le biomolecole: struttura e funzione

Didascalia alternativa:

I monosaccaridi Sono i carboidrati più semplici. La formula molecolare generale è CnH2nOn, dove n è un numero mai inferiore a 3 e spesso non superiore a 6. Si distinguono in base al numero di atomi di carbonio in: Pentosi, 5 atomi di carbonio Esosi, 6 atomi di carbonio proteine: 16% lipid: 13% carboidrati: 1% acqua: 65% sali minerali: 5% vitamine: tracce Gli aldosi possiedono un gruppo funzionale aldeidico, i chetosi uno chetonico. La gliceraldeide, lo zucchero più semplice L'aldoso più semplice è la gliceraldeide C3H6O3, della quale esistono due isomeri: D- gliceraldeide e L-gliceraldeide. Queste 2 molecole sono dette enantiometri, cioè l'una l'immagine speculare e non sovrapponibile dell'altra. Le formule di proiezione di Fisher Le lettere D (destro) e L (levo) che precedono il nome dello zucchero si riferiscono alla posizione del gruppo -OH sul secondo atomo di carbonio della gliceraldeide (C-2). Solo la D-gliceraldeide è utilizzata dagli organismi viventi; la L-gliceraldeide è una molecola biologicamente inerte. Il glucosio e gli altri monosaccaridi Solo i monosaccaridi della serie D sono rilevanti e si trovano negli organismi viventi. D-glucosio D-galattosio D-ribosio 2-desossiribosio Le molecole dei monosaccaridi della serie D sono quelle biologicamente rilevanti: esse presentano il gruppo -OH del centro stereogenico più lontano dal gruppo aldeidico (o chetonico) legato sulla destra. Tra i D-aldosi troviamo: Tra i D-chetosi: Monosaccaride D-ribosio D-desossiribosio D-glucosio D- galattosio D- fruttosio Gruppo aldeidico Fonti Dal glucosio Dal ribosio Centro stereogenico H-C-OH HO-C-H Da frutta, miele, idrolisi di saccarosio H-COH CH₂OH D-gliceraldeide H Diidrossiacetone D- fruttosio H-C-OH H-C-OH CH₂OH Da frutta e prodotto per idrolisi di saccarosio, lattosio, maltosio e amido. Da idrolisi del lattosio D-glucosio (aldoesoso) H Gruppi alcolici Gruppo aldeidico Nella serie D il gruppo -OH è legato a destra. O H HO-C-H CH₂OH L-gliceraldeide O H C H-C-OH HO-C-H HO-C-H H-C-OH CH₂OH D-galattosio (aldoesoso) Funzione biochimica nell'uomo È in RNA, ATP, NAD+ e FAD. È in DNA È in sangue e cellule. Precursore di carboidrati e grassi Trasformato in glucosio e metabolizzato in fegato. Costituisce lattosio in latte materno Metabolizzato in fegato. Le strutture cicliche dei monosaccaridi in soluzione In soluzione acquosa, i monosaccaridi pentosi ed esosi formano delle strutture cicliche chiamate emiacetali, che si ottengono quando un gruppo aldeico reagisce con un gruppo alcolico nella reazione di addizione nucleofila Le formule di proiezione di Haworth In esse l'anello si disegna come se fosse piano e leggermente inclinato. Gli atomi di carbonio che costituiscono l'anello non sono espressamente indicati con la lettera C. L'atomo di carbonio C-6 è fuori dell'anello. O H H-C-OH но-с-н H-C-OH H-C-OH 6CH₂OH H = 4C HO CH₂OH 5C-OH H OH H H H T C OH O H a-d-glucosio (-OH disposto sotto il piano dell'anello, in trans rispetto al gruppo CH₂OH legato al C-5) B-d-glucosio (-OH disposto sopra il piano dell'anello, in cis rispetto al gruppo CH₂OH legato al C-5) HO CH₂OH H OH H H O H I/H 4 HO OH L'anomeria La formazione dell'emiacetale e la chiusura dell'anello danno origine a due nuovi isomeri ottici gli anomeri, in equilibrio fra loro. Nel caso del D-glucosio si hanno 2 anomeri: CH₂OH 31 OH HE √₁ OH H O H Gli atomi di carbonio si dispongono in senso orario a partire dal C-1 che è a destra nella formula; l'ossigeno a ponte fra C-1 e C-5 è in alto a destra e i sostituenti stanno sopra o sotto il piano dell'anello. H VOH 72 OH t H HO CH₂OH H OH H H OH VH OH a-D-glucosio B-D-glucosio Le strutture cicliche dei monosaccaridi possono essere a 5 atomi (furanosi) o a 6 (piranosi). 4- Il legame 0- glicosidico e i disaccaridi Il legame fra alcune molecole di monosaccaridi porta alla formazione degli oligosaccaridi. Tra questi, i disaccaridi derivano dall'unione di 2 monosaccaridi attraverso una reazione di condensazione, detta acetalizzazione, di un ossidrile anomerico di un monosaccaride con uno dell'altro. Un disaccaride è un acetale in cui il gruppo -OH anomerico è costituito da un gruppo -OR. Il legame glicosidico è indicato con la posizione degli atomi di carbonio delle due molecole che si uniscono: carbonio 1 di primo zucchero e il carbonio 4 del secondo zucchero. Gli oligosaccaridi più diffusi in natura sono maltosio, saccarosio e lattosio. 5- 1 polisaccaridi con funzione di riserva energetica La formazione dei polisaccaridi avviene tramite l'unione di legami glicosidici di numerose molecole di monosaccaridi, classificati in: omopolisaccaridi, costituiti dalla ripetizione di un solo tipo di monosaccaride eteropolisaccaridi contengono, invece, due o più tipi diversi di monosaccaride Si classificano anche in base alle ramificazioni nelle loