Appunti di Biochimica I - 5/03/2024 - Barone - PDF

Materia :Biochimica Data e ora: 5/03/2024 prima ora Professore: prof Barone Sbobinatore: Aurora De Santis Revisore : Tommaso casa Il professore presenta le caratteristiche del corso di Biochimica, come corso integrato suddiviso in una prima parte (Biochimica I) e in una seconda (Biochimica II) che...

Materia :Biochimica Data e ora: 5/03/2024 prima ora Professore: prof Barone Sbobinatore: Aurora De Santis Revisore : Tommaso casa Il professore presenta le caratteristiche del corso di Biochimica, come corso integrato suddiviso in una prima parte (Biochimica I) e in una seconda (Biochimica II) che verrà svolta nel primo semestre del secondo anno. Per quanto riguarda i professori che gestiscono il corso: Per ogni eventuale problematica è possibile fare riferimento ai 4 docenti. Per domande relative a moduli e certificati e in generale dubbi su cose più tecniche ed amministrative il riferimento è la coordinatrice del corso, la professoressa Cutruzzolà. Le lezioni si svolgeranno 3 volte a settimana, di martedì, giovedì e venerdì. (Il professore sottolinea che il giovedì le lezioni di base cominceranno per le 8:30 anziché le 8 in quanto orario scomodo per tutti). Un’ altra informazione sul corso riguarda le ADE: Durante il corso potremmo seguirne 2. Durante il corso di Biochimica I potremo seguire l’ADE riguardante il ripiegamento delle proteine e il loro ruolo nei processi neuro degenerativi e una riguardante l’utilizzo in medicina di proteine ricombinanti. La prima parte di biochimica verterà su struttura e funzione di biomolecole (proteine, carboidrati, lipidi…) con riferimenti alla cinetica enzimatica e quindi ai meccanismi alla base del funzionamento delle nostre proteine. Il corso di biochimica II verterà invece sul metabolismo e quindi su come all’ interno della cellula vengono utilizzati carboidrati, proteine… Per quanto riguarda i riferimenti del professore Barone:  Il professore Sottolinea di non avere un orario di ricevimento fisso, ma basta scrivergli per e-mail ed organizzarsi in questo modo. Il professore invita gli studenti ad iscriversi al corso di biochimica sulla piattaforma e-learning per ricevere informazioni e materiale. Per quanto riguarda i libri consigliati: Per il professore questi testi sono equivalenti e sono da abbinare alle slide usate a lezione, ma va anche bene utilizzarne altri, a patto che siano edizioni non eccessivamente vecchie, inoltre sottolinea che l’utilizzo del libro di testo sia necessario per superare l’esame. Per quanto riguarda le modalità d’esame: Se si passa l’esonero, l’orale sarà incentrato su argomenti di biochimica II, ma comunque è necessario conoscere gli argomenti di biochimica I per essere in grado di fornire giustificazioni e spiegazioni. Alcune cose per quanto riguarda l’esame sono cambiate da quest’anno, in quanto negli anni precedenti il voto dell’esonero non faceva media con quello dell’esame orale. Invece da quest’anno, siccome i professori dai prossimi anni dovranno registrare anche il voto dell’esonero, in questa “fase di transizione” verrà attribuito un voto all’esonero di biochimica I (mentre gli anni passati i risultati erano riuniti in fasce di voto). Ad ogni modo il voto dell’esonero non farà media aritmetica con il voto dell’orale, ma servirà ad i docenti Per orientarsi durante l’esame, facendo anche qualche domanda sugli argomenti di biochimica I nel caso di voti molto bassi all’esonero. Un’altra differenza rispetto agli anni precedenti è che da quest’anno solo gli studenti iscritti al primo anno possono fare l’esonero. (Inizio della lezione teorica) La biochimica “La Biochimica è la scienza che studia la composizione chimica degli esseri viventi e tutte le reazioni chimiche che avvengono in essi e che sono alla base della vita.” La biochimica studia come la chimica delle nostre cellule influenza i processi che avvengono al loro interno. Ad esempio, conoscendo la struttura chimica di un fosfolipide di membrana (contenente acidi grassi apolari), sappiamo che le membrane sono fatte da un doppio strato lipidico. Oppure, sapendo che le lunghe catene apolari degli acidi grassi possono presentare doppi legami in configurazione cis o trans, la biochimica ci spiega come tale conformazione impatta sulla fluidità delle membrane biologiche. La biochimica nasce con questo esperimento, condotto dallo scienziato tedesco Wholer, che fece reagire il Cianato di