolare chiusa. Quindi il maltosio scientificamente si chiama alfa-D-glucopiranosil(1-->4)-a-D- glucopiranosio. Nel caso invece del lattosio abbiamo un legame O-glicosidico beta 1-4. La molecola di galattosio si trova nella configurazione beta,il legame che si forma è di tipo 1-4,la seconda unità è alfa-D-glucopiranosio. La nomenclatura completa è beta-D-galattopiranosil(1-->4)-a-D-glucopiranosio. Nel caso del saccarosio i due atm di C anomerici sono implicati nella formazione del legame glicosidico. Il saccarosio è costituito da una molecola di glucosio ed una di fruttosio legate attarverso un legame alfa-1,2. La differenza tra saccarosio,maltosio e lattosio:nel caso del saccarosio non c'è nessuna estremità disponibile per l'ossidazione perchè gli unici atomi disponibili sono impegnati nel legame glicosidico(i C anomerici) e c'è un C chirale in meno. Questo zucchero si definisce NON RIDUCENTE. Mentre gli altri possono essere quantificati e sono riducenti. IL SACCAROSIO E' L'UNICO ZUCCHERO NON RIDUCENTE. IL C ANOMERICO NELL'ALDOSO E' QUELLO 1 MENTRE NEI CHETOSI E' QUELLO 2. ➤POLISACCARIDI sono polimeri costituiti fino a centinaia o migliaia di unità monossacaridiche. I polisaccaridi sono sintetizzati senza un programma di sintesi definito e dunque hanno pesi molecolari molto ampi. Differiscono per il tipo di unità monosaccaridica (omo- o eteropolisaccaridi), per la lunghezza della catena, per il tipo di legame glicosidico e per il tipo di ramificazione. Possono avere funzioni strutturali come nel caso della cellulosa o funzioni di riserva come nel caso dell'amido e del glicogeno. Entrambi i polisaccaridi sono costituiti dalle stesse unità monosaccaridiche solo che in un caso si tratta dell'alfa e in un altro del beta. ➜AMIDO è il polissacaride di riserva del glucosio delle piante,è un omopolissacridiche costiutito solo da unità di gluosio. L'amido è costitito da una catena lineare che si chiama amilosio in cui abbiamo un legame alfa-1,4-glicosidico tra le varie unità e ogni 24-30 residui è presente un punto di ramificazione detto amilopectina(in cui l'atm di C 6 legato a una delle unità monosaccaridiche forma un legame a-1,6 con un altro molecola di glucosio). Quindi abbiamo due tipi di legame;,lungo la catena lineare c'è un legame a-1,4 e poi il punto di ramificazione si estende per un legame a-1,6 glicosidico. Sono molecole fortemente idratate perchè sono presenti molti grp OH che favoriscono una forte idratazione e sono solubili in acqua. ➜GLICOGENO molto simile all'amido,si trova nei tessuti animali nei muscoli e nel fegato sottoforma di granuli a sua volta formato da granuli più piccoli. La ramificazione segue lo stesso schema strutturale di quello che abbiamo descritto nell'amido solo che sono più frequenti cioè ogni 6-8 residui è presente questo legame a-1,6 quindi ci sono molte più ramificazioni. L'amido e il glicogeno per ogni catena lineare dell'amilosio hanno un'estremità riducente ed i punti di ramificazione possiedono un estremità non riducente in quanto presentano c anomerico non impegnato e quindi disponibile per essere convertito in forma lineare. Da un punto di vista strutturale l'amido viene stabilizzato attarverso la formazione di una macroelica in cui sono presenti un numero di residui pari a 6-8 e sono stabilizzati da ponti idrogeno. Il glucosio viene accumulato nel glicogeno o nell’amido per evitare lo shock osmotico poichè le molecole di glucosio accumulate nel glicogeno non occupano lo stesso spazio di molecole di glucosio libere e quindi non attraggono tanta acqua quanto farebbero le molecole di glucosio libere. Praticamente la concentrazione intracellulare di glucosio libero nella cellula è di 0,4 molare mentre se il glucosio viene incorporato nel glicogeno la concentrazione è pari a 0,01 micromolare. Quindi le proprietà colligative dipendono soltanto dal loro numero(quindi se noi abbiamo una molecola di glicogeno formata da migliaia di unità vale sempre come una molecola di glicogeno). Se la concentrazione fosse di 0,4 molare la cellula si riempirebbe di acqua e avremo la rottura delle cellule. Quindi l'accumulo di glicogeno e amido evita una crisi osmotica. ➜CELLULOSA è costituita da unità di glucosio unite da un legame beta-1,4. La conformazione più stabile nella cellulosa è quella in cui le unità monossacaridiche sono ruotate l'una rispetto all'altra di 180° costituendo una lunga catena estesa. La cellulosa non è solubile perchè i gr OH sono impegnati in legame intra e inter molecolari. La cellulosa non è digeribile per molti animali perchè molti organismi superiori mancano di un enzima chiamato cellulasi che idrolizza i legami beta-1,4 presenti nella cellulosa. La cellulosa non è solubile in acqua a differenza dell'amido e glicogeno perchè la cellulosa in presenza dei ponti idrogeno ha una forma molto