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CARBOIDRATI
CARBOIDRATI
Le biomolecole formano la struttura delle cellule e sono i protagonisti del metabolismo cellulare Le biomolecole sono riconducibili a 4 classi principali:
1. Carboidrat i: hanno funzioni di riserva energetica e strutturali 2. Lipidi : sono una riserva energetica e hanno funzione strutturale 3. Proteine : svolgono ruoli biologici nel metabolismo cellulare 4. Acidi nucleici : rappresentano le biomolecole in cui sono codificati i geni sono responsabile della conservazione, trasmissione ed espressione dell’informazione ereditaria carboidrati o glucidi COSA SONO biomolecole monomeriche o polimeriche costituite da due gruppi idrossido (-OH) e da un M gruppo aldeidico (-CHO) o gruppo chetonico CLASSIFICAZIONE Monosaccaridi oligosaccaridi polisaccaride + acqua –H--> oligosaccaride + acqua –H--> monosaccaride polisaccaridi
Monosaccaridi COSA SONO: carboidrati che per idrolisi non sono suddivisibili in composti più semplici. CLASSIFICAZIONE: aldosi : il gruppo carbonile presente è aldeidico chetosi : il gruppo carbonile presente è chetonico
in base al numero di atomi di carbonio possono essere: triosi pentosi esosi eptosi
classificazione generale aldotetroso: monosaccaride con gruppo aldeidico e quattro atomi di carbonio
La chiralità: proiezioni di Fischer Le molecole dei monosaccaridi: hanno uno o più stereocentri (la gliceraldeide si presenta sottoforma di due enantiomeri: uno destrogiro, ( + ) [-OH a dx e lettera D], e l'altro levogiro, ( - )[-OH a sx e lettera L]) si presentano sottoforma di due o più enantiomeri sono molecole chirali.
Proiezioni di Fischer: Lo stereocentro è identificato dall’intersezione di due segmenti perpendicolari: orizzontale : evidenzia i gruppi sopra il piano del foglio verticale : evidenzia i gruppi sotto il piano del foglio Per rappresentare i monosaccaridi con le proiezioni di Fischer bisogna:
- mettere la catena carboniosa verticalmente con in alto il gruppo carbonile
- omettere il simbolo del carbonio che è uno stereocentro
- numerare i carboni dall’alto verso il basso Per rappresentare gli altri monosaccaridi: se lo stereocentro più lontano dal gruppo chetonico o aldeidico ha l’ossidrile a destra --> D se la configurazione del carbonio stereogeno più lontano dall’ossidrile a sinistra --> L
strutture cicliche dei monosaccaridi in acqua la struttura dei monosaccaridi è ciclica o emiacetalica. Il gruppo carbonile delle aldeidi e dei chetoni reagisce con il gruppo ossidrile degli alcoli per formare emiacetali. Nei monosaccaridi la reazione tra il gruppo carbonile e l’ossidrile conduce alla formazione di una struttura emiacetalica ciclica. Negli aldoesosi o aldosi l’anello è ottenuto per addizione nucleofila al gruppo ossidrile del C-5 al gruppo aldeidico del C-
Proiezioni di Haworth La forma ciclica degli aldosi è un anello esatomico ed eterociclico che si rappresenta con le proiezioni di Haworth: l’ossigeno è in alto a destra dell’anello gli atomi di carbonio sono numerati e disposti in senso orario a partire dal C-1 a destra gli ossidrili stanno sotto il piano dell’anello il gruppo terminale -CH2OH sta sopra negli aldoesosi D e sotto negli L la struttura ciclica degli aldoesosi, a causa della conformazione sp3, è a sedia
La ciclizzazione dei monosaccaridi porta alla formazione di un atomo di carbonio emiacetale: è chiamato carbonio anomerico perché determina la comparsa di 2 streoisomeri detti anomeri differiscono per la posizione del gruppo OH legato al carbonio anomerico nei D-monosaccaridi è verso il basso nell’anomero a, verso l’alto in quello b
reazioni dei monosaccaridi
riduzione La riduzione interessa il gruppo carbonile degli aldosi e dei chetosi nella forma aciclica: in presenza di un riducente il gruppo carbonile si riduce e si ottiene un poliolo detto alditolo la riduzione del D-glucosio forma il D-glucitolo quando la forma acilica si riduce l’equilibrio va a desta per trasformare il monosaccaride in poliolo
ossidazione L’ossidazione interessa il gruppo aldeidico degli aldosi nella forma acilica
LIPIDI
LIPIDI --> composti chimicamente eterogenei per struttura e proprietà. Insolubili in acqua e solubili in solventi organici apolari
Saponificabili e non saponificabili
saponificabili --> trigliceridi, fosfolipidi e glicolipidi. Le molecole contengono acidi grassi e in soluzione basica formano i sali corrispondenti non saponificabili --> steroidi e vitamine liposolubili. Non contengono acidi grassi e per idrolisi basica non formano i Sali corrispondenti
i trigliceridi sono triesteri del glicerolo ruoli dei trigliceridi: riserva energetica formano il tessuto adiposo negli animali che protegge dal freddo veicolo per l’assorbimento delle vitamine liposolubili
triesteri del glicerolo: si formano dalla reazione di esterificazione tra una molecola di glicerolo e 3 molecole di acidi grassi. La reazione è una sostituzione nucleofila acilica con sostituzione di 3 molecole di acqua e formazione di 3 legami esterei.