Argento con il Cloruro di ammonio, ma invece di ottenere cloruro d’argento, ione cianato e ione ammonio (come si sarebbe aspettato), trova un composto organico chiamato Urea (contenuto normalmente nelle urine degli esseri viventi) Per composti organici intendiamo composti prodotti da esseri viventi. Da questo esperimento si capisce che è possibile partire da composti inorganici (che gli esseri viventi non sintetizzano ) per sintetizzare composti organici. La biochimica ha assistito a successive evoluzioni, come nel 1953, quando Watson e Crick scoprirono la struttura a doppia elica del dna. Introduzione alle proteine (Per ogni biomolecola studiata partiremo dal suo componente più piccolo, per arrivare alle strutture più complesse e alle sue funzioni) Proteine La classe delle proteine è una classe di molecole organiche estremamente eterogenea, in quanto al suo interno possiamo trovare innumerevoli proteine con funzioni diverse. Tuttavia tutte le proteine hanno caratteristiche comuni, quali il fatto di essere macromolecole polimeriche (tutte contenenti idrogeno, ossigeno, carbonio e azoto) costituite dalla ripetizione di unità monomeriche dello stesso tipo, dette amminoacidi. Una proteina è costituita da una sequenza di amminoacidi legati tra di loro tramite legame peptidico. Gli amminoacidi sono composti quaternari la cui struttura è caratterizzata da una parte fissa ed una variabile. Tutti gli amminoacidi presentano un atomo di carbonio centrale (detto carbonio alpha in quanto si trova in posizione alpha, essendo immediatamente successivo rispetto al carbonio carbossilico) [n.b. Nella nomenclatura degli acidi grassi un sistema di numerazione della lunga catena carboniosa prevede che a ciascun carbonio venga attribuita una lettera dell’alfabeto greco, chiamando carbonio alpha quello immediatamente successivo al carbonio carbossilico] Negli amminoacidi il carbonio alpha è legato a 4 sostituenti, i quali sono un atomo di idrogeno, un gruppo carbossilico, un gruppo amminico e un gruppo identificato genericamente come gruppo “R” , che rappresenta la parte variabile di un amminoacido e che prende il nome di catena laterale dell’amminoacido. Un atomo di carbonio legato a 4 sostituenti diversi è un carbonio chirale, che presenta dunque isomeria ottica e che quindi può avere configurazioni spaziali diverse. In particolare gli amminoacidi si possono presentare in due forme che sono una l’immagine speculare dell’altra, ciò significa che non sono perfettamente sovrapponibili per traslazione. La proprietà dei composti chirali è quella di deviare le radiazioni luminose. Quando suddividiamo gli amminoacidi in amminoacidi della serie D e della serie L facciamo riferimento alla posizione del gruppo amminico rispetto al carbonio chirale. Se si disegna un amminoacido sul piano gli amminoacidi della serie L presentano il gruppo amminico a sinistra, quelli della serie D lo presentano a destra. Questo tipo di definizione deriva dalla gliceraldeide, che è il carboidrato più piccolo, che nella forma “L”, se la raffiguriamo con il gruppo aldeidico in alto, presenta il penultimo OH a sinistra, invece se sta a destra sarà della serie “D”. Se facciamo combaciare il gruppo carbossilico dell’amminoacido con il gruppo aldeidico della gliceraldeide, i 2 idrogeni tra di loro, la catena laterale dell’ amminoacido con il CH2OH della gliceraldeide, vediamo che il gruppo amminico dell’amminoacido corrisponde all’ossidrile della gliceraldeide. Materia: Biochimica Data e ora: 5/03 2 ora Professore: Eugenio Barone Sbobinatore: Pio Francesco Cuccarano Revisore: Giulia Crimi Amminoacidi della serie D e L: Questo tipo di definizione deriva dalla gliceraldeide, il carboidrato più semplice (il termine carboidrato deriva dal fatto che sono costituiti esclusivamente da atomi di carbonio, idrogeno e ossigeno), la cui struttura ricorda quella degli amminoacidi in quanto abbiamo un carbonio chirale legato a 4 sostituenti diversi: un gruppo aldeidico, un H, un CH2OH e un gruppo OH. Proprio in base alla posizione del gruppo idrossilico noi definiremo il composto appartenente alla serie D (se si trova a destra) o L (se si trova a sinistra). Nel caso degli amminoacidi se il gruppo amminico si trova a sinistra avremo un amminoacido della serie L, altrimenti se si trova a destra della serie D. L’appartenenza ad un gruppo o all’altro risulta essere fondamentale in quanto quasi tutti gli amminoacidi delle nostre