compatta. ➜GLICOPROTEINE sono molto importanti e svolgono molteplici funzioni. Nell ambito delle glicoproteine abbiamo un carboidrato legato ad una proteina. Residuo di asparagina e residuo di treonina sono gli a.a a livello della quale vengono legate i carboidrati. Il carbonio anomerico dei carboidrati è legato ad un atomo di azoto nelle gliocoproteine attraverso un legame N-glicosidico perchè il ponte è rappresentato da un atm di azoto mentre O-glicosidico quando l'O è a ponte. Le N-glicosidazioni e le O-glicosidazioni possono avvenire all'interno delle cellule procariotiche in determinati compartimenti quali RE e golgi. La glicosilazione delle proteine determina anche la loro posizione intracellulare definitiva. L’emoagglutinina del virus del’influenza è una lectina(proteina che lega con un alta affinità i carboidrati) che interagisce con la porzione carboidratica e gli consente la sua internalizazzione. Il virus poi si libera di tutte le componenti e utilizza la cellula ospite per replicarsi. Quando il virus è emerso dalla superficie si utilizza un enzima chimato sialigasi che va a tagliare le porzioni di acido sialico consentendo il distacco. ACIDI NUCLEICI i nucleotidi sono i monomeri che formano gli acidi nucleici e sono formati da una base azotata,uno zucchero e una porzione inorganica cioè il fosfato. La principale funzione degli acidi nucleici è di conservare e trasmettere l'informazione genetica,importanti anche per il ruolo dell'ATP. Un'altra importante funzione è la trasduzione del segnale e quindi la produzione dell'AMPciclico che ha un ruolo di messagero cellulare. Altra funzione nel corso della sintesi proteica è quella del GTP che fa parte del NADP( coenzima.) Il dogma centrale della biologia prevde che il flusso dell'informazione genetica inizi dal DNA per essere codificato in RNA fino ad essere decodificato in proteina. La base azotata che costituisce i nucleotidi è legata allo zucchero attraverso un legame N-glicosidico perchè l'azoto 1 delle pirimidine si lega al C1 dello zucchero mentre nel caso delle purine si lega all'azoto 9. Questo legame si sviluppa al di sopra del piano dell'anello. Il ribosio è un monosaccaride(zucchero) in particolare un aldoso a 5 atm di C e da luogo attraverso la reazione di ciclizazzione intramolecolare a degli anelli furanosici. La reazione di ciclizazzione in questo caso avviene tra il C1 e il C4 e porta alla formazione del b-D-glucosio o 2-deossi-b-D-glucosio. Parliamo dell'anomero beta in quanto l'ossidrile si trova dallo stesso lato del gr CH2OH legato al C5. La principale differenza tra questi due zuccheri è che nel 2-deossi-b-D-glucosio che ritroviamo nel DNA non è presente il gr OH sul C2.  Il ribosio e il deossi-D-ribosio si trovano in una conformazione a busta in cui uno degli atomi disposti sul piano risulta sopraelevato rispetto al piano che contiene gli altri 4 atomi. Il fosfato si lega al gr OH attraverso un legame fosfoestereo. Abbiamo due tipi di basi azotate:pirimidine(citosina,timina,uracile) e purine(guanina e adenina). Nel DNA abbiamo la timina mentre nell'RNA l'uracile. Dall'unione di una base azotata e uno zucchero si forma un NUCLEOSIDE attarverso una reazione di condensazione che comporta la perdita di una molecola di acqua. Gli atomi implicati nella formazione di questo legame sono l'azoto 9 della purina e l'azoto 1 della pirimidina. Quando al nucleoside viene aggiunto il fosfato otteniamo un NUCLEOTIDE. Il nucleotide quindi è un estere fosforico di un nucleoside;il sito di esterificazione è il gruppo OH attaccato al C-5 dello zucchero. Possiamo definirlo meglio come nucleotide monofosfato. Il primo sito di esterificazione è seguito da una serie di altri gr fosfato che sono legati tra di loro attraverso un legame fosfoanidrilico(che ha un contenuto energetico molto più alto rispetto ad un legame fosfoestereo). Per quanto riguarda la nomenclatura del deossiadenilato il suffisso -ato ci indica che può essere ricondotto al suo sale corrispondente. L'acido fosforico cede protoni si converte nel fosfato corrispondente. Possiamo anche chiamarlo deossiadenosina-5'-monofosfato,dove 5' ci indica il punto di esterificazione che va sempre indicato. Deossiadenosina è il nome del nucleoside,mentre deossiadenilato è il nome del nucleotide. Esistono basi azotate minori che esistono in piccole quantità nel DNA quali ad esp:5-metilcitidina è una primidina riconducibile alla citosina e ha il gr CH3 in posizione 5. Queste modifiche delle basi azotate nel DNA spesso svolgono un ruolo regolativo nell'espressione genica. Poi ci sono anche basi minori presenti nel RNA quali ad esp:7-metilguanosina e 4-tiouridina che ritroviamo nell'tRNA a formare delle interazioni che hanno un ruolo strutturale. RNA è una molecola meno stabile rispetto al DNA. Quando si lavora con l'RNA si utilizzano soluzioni acide perchè il gr ossidrilico a livello del C2 che manca nel DNA in soluzione alcalina sottrae un e- e fa in modo che l'O legato al C2 possa agire da nucleofilo sul fosfato che lega i due nucleotidi. Questo determina la formazione della struttura 2'-3' monofosfato ciclica con conseguente interruzione del ponte fosfodiestreo. Questo è il motivo per cui l'RNA è instabile in soluzione alcalina e può dar luogo ad un idrolisi interna che la molecola di DNA non può dare perchè manca del gr OH in posizione 2. Possiamo studiare le macromolecole sulla base dell'assorbimento della radiazione per cui le molecole passano dallo stato fondamentale a quello eccitato. I nucleotidi assorbono a 260 nm,la componente che consente l'assorbimento a questa lunghezza d'onda è la base azotata. Lo spettrofotometro ci permettere di misurare i valori di assorbanza a determinati valori di lunghezza d'onda che vengono poi rappresentati sul grafico dello spettro di assorbimento. ➤La reazione di ciclizazzione avviene quando il gr ossidrile del C3 funge da nucloefilo sul fosfato in alfa con liberazione dell'adenilato ciclasi. Questo AMP ciclico è come se fosse un messaggero a cui corrisponde un segnale biologico,un sensore di trasformazioni biologiche. Un esp è la trasduzione in cui i domini extracellulari contengono un sito di legame per un ligando mentre i domini intracellulari interagiscono con le proteine G. La proteina di interesse che si chiama adenilato ciclasi utilizza il GTP che è un nucleotide monofosfato per ottenere l'energia per produrre dall'ATP l'AMP ciclico. Una volta che si è formato l'AMP ciclico vengono condotti una serie di segnali intracellulari che devono evolvere nella modifica chimica della fosforilazione di un certo enzima. Questo meccanismo si esplica a livello della membrana e viene ricondotto all'interno grazie alla produzione dell'AMP ciclico. Quindi l'AMP ciclico è in grado di trasferire questo segnale che originariamente era l'interazione in questo caso dell'adrenalina con il suo recettore per far in modo di apportare una modifica chimica sull'enzima. Quando abbiamo la fosforilazione di un enzima significa che c'è un enzima fosfoproteinchinasi che va a trasferire sul residuo di serina,di treonina o di tirosina un gruppo fosfato a partire dall'ATP. L'AMPciclico è un segnale. Il trasferimento del fosfato avviene perchè l'enzima che ha percepito il segnale è in grado di andare a fosforilare un fosfato sull'enzima che deve essere attivato o inattivato. Gli a.a sono il target per questo tipo di modifica chimica. L'enzima è attivo quando è fosforilato,inattivo quando è defosforilato. Ci sono anche alcuni che funzionano in opposto. L'adenosina è presente in molte molecole che sono dei cofattori(molecole dal punto di vista organico differente). Tra queste molecole ci sono il NAD che è un trasportatore di e-,in questo caso l'adenosina è formata da due grp fosfato che sono collegati all'atm di C in 5 di un'altro ribosio. Il fosfato è legato attraverso il legame fosfoestereo all'atm di C5 che si lega ad un'altro atm di C5 di un'altro ribosio attraverso un'ulteriore grp fosfato. La nicotinamide è la parte legata attravreso il legame N-glicosidico al secondo ribosio. Strutturalmente è molto simile al NADP in cui il gr ossidrilico presente sul C2 è stato esterificato. ➤STRUTTURA PRIMARIA di un filamento polinucleotidico è rappresentata dalla successione dei nucleotidi dal primo fino all'ultimo. Questa struttura è rappresentata dall'alternaza del ribosio e il fosfato.Il legame che caratterizza la singola catena di DNA o RNA è il legame 3'-5' fosfodiestereo che connette due gr ossidrilici. Il primo nucleotide è sintetizzato in 5' ciò signfica che il primo fosfato è presente a livello del primo nucleotide ed è legato attraverso un legame fosfoestereo al gr OH del primo nucleotide. Mentre l'ultimo nucleotide presenta il gr OH libero. Queste caratteristiche definiscono la polarità delle molecole,il primo nucleotide offre il suo gruppo OH per formare un legame 3' con il gr OH presente sull'atm di C5 del nucleotide successivo. La porzione costante della catena polipeptidica è rappresentata dall'alternanza del fosfato e del ribosio e la porzione variabile è rappresentata dalla sequenza delle coppie di basi. Un lato della catena è idrofilico perchè è polare quindi i gr disponibili per formare un legame con l'H2O sono il fosfato,mentre il lato idrofobico è quello che corrisponde alla successione delle coppie di basiche sono anelli ciclici aromatici. Quello che noi vediamo rappresenta il risultato finale del processo di sintesi che prevede che il primo nucleotide entrante risulti essere un ribonucleotide trifosfato. Quando parliamo di DNA;La DNApolimerasi necessita di un gr ossidrilico a cui agganciare il nucleotide per iniziare la sintesi,quindi