Distinzione tra grassi e oli: grassi: sono costituiti da acidi grassi saturi e sono allo stato solido oli: sono costituiti da acidi grassi saturi e sono allo stato liquido
il diverso stato dei grassi e degli oli dipende dalla saturazione o insaturazione degli acidi grassi. Gli acidi grassi saturi hanno conformazioni lineari e quindi possono addensarsi in modo ordinato. Le molecole di acidi grassi insaturi non si possono allineare e determinano un addensamento disordinato. L’acido linoleico e linolenico sono detti acidi grassi essenziali perché l’organismo non è in grado di sintetizzarli.
Reazione dei trigliceridi
idrogenazione: processo di trasformazione degli oli in grassi vegetali solidi per l’addizione di idrogeno in presenza di un catalizzatore metallico ai doppi legami C-C degli acidi grassi insaturi idrolisi alcalina: avviene fornendo calore e in presenza di basi forti, il processo chiamato anche saponificazione, porta alla formazione di glicerolo e Sali di acidi grassi
azione detergente del sapone le molecole sono costituite da una lunga coda idrocarburica apolare e da una testa polare costituita dal gruppo carbossilato associato a uno ione Na o K
I fosfolipidi sono molecole anfipatiche i fosfolipidi sono i lipidi più abbondanti in natura Essendo i principali componenti delle membrane cellulari selezionano il passaggio di ioni e molecole attraverso di essa Derivano dall’esterificazione di 2 gruppi alcolici del glicerolo con acidi grassi e dall’esterificazione del terzo gruppo alcolico con l’acido fosforico, a sua volta legato da un altro legame estere a un aminoalcol Gli aminoalcol più comuni sono l’etanoloammina e la colina Le molecole dei fosfolipidi sono caratterizzate dalla presenza di una testa polare idrofila ed ha una doppia coda apolare idrofobica Le molecole dei fosfolipidi sono dette anfipatiche I fosfolipidi si dispongono con le code idrofobiche verso l’interno della membrana e con le teste idrofile verso l’interno e verso l’esterno della cellula
I glicolipidi sono recettori molecolari
i glicolipidi sono costituenti della superficie esterna della membrana cellulare in particolare delle cellule del tessuto nervoso e dei globuli rossi dove svolgono la funzione di recettori molecolari I globuli rossi sono responsabili della specificità dei gruppi sanguigni I glicolipidi sono formati da una molecola di aminoalcol alla quale si legano un acido grasso e un monosaccaride, generalmente costituito da glucosio o galattosio
Steroidi: colesterolo, acidi biliari e ormoni steroidei
Steroidi--> Composti che derivano da un idrocarburo policiclico formato da 4 anelli condensati, lo sterano Colesterolo E lo steroide più abbondante nei tessuti animali È un composto la cui molecola presenta un gruppo alcolico -OH, un doppio legame, una catena alifatica e 2 sostituenti metilici È un costituente delle membrane cellulari È un costituente della mielina È il componente delle lipoproteine nel sangue le lipoproteine sono classificate in base alla loro densità e le più importanti sono:
- le lipoproteine a bassa densità che trasportano il colesterolo sintetizzato dal fegato alle cellule dei tessuti
- Le lipoproteine ad alta densità che prelevano il colesterolo in eccesso presente nelle cellule dei tessuti e lo trasportano al fegato Quando il colesterolo nel sangue è presente in eccesso si deposita nelle arterie determinando la rigidità e l’inspessimento delle pareti le fonti principali del colesterolo sono 2:
- Quello contenuto nella dieta
- Quello sintetizzato dall’organismo nel metabolismo dei carboidrati, dei lipidi e degli aminoacidi Il colesterolo è il precursore degli acidi biliari e della vitamina D
Acidi biliari
AMMINOACIDI E PROTEINE
Negli aminoacidi sono presenti i gruppi amminico e carbossilico
Amminoacidi Sono i monomeri costituenti le proteine Sono composti bifunzionali contenenti il gruppo funzionale carbossilico e il gruppo funzionale aminico I 2 gruppi funzionali possono essere legati allo stesso atomo di carbonio o atomi di carbonio diversi Si rappresentano con una formula generale definita da un atomo di carbonio centrale a cui sono collegati un atomo di idrogeno, un gruppo amminico, un gruppo carbossilico e un gruppo atomico Gli amminoacidi presenti negli organismi viventi sono tutti Alfa aminoacidi
Proteine Sono sintetizzate dal DNA Funzioni:
- strutturale
- enzimatica
- di trasporto