proteine sono della serie L, questo è dovuto in parte al fatto che legando tra loro esclusivamente amminoacidi della serie L, otterrò una determinata struttura tridimensionale che conferirà alla proteina una specifica funzione, se invece introducessi degli amminoacidi della serie D ne verrebbe fuori una struttura completamente diversa. Un altro motivo per cui utilizziamo quasi esclusivamente amminoacidi della serie L è il turnover proteico, infatti dopo che una proteina viene sintetizzata, svolge la propria funzione ma quando le cellule non hanno più bisogno di essa, provvedono a degradarla tramite degli enzimi che prendono il nome di proteasi. Le proteasi tagliano i legami peptidici tra 2 amminoacidi, tuttavia i D amminoacidi vanno a formare dei legami che non sono riconosciuti da esse, che quindi non sono in grado di scinderli, la proteina si accumulerebbe all’interno della cellula e questo va ad interferire con i processi cellulari, tanto è vero che un accumulo di proteine non smaltite porta allo sviluppo di patologie quali le proteinopatie, responsabili della morte cellulare. Classificazione delle proteine: La classe delle proteine comprende tante strutture diverse e questa è una conseguenza del fatto che le proteine svolgono tante funzioni differenti tra loro. La presenza di tutte queste strutture risulta essere una caratteristica fondamentale se consideriamo tutti i diversi processi che avvengono all’interno della cellula. Possiamo effettuare un ulteriore classificazione delle proteine in base alla loro composizione chimica, le distinguiamo quindi in: Semplici, costituite esclusivamente da amminoacidi. Coniugate, legano dei gruppi prostetici (Glicoproteine, Lipoproteine, Nucleoproteine, Fosfoproteine, Flavoproteine distinte a loro volta in Cromoproteine ed Emoproteine). Le proteine coniugate sono proteine in cui troviamo un gruppo prostetico necessario a quest’ultime per lo svolgimento della loro funzione. Un esempio di proteina coniugata è l’emoglobina, contente il gruppo eme, un composto organico di fondamentale importanza perché proprio grazie ad esso e alla presenza al suo interno di un atomo di ferro che presenta un preciso numero d’ossidazione (+2), l’emoglobina è in grado di legarsi all’ossigeno. Altro esempio sono le glicoproteine, proteine in cui troviamo la presenza di un gruppo glucidico con la funzione di essere dei punti di riconoscimento, le ritroviamo al livello della membrana plasmatica. Come detto precedentemente le proteine sono costituite da un insieme di amminoacidi a loro volta classificabili in: AMMINOACIDI PROTEICI: costituenti delle proteine (per questo proteici), sono 20 o 21. AMMINOACIDI PROTEICI POST-SINTETICI: subiscono modificazioni dopo la sintesi delle proteine, tra questi troviamo la cistina, idrossiprolina, idrossilisina, carbossiglutamico, fosfoserina, fosfotreonina, fosfotirosina). Queste modificazioni risultano essere indispensabili per la struttura e la funzione della proteina. AMMINOACIDI NON PROTEICI: non si ritrovano nelle proteine ma solo come intermedi nei metabolismi e sono: l’ornitina, citrullina, omocisteina, β-alanina e GABA (γ-aminobutirrico). Il glutammato è un amminoacido che ha a livello della catena R un gruppo carbossilico, tanto è vero che fa parte di quella categoria di amminoacidi carichi negativamente proprio per la presenza di quest’ultimo. Il -carbossiglutamico (o acido carbossiglutammato) ha legato al livello del CH2 più in basso un altro gruppo carbossilico, questo gli permette di legarsi ad uno ione Ca2+, tramite le due cariche negative dei due gruppi carbossilici che legano con le due positive del calcio (è un amminoacido che troviamo nelle ossa e nei muscoli, particolarmente ricchi di calcio anche grazie alla presenza di questo amminoacido). Gli amminoacidi non proteici invece sono amminoacidi che non ritroviamo nella struttura delle proteine, tuttavia hanno la medesima struttura di quelli proteici (carbonio chirale ecc.). La glicina è l’amminoacido più semplice ed è l’unico a non presentare un carbonio chirale in quanto lega a due atomi di H. Gli amminoacidi possono essere anche distinti in base alla catena laterale R in: Alifatici, catena costituita da atomi di C e H. Aromatici, catena costituita da un anello benzenico. Eterociclici, catena costituita da un anello eterociclico. Gli amminoacidi alifatici presentano vari sottogruppi tra cui: Monoammino, monocarbossilici Monoammino, dicarbossilici Diammino, monocarbossilici Ossidrilati Solforati Un ulteriore classificazione può essere fatta in base a sé sulla catena laterale troviamo dei gruppi polari, non polari, carichi o non carichi. Tra quelli polari troviamo la Serina, la Cisteina ecc. e in questi la polarità è data dalla differenza di elettronegatività esistente tra carbonio e ossigeno. La Prolina è un amminoacido molto particolare in cui il gruppo amminico è inglobato nella catena laterale costituita da un anello a 5 atomi di carbonio e questo vedremo essere un aspetto fondamentale quando andrà a legarsi ad altri amminoacidi nel formare la struttura tridimensionale della proteina. Altri amminoacidi particolari sono la Selenocisteina e la Pirrolisina, che potrebbero essere considerati il 21 e il 22 amminoacido e che sono stati scoperti in degli enzimi batterici. In particolare, il primo lo ritroviamo in delle proteine antiossidanti quali le glutatione perossidasi o le tioredossina reduttasi implicate nella detossificazione dell’ambiente cellulare dai ROS (specie reattive dell’ossigeno). Tra gli amminoacidi postsintetici troviamo anche quelli fosfolirati (serina, treonina, tirosina ecc.) a cui è legato un gruppo fosfato in grado di modificare la struttura della proteina in maniera tale da attivare o inibire completamente quella che è la sua attività (un esempio è la trasduzione del segnale intracellulare, quando il segnale si attiva abbiamo l’attacco di un gruppo fosfato, spesso anche grazie all’azione di proteine specifiche, le chinasi, le quali legano il gruppo fosfatoa ad un'altra proteina, viceversa le fosfatasi rompono questo legame e sono implicate nel meccanismo di defosfolirazione). Il collagene è costituito in larga parte da 4-idrossiprolina e 5-idrossilisina, due amminoacidi post-sintetici in cui risulta fondamentale la presenza dei gruppi OH in quanto permettono la formazione di legami che tengono insieme la catena della proteina di collagene. La Desmosina è un amminoacido gigante che ci da l’idea di come queste modificazioni post- traduzionali sono fondamentali per determinare la struttura delle nostre proteine. Per quanto riguarda gli amminoacidi non proteici sono degli amminoacidi che non ritroviamo nelle nostre proteine ma non per questo sono meno importanti, tra questi troviamo l’Ornitina e la Citrullina implicate in vari processi quali il ciclo dell’urea, la sintesi di arginina, di ossido nitrico (un composto che media la vasodilatazione e che può essere anche un secondo messaggero utilizzato sia a livello intracellulare che tra cellule diverse per comunicare) e di intermedi del ciclo di Krebs. Tra questi amminoacidi troviamo anche la Ornocisteina, associata alla produzione di vitamine B6 e B12, ma anche la -Alanina, presente in moltissimi integratori utilizzati per supportare l’attività fisica e lo sforzo corporeo in quanto una volta assunta interagisce con un amminoacido proteico, l’Istidina per formare Carnosina, la cui sintesi è mediata dalla carnosina sintasi. Questo dimero formato da -alanina e istidina è in grado di tamponare l’acidità a livello muscolare, (spesso si da la colpa dei crampi muscolari dovuti ad un intensa attività fisica all’acido lattico, prodotto come scarto della glicolisi, ma il realtà quest’ultimo tende solo ad acidificare l’ambiente intracellulare delle cellule muscolari, nel quale abbiamo quindi una variazione di PH che compromette lo scorrimento dei filamenti di actina e miosina presenti in queste cellule e questo è il motivo per cui avvertiamo questi crampi. La carnosina in questa situazione agisce come tampone, tamponando gli ioni H+ dell’acido lattico e ci permette di accusare meno la fatica. Gli amminoacidi essenziali non sono solo quelli che possiamo assumere con la dieta (in quanto noi possiamo assumere tutti gli amminoacidi con l’alimentazione) bensì quelli che non siamo in grado di sintetizzare e di conseguenza assumiamo tramite gli alimenti. Ci sono infine diversi composti fisiologicamente importanti derivati da amminoacidi non proteici come la Serotonina, un neurotrasmettitore che deriva dal Triptofano una volta che quest’ultimo è stato idrossilato. Tra questi composti troviamo ad esempio anche l’Adrenalina, sintetizzata a partire dalla Tirosina, convertita prima in Dopamina e poi in Noradrenalina. Gli amminoacidi possono essere indicati tramite una sigla di 3 lettere (solitamente le prime del loro nome) oppure con una singola lettera.