ha bisogno di un primer ossia uno stampo da copiare. La reazione che porta alla formazione di un legamo fosfodiestreo prevede che ci sia un nucleoside trifosfato e qualche gr ossidrilico fa da nucleofilo sull'atm di fosforo in alfa del nucleotide liberando il pirofosfato. L'idrolisi del pirofosfato(molecola costituita da due unità di fosfato) spinge la reazione verso dx cioè verso la sintesi. Regole di Chargaff:Il DNA è costituito da due filamenti polinucleotidici,la composizione di coppie di basi varia da una specie all'altra questo significa che la percentuale di coppie di basi può essere diversa. La composizione in basi è la stessa nell'ambito dello stesso organismo,non si modifica con l'età e l'alimentazione però può subire delle modifiche di tipo epigenetico che possono modificare la base azotata. Gli organismi termofili hanno un contenuto maggiore di G-C. Il contenuto di adenina è sempre uguale a quello di timina;il contenuto di citosina è sempre uguale a quello di guanina. Questo perchè sono complementari tra di loro e sono le uniche interazioni possibili. L'adenina forma 2 legami H con la timina,mentre la guanina ne forma 3 con la citosina. Però ci sono anche altri legami che conferiscono stabilità al DNA in quanto le basi azotate si dispongono verso l'interno e formano delle interazioni. I legami idrogeno Hanno proprietà direzionali: raggiungono un massimo energetico quando i tre atomi sono allineati fra loro Sono legami deboli ma se presenti in gran numero partecipano in modo“cooperativo”a dare stabilità alle strutture Importanti per instaurare interazioni specifiche ma reversibili ad esp durante la duplicazione del DNA abbiamo bisogno della denaturazione della doppia elica quindi il ciclo vitale di un organismo è sempre in una fase di alternanza in cui il DNA si trova a doppia elica o le eliche sono separate. A stabilizzare la doppia elica di DNA sono i legami H e le forze di van der wals che si formano in seguito alla sovrapposizione delle coppie di basi. I piani definiti da ciascuna coppia di base sono interagenti con quelle sottostanti e sovrastanti da conferire una maggiore stabilità dell'elica. La conseguenza della complementarietà tra le basi è che l'informazione contenuta in un filamento è conservata nella sequenza dell'altro. ➤STRUTTURA SECONDARIA è l'organizazzione spaziale stabile e regolare di un frammento di DNA o di tutta la sequenza nucleotidica. Questa struttura è stata studiata attraverso una tecnica chiamata diffrazione raggi x dalla quale bisogna ottenere una struttura cristallina della macromolecola,questa tecnica ha permesso di avere informazioni dettagliate quali:un'intero giro di elica è lungo 34A e contiene 10,5 coppie di basi,la distanza angolare è di circa 3,4 A tra una base e l'altra,il diametro è costante di 20A. Abbiamo due filamenti che corrono in parallelo tra di loro e sono avvolti a formare una struttura elicoidale in cui ciascuna base è ruotata di 3,4 A. L'RNA è a singolo filamento e quindi da luogo a delle strutture secondarie che sono di natura diversa. I filamenti sono antiparalleli perchè uno entra in direzione 5'-3' e l'altro in direzione 3'-5' La doppia elica è destrorsa.La porzione idrofobica delle basi azotate sono disposte all’interno e sono quasi perpendicolari all’asse dell’elica mentre la porzione idrofilica è rivolta verso l'esterno. L'adenina può appaiarsi soltanto con la timina perchè il diametro di 20A permette soltanto l'appaiamento A-T e G-C. Il numero dei legami H che si formano sono il max possibili. L'appaiamento di A-G non porta alla formazione dei legami H. Il DNA nel suo avvolgimento determina una scalanatura magg e una scalanatura minore perchè i legami b-glicosidici(legame che ciascuno zucchero forma con le coppie di basi e i ponti fosfato) non sono perfettamente paralleli l'uno all'altro. Nella scalanatura minore abbiamo l'esposizione di un certo numero di atomi che possono formare un numero di legami H inferiori rispetto a quelli che si possono formare sulla scalanatura maggiore. La scalanatura maggiore contiene più caratteri distintivi. La disposizione di questi atomi che formano legami H può garantire le interazioni con le macromolecole proteiche che devono interagire con specifiche regioni del DNA. L'interazione è specifica e nel caso degli enzimi di restrizione garantisce che il taglio ribonucleotidico avvenga soltanto in una certa regione e non in un'altra. Questo discorso è esteso anche al DNA nel riconoscimento con un fattore di trascrizione,oppure all'RNA polimerasi quando deve iniziare la trascrizione in un punto preciso. Si basa quindi sulla specificità garantita dalla disposizione dei legami H. Secondo Watson e Crick il DNA va incontro ad una replicazione semiconservativa in cui le doppie eliche possono separarsi le une dalle altre e ciascuna