Chiralità amminoacidi L’atomo di carbonio Alfa essendo legato a 4 gruppi atomici diversi è una stereocentro Gli Alpha aminoacidi sono molecole chirali che si presentano sotto forma di 2 enantiomeri Anche gli alfa aminoacidi possono essere rappresentati con le proiezioni di Fischer Tutti gli aminoacidi Anna la configurazione L Gli l-alfa-aminoacidi che costituiscono le proteine sono 20 di cui 8 essenziali
Nomenclatura e classificazione amminoacidi Gli amminoacidi naturali sono denominati con un nome comune I 5 amminoacidi con catene laterali dotate di carica elettrica attraggono l’acqua e gli ioni aventi carica opposta I 5 aminoacidi con catene laterali polari hanno la tendenza a formare legami a idrogeno con l’acqua e con altre sostanze polari o dotate di carica elettrica, sono idrofili 7 aminoacidi hanno catene laterali costituite da idrocarburi apolari, pertanto sono idrofobici La catena laterale della glicina è un atomo di idrogeno. È così piccola da incastrarsi nei ristretti spazi liberi all’interno di una proteina Il gruppo R della cisteina ha un gruppo terminale -SH e può reagire con la catena laterale di un’altra unità di cisteina, formando un legame covalente tra i 2 atomi di zolfo detto ponte disolfuro La prolina presenta un gruppo amminico modificato che forma un legame covalente con un carbonio della catena laterale generando una struttura ad anello, si trova nei gomiti di una proteina
Struttura ionica dipolare degli aminoacidi negli aminoacidi il gruppo carbossilico comportandosi da acido cede uno iode H al gruppo amminico che lo accetta trasformandosi nello ione NH Si forma uno ione dipolare ovvero uno ione con 2 cariche opposte che si trovano su 2 gruppi funzionali diversi Proprietà fisiche e chimiche degli amminoacidi
Proprietà fisiche: Stato solido cristallino Alti punti di fusione Solubilità in acqua ma non in solventi apolari
Proprietà chimiche: Comportamento anfotero--> possono reagire sia con acidi che con basi In una soluzione basica si comportano da acidi cedendo un protone H e trasformandosi in un anione con carica elettrica - In una soluzione acida si comportano da basi accettando un protone H e trasformandosi in un catione con carica elettrica +
La carica di un amminoacido è funzionale del PH della soluzione: Ad alti valori di PH (soluzione basica) la carica è negativa e l’amminoacido è presente nella forma anionica A bassi valori di PH (soluzione basica) la carica è positiva e l’amminoacido è presente nella forma cationica A un dato valore di PH, detto punto isoelettrico l’amminoacido ha una forma ionica dipolare e carica complessiva uguale a zero
I peptidi sono i polimeri degli aminoacidi
Peptidi--> sono biopolimeri costituiti da 2 o più aminoacidi uguali o diversi uniti da un legame ammidico chiamato legame peptidico
Legame peptidico Si stabilisce tra il carbonio del gruppo carbossilico di un amminoacido e l’azoto nel gruppo amminico di un altro aminoacido Si rappresenta con un legame covalente ma ha una lunghezza intermedia tra quella di un legame singolo e quella di un legame doppio Tale lunghezza di legame è giustificata dalla delocalizzazione del doppietto elettronico libero sull’atomo di azoto per effetto della risonanza il legame non puoi ruotare, sia ha disposizione planare La reazione tra 2 amminoacidi comporta l’eliminazione di una molecola di acqua e la formazione di un peptide Il peptide si scrive mettendo a sinistra l’amminoacido del gruppo amminico libero e a destra l’amminoacido con il gruppo carbossilico libero Un peptide costituito da 2 amminoacidi si chiama dipeptide
Formule dei peptidi Le formule dei peptidi si rappresentano con 3 lettere per ciascuno aminoacido Il numero degli esoneri aumenta all’aumentare del numero di aminoacidi che costituiscono il peptide Il numero n di peptidi che si possono ottenere con un numero emme di aminoacidi e dato dalla relazione n=123…..m I peptidi possono essere suddivisi negli amminoacidi costituenti con una reazione di idrolisi
Legame disolfuro
amminoacido successivo lungo la catena. Questo tipo di ripiegamento è favorito dalla presenza di gruppi R. Esempi sono la cheratina e l’elastina
2. Beta foglietto ripiegato: l’interazione tra più catene polipeptidiche disposte parallelamente l’una accanto all’altra. Questa interazione è stabilizzata tra legami a idrogeno tra i gruppi carbonilici e amminici. La planarità del legame peptidico fa si che le catene polipeptidiche abbiano un andamento a zig zag. Esempi sono la fibroina e le proteine ammiloidi.