catena può fare da stampo per la sintesi di una catena figlia complementare. Quindi il DNA nel periodo di ciclo cellulare va incontro a delle separazioni che possono essere totali come nel caso della replicazione o localizzate nella struttura della doppia elica. Le variazioni strutturali del DNA possono determinare una variazione localizzata nei parametri dell'elica e si basano su:diverse conformazioni che può assumere il deossiribosio che sono le conformazioni tridimensionali(in particolare C2endoC3endo le conformazioni a busta). Ci sono delle rotazioni intorno ai legami contigui dello scheltro di fosforibosio quindi delle variazioni possono avvenire anche a livello delle rotazioni del ponte fosfodiestereo. Infine c'è anche una libera rotazione intorno al legame N-glicosidico che connette lo zucchero alla base azotata,in questo caso ci sono una serie di conformazioni cis o anti a seconda se il piano definito dalle coppie di basi e lo zucchero si trovano dalla stessa parte o meno. Le variaziano strutturali che si riscontrano nel DNA di tipo B sono dovute a queste rotazioni intorni ai legami singoli e le differenti conformazioni del deossiribosio. ➤STRUTTURE SECONDARIE ALTERNATIVE NEL DNA -FORMA B del DNA è quella determinata da Watson-Crick e quindi quella più frequente. -FORMA A prevale in un ambiente disidratato -FORZA Z caratteristica di determinati tratti di DNA,si forma quando nella sequenza nucleotidica c'è un alternanza purina pirimidina. ➜La sequenza palindromica è una ripetizione invertita. Queste sequenze possono anche dar luogo a delle strutture di appaiamento locali delle molecole di DNA e RNA ad esp la struttura a forcina o a croce che hanno un ruolo regolativo nell'ambito del DNA o RNA. La struttura a forcina si forma sull'RNAm come segnale di interruzione della trascrizione.Esistono anche altri meccanismi che dipendono dalla proteina RO e quindi sono ROdipendenti o ROindipendenti. In quelli ROindipendenti queste strutture a forcina servono a destabilizzare il complesso di trascrizione. Quando le sequenze palindormiche sono separate da un tratto non palindromico vengono definite sequenze ripetute e invertite Il DNA può essere denaturato in vivo a carico dell'intera elica nel caso del processo di sintesi del DNA o di strutture locali. Quando la doppia elica si è denaturata noi possiamo osservare l'aumenta dell'assorbanza da parte della base azotata,quindi quando le basi azotate sono complementari tra di loro e avvolte nella struttura del DNA vengono esposte soltanto in minima parte alla radiazione ultravioletta. Avviene quindi un incremento dell'assorbanza man mano che si denatura il DNA.  Quando il DNA si denatura nei suoi filamenti costituenti e la soluzione viene raffreddata in un tempop lungo il DNA è in grado di rinaturarsi e ricostituire la doppia elica. Il processo ha una velocità diversa se parliamo di eliche che si sono completamente denaturate o di eliche che sono parzialmente denaturate in cui l'abbassamento di temperatura riporta in un tempo breve alla struttura iniziale in cui sono tornati i legami H. Quindi se abbiamo una catena in uno stato non denaturato abbiamo un picco di assorbanza che corrisponde sempre a 260nm,nel caso in cui la catena invece di DNA sia denaturata osserviamo un incremento di assorbanza. Questa curva che ci indica anche la temperatura di fusione è sigmoidale. La temperatura di fusione rappresenta il punto in cui il 50% di DNA è danaturato. Questo valore della temperatura di fusione non è costante nel DNA di una certa specie,possiamo utilizzarlo come parametro che ci permette di conoscere il contenuto di A-T e G-C delle determinate specie. ➤STRUTTURA TERZIARIA è il ripiegamento della cromatina nei cromosomi eucariotici. In quanto c'è un interazione del DNA con le proteine dato che il DNA non è mai nudo nella cellule. Nei batteri non esistono dei veri e propri istoni ma ci sono delle proteine che hanno le caratteristiche chimico-fisiche tipiche degli istoni che gli permette di compattare il DNA all'interno delle cellule. Il DNA negli eucarioti è costituito da eterocromatica(regioni compatatte) e eurocromatina(regioni non compattate e non trascritte). La compattazione è garantita da 8 molecole di istoni uguali a due a due e la molecola H1 che riavvicina le strutture e vengono paragonate alle perle. RICAPITOLAZIONE La biochimica è l'ambito molecolare,si tratta di molecole di pochi nm. La biochimica si occupa di studiare il ruolo delle macromolecole e come queste si trovano all'interno di determinati organelli a svolgere determinate funzioni. In quest'ambito avviene tutto molto velocemente e in pochissimi nanosecondi. TIPICHE DOMANDE -Descrivere le interazioni deboli delle molecole biologiche ed esemplificare in quale macromolecola si riscontrano--->Forze di van der waals(sono forze che si creano grazie ai dipoli istantanei,la molecola non è polare e la distribuzione degli e- può variare. I dipoli interagiscono perchè la rotazione degli e- intorno agli atomi va a creare una parziale carica + ed una - che induce una differente ripartizione degli e- e di conseguenza queste interazioni nonostante hanno un energia molto bassa nella loro complessità possono contibuire alla stabilità della molecola. Queste interazioni non sono specifiche ma sono stabilizzanti. Nell'ambito delle interazioni deboli come interazioni specifiche ci sono: ➜Legame lettrostatico è un interazione tra due ioni di carica opposta tra cui c'è una differenza di elettronegatività. Il legame ionico e quello elettrostatico sono la stessa cosa. Questi ioni si formano per raggiungere l'otteto. Questa interazione è descritta dalla legge di Couloum che ci dice che questa interazione è direttamente proporzionale al valore numerico della carica e inversamente proprozionale al quadrato della distanza. Diminuisce fortemente in virtù della distanza tra le cariche opposte. Dipende anche da un altro fattore cioè la costante dielettrica che dipende dal mezzo in cui sono immerse le cariche. La costante dielettrica è un indice di quanto le molecole del mezzo sono in grado di formare legami. Le interazioni elettrostatiche in una macromolecola sono più forti se non vengono esposte all'ambiente acquoso. All'interno del core idrofobico di una proteina non è presente l'acqua ma possono essere presenti dei gr carichi che interagiscono tra di loro e quando questa interazione ha luogo in un mezzo con costante dielettrica più bassa il core ha escluso l'acqua e di conseguenza l'interazione è più forte. Viceversa quando le interazioni ioniche avvengono sulla superficie della macromolecola queste interazioni sono disturbate dalla presenza dell'acqua che può formare legami H ed interferire con la forza del legame. I legami elettrostatitici richiedono sempre una certa complementarietà tra gli a.a perchè è necessaria una carica + che interagisce con una carica - a differenza delle forze di vanderwaals che possono aver luogo indifferentemente dalla natura chimica delle molecole che interagiscono. Anche nei legami H è necessaria una certa complementarietà. Questo è il motivo per cui i legami H e le interazioni elettrostatiche garantiscono la specificità delle interazioni. ➜Legame H L'H forma un ponte,è legato con un legame covalente ad un atm elettronegativo e poi forma un altro tipo di interazione elettrostatica con un altro atm elettronegativo. Il legame H per l'80% è un interazione elettrostatica. L'UNICO LEGAME FORTE E' QUELLO COVALENTE. I legami H,forze di van der waals e interazione elettrostatiche le riscontriamo nelle proteine.Gli acidi nucleici presentano legami H. Il CARBONIO è presente in tutte le macromolecole della vita perchè in base al tipo di ibridazione che ha può formare tanti legami (singoli,doppi,tripli) che gli conferisce una grossa versatilià. -Da cosa dipende la funzione delle macromolecole? dai gruppi funzionali,dalla struttura e dalla genetica. I gruppi funzionali sono: -ossidrilico R-O-H conferisce polarità perchè può formare ponti H e lo ritorviamo nei carboidrati,negli acidi nucleici e in alcuni a.a (serina,tirosina,trionina). Tirosina presenta un ossidrile ma è aromatico quindi è un po più idrofilico rispetto a chi non contiene nessun gr ossidrilico. -carbonilico lo ritroviamo nei carboidrati,sono polari e possono formare interazioni come legami H. -sulfidrilico R-S-H lo troviamo nella cisteina e nei ponti di solfuro. -amminico NH3+ Tutti gli a.a possiedono un gr amminico ma quando sono incorporati nella catena questo gruppo è impegnato in un altro legame quindi soltano l''a.a terminale ha il gr amminico libero. Le catene laterali degli a.a come la lisina e l'arginina hanno il gr amminico. I gruppi amminici li troviamo anche nella basi azotate. L'istidina presenta un anello imidazoico -carbossilico lo ritroviamo negli a.a ed è coinvolto nel legame peptidico,in alcune catene laterali come l'aspartato e il glutammato,e negli acidi grassi -fosforile lo ritroviamo negli acidi nucleici,nei fosfolipidi,nei gliconiugati ed anche nei gruppi fosfato. Quando parliamo di forma di una macromolecola ci riferiamo agli isomeri che hanno la stessa formula molecolare bruta e diversa distribuzione degli atomi. Abbiamo isomeri configurazionali:isomeri geometrici o stereoisomeri. Mentre gli isomeri strutturali differiscono soltanto per la disposizione degli atomi nella catena carboniosa mentre nel caso degli isomeri configurazionali possiamo avere quelli che presentano una diversa rotazione dei gruppi intorno ad un doppio legame e non c'è possibilità di libera rotazione oppure si tratta di isomeria configurazionale di due moelcole che sono l'una l'immagine speculare dell'altra