Struttura terziaria Descrive la forma definitiva di una proteina stabilizzata da interazioni intramolecolari tra i gruppi r degli aminoacidi Deriva dalla disposizione nello spazio di eventuali tratti di struttura secondaria uniti da segmenti di connessione e ripiegati in modo da garantire alla proteina la massima stabilità Tutte le proteine hanno una struttura terziaria ma non tutte hanno elementi di struttura secondaria Esistono proteine natively unfolded che sono naturalmente prive di struttura ordinaria
Struttura quaternaria ne sono dotate solo le proteine che nella loro forma attiva sono costituite da più unità ne è un esempio l’emoglobina Denaturazione proteina i legami chimici responsabili della struttura secondaria, terziaria e quaternaria di una proteina sono deboli. Elementi che possono portare alla rottura dei legami: temperature elevate valori estremi di PH alterate concentrazioni ioniche solventi organici Quando una proteina, denaturandosi, forma nuovi legami intramolecolari e intermolecolari, il processo di denaturazione è irreversibile
NUCLEOTIDI E ACIDI NUCLEICI
I nucleotidi sono costituiti da uno zucchero, una base azotata e un gruppo fosfato Nucleotidi--> monomeri degli acidi nucleici, sono biopolimeri presenti nei sistemi viventi nei quali presiedono la trasmissione e l’espressione dei caratteri ereditari Sono costituiti da:
1. un monosaccaride a 5 atomi di carbonio in cui è presente il gruppo aldeidico che può essere il D-ribosio o il D-2-ribosio 2. una base eterociclica azotata costituita da uno o due anelli di atomi di carbonio e di azoto. Le basi azotate presenti negli acidi nucleici appartengono a due classi: pirimidine e purine. Pirimidine , citosina timina uracile, sono costituite da un anello esatomico. Purine , adenina guanina, sono formate da due anelli condensati, uno esatomico e uno pentatomico 3. gruppo fosfato con un gruppo di fosforo al centro che conferisce acidità
sintesi acidi nucleici avviene tramite condensazione il gruppo funzionale emiacetalico -OH legato all’atomo di carbonio-1’ di una molecola di zucchero può reagire con il gruppo amminico -NH in posizione 1 di una base azotata pirimidinica l’eliminazione di una molecola d’acqua forma un legame glicosidico e un composto, il nucleoside il gruppo ossidrile del carbonio-5’ dello zucchero del nucleoside può reagire con una molecola di acido fosforico si ha l’eliminazione di una molecola d’acqua e la formazione di un legame estereo che porta alla sintesi di un composto detto nucleotide il gruppo fosfato di un nucleotide può reagire con il gruppo ossidrile del carbonio-3’ dello zucchero di un altro nucleotide l’eliminazione di una molecola d’acqua forma un legame fosfodiestere di un composto chiamato dinucleotide Quando più nucleotidi si legano tra loro si forma un polinucleotide di un acido nucleico
nucleotidi--> esteri fosfati costituiti da una base azotata unita a uno zucchero aldopentoso legato a un gruppo fosfato mediante un legame estere il nome dei nucleotidi il nome dei nucleotidi monofosfato è costituito dal nome del nucleoside con la desinenza -ina seguita dal termine monofosfato i nucleotidi monofosfato vengono indicati con una sigla di 3 lettere:
1. tipo di base azotata (A, C, G, T, U) 2. numero di gruppo fosfato (M=mono=uno) 3. gruppo fosfato P acidi nucleici: acidi desossiribonucleici (DNA) e acidi ribonucleici (RNA) DNA (nucleo della cellula) 2-desossiribosio Adenina, citosina, guanina, timina RNA (citoplasma e ribosomi) Ribosio Adenina, citosina, guanina, uracile