e non possono essere sovvrapposti. La forma e l'isomeria definiscono una funziona biologica sia per fattori di stabilità e sia per un riconoscimento tridimensionale poichè una molecola nella cellula deve interagire con altre componenti. Il riconoscimento presuppone una precisa distribuzione nello spazio dei gr funzionali che devono interagire tra di loro. Quindi l'isomeria garantisce che il riconoscimento sia specifico. -Struttura dell'acqua,disegna due molecole di acqua indicando il tipo di legame coinvolto è una moleola polare,non è lineare poichè ci sono due coppie di e- non impegnati in legame che causano una maggiore repulsione e quindi formano un angolo di legame tra due atm di H di 104°. La geometria dell'acqua è quella di un tetraedro distorto. Per quanto riguarda le proprietà l'acqua è una molecola anfipatica può comportarsoi sia da acido e sia base in relazione all'altra molecola con cui reagisce. L'O è più elettronegativo e ha una parziale carica - rispetto all'H. L'acqua è leggermente dissociata in soluzione rispetto ad una costante di 10^-16. Il prodotto ionico dell'acqua è uguale a 10^-14. Equazione di handerson mette in relazione il ph di una solzuione con il pka dell'acido che è il rapporto tra l'acido e la sua base coniugata. Per gli a.a parliamo di curva di titolazione perchè ci sono due gruppi amminico e carbossilico che si protonato e deprotonano,e si forma anche uno zwitterione in cui la carica netta è 0. Aumentando l'acidità si deprotona anche il secondo gruppo quello amminico. Tutto può essere rapppresentato attraverso una curva di titolazione. Il punto diflesso è il punto isoelettrico che rappresenta la carica netta di un a.a uguale a 0. I punti diflesso in realtà sono il pka del gruppo di cui stiamo considerando la titolazione. Questa curva ha anche una regione in cui l'incremento degli ioni OH non varia il PH grazie alla soluzione tampone. La soluzione tampone ha la capacità tamponante variando le concentrazioni delle specie in soluzione. -Come si comportano le sostanze anfipatiche in acqua? Le sostanze anfipatiche sono caratterizzate dalla presenza di code idrofobiche rivolte verso l'interno della molecola e una testa idrofilica rivolta verso l'esterno. Da un punto di vista termodinamico l'entropia delle code idrofobiche sembra diminuire perchè è l'entropia delle molecole di acqua circostanti che va ad aumentare.Le molecole di acqua si dispongono in questo modo appunto a causa dell'aumento dell'entropia del sistema che viene causato dall'unione delle porzioni idrofobiche che allontanano le molecole di acqua l'una dall'altra e sono più libere di muoversi. Il contributo entalpico è dovuto alle interazioni che si formano tra le superfici idrofobiche e alle molecole di acqua che riacquistando gradi di liberà possono restaurare quel network di legami che caratterizza l'acqua libera. La variazione di energia del sistema è dovuta al guadagno di entropia. -Equazione di Handerson-Hasselbach Quest'equazione mette in relazione il ph di una soluzione con il suo pk. Il pk è una misura di quanto un acido sia dissociato rispetto alla sua base coniugata. Quando il ph di una soluzione è uguale al pk vuole dire che abbiamo il 50% della specie dissociata e il 50% della specie non dissociata. Il pk ci da una misura di quanto l'acido ha una tendenza a dissociarsi,quindi un acido con pk molto basso signfica che è dissociato a bassi valori di ph ed è un acido forte. Il pk quindi è una misura di quanto sia forte l'acido. Esp più semplice dell'acido acetico che ha un pk=4,76 e quindi abbiamo il 50% dell'acido nella sua forma dissociata e il 50% no. -Quali sono i sistemi tampone biologici? Una soluzione tampone è in grado di tamponare le variazioni di ph. Un sistema tampone NON potrebbe essere un acido o una base forte perchè tenderebbe a dissociarsi completamente mentre gli acidi deboli possono coesistere in sistemi biologici in quanto hanno una tendenza inferiore a dissociarsi ed esistono sia nella forma dissociata e sia non. Poichè esistono in questa duplice forma c'è sempre una riserva di una delle due forme che può essere utilizzata per tamponare delle variazioni di ph troppo acide o troppo basiche. Quindi se noi aggiungiamo ioni H+ in una soluzione in cui il ph è molto basso questi ioni si possono associare con la base coniugata spostando temporaneamente l'equilibrio. Poi se la forma HA è predominante anch'essa si dissocierà perchè l'equilibrio deve essere sempre lo stesso. Analogamente se vengono aggiunti ioni OH- si possono andare a combinare con la forma indissociata dell'acido determinando la dissociazione però allo stesso tempo tamponando l'incremento di ph. La soluzione tampone può essere rappresentata attraverso una curva di titolazione. I gruppi funzionali che possono fungere da tampone sono il gr amminico e carbossilico che ritroviamo negli a.a delle catene laterali o i gr fosfato. La cellula deve difendersi dalle variazioni di ph perchè altrimenti se il ph si innalza o si abbassa avviene una variazione dello stato di ionizazzione delle catene laterali e di conseguenza vengono meno una o più interazione elettrostatiche e si destabilizza la molecola proteica che può arrivare alla completa o parziale denaturazione e non può più svolgere la sua funzione biologica. Gli enzimi nei sistemi biologici lavorano per sfruttare al massimo le loro potenzialità. "Gli estremi di ph possono denaturare le proteine" -Scrivere un aldoesoso Un aldosoesoso è un polidrossialdeide o un polidrossichetone a 6 atm di C,contiene un gruppo aldeidico con una serie di gruppi OH che sono legati a tutti gli altri atm di C in forma lineare. La differenza è che l'atm di C 6 non è chirale mentre gli altri compresi tra il C1 e il 6 sono chirali. ° Stabilire se è l'anomero alfa o beta,se è D o L,utilizziamo poi il prefisso gluco e continuiamo con piranosio(se è un anello a 6 termini) o furanosio(se è a 5). La forma ciclica è quella più abbondante esiste soltanto una piccola percentuale della forma lineare. La reazione di Fehling converte il grp carbonilico associato al grp aldeidico in grp carbossilico quindi abbiamo una reazione di ox a carico del monosaccaride e lo ione rameico si riduce in ione rameoso(si tratta quindi di uno zucchero riducente) dopodichè possiamo quantificare lo ione rameoso che forma un precipitato rosso e avere una misura indiretta della quantità di glucosio che è presenta in forma libera. Però se il C anomerico non fosse libero e possiede entrambi i C anomerici legati in un legame alfa1,2- glicosidico(abbiamo quindi un glucosio e un fruttosio cioè un disaccaride) questo zucchero non è quantificabile attraverso questo tipo di reazione. Per cui abbiamo zuccheri riducenti e non,quelli non riducenti hanno entrambi le estremità del C anomerico impegnate nel legame glicosidico. Il monosaccaride è chiuso in forma ciclica sottoforma di un acetale che si ottiene dalla reazione di un emiacetale e un ossidrile. -Descrivi legame glicosidico E una reazione di condensazione che comporta l'eliminazione di una molecola di acqua,si crea fra due monomeri e può essere di diverso tipo. Nell'amido e nel glicogeno ritoviamo il legame alfa1,4-glicosidico e il legame alfa1,6. Per quanto riguarda la loro struttura tridimensionale è elicoidale,il glicogeno presenta molte più ramificazioni rispetto all'amido. -Esempio di polisaccaridi I polisaccaridi si differenziano per le ramificazioni,il tipo di legame che formano,le unità monosaccaridiche. La cellulosa non è solubile in acqua perchè presenta interazioni sia intermolecolari e sia intramolecolari,inoltre noi non la possiamo digerire in quanto non abbiamo l'enziama in grado di degradare il legame beta presenta nella cellulosa mentre quello alfa dell'amido si per cui noi lo digeriamo. Gli enzimi che digeriscono la cellulosa operano la scissione del legame beta1,4 e si chiamano cellulasi. -Funzione Carboidrati Hanno una funzione di riserva di energetica(glicogeno e amido),una funzione strutturale(cellulosa),di riconoscimento(gliconiugati:anticorpi),fanno parte dell'impalcatura degli acidi nucleici. -Struttura degli acidi nucleici e i legami Sono formati dai nucleotidi uniti tra di loro da un legame fosfodiesterico. I nucleotidi sono molecole informazionali formati un fosfato,una base azotata(purine o pirimidine) e uno zucchero(ribosio o deossi). Se si tratta di una purina l'N in posizione 9 è legato al C 1 dello zucchero mentre se si tratta di una pirimidina è legato all'N in posizione 1. Il ponte fosfodiestereo coinvolge il C 5' di uno zucchero e il C 3' dello zucchero successivo. -Ruoli dei nucleotidi Nel GTP e ATP:l'energia accumulata nell'ATP si localizza a livello dei legami fosfoanidrilici e deriva dal metabolismo del glucosio. Il legame fosfoanidrlico accumula più energia rispetto a quello fosfoestereo,quando in una molecola ci sono i nucleosiditrifosfato hanno 3 fosfati vicini tra di loro ognuno con una carica - quindi c'è una forte repulsione elettrostatica.Quindi dall'idrolisi di un legame fosfoanidrilico deriva una forma che è più stabile rispetto a quella iniziale quindi ha un contenuto energetico più alto. I nucleotidi svolgono anche un ruolo per l'AMP ciclico che è un messaggero cellulare. -Struttura a.a e disegna un a.a basico,acido e idrofobico. ACIDO:glutammico IDROFOBICO:alanina BASICO:arginina COOH protonato e NH2 non possiamo mai trovarli sulla stessa molecola. -Legame peptidico disegna RICAPITOLAZIONE La biochimica è l'ambito molecolare,si tratta di molecole di pochi nm. La biochimica si occupa di studiare il ruolo delle macromolecole e come queste si trovano all'interno di determinati organelli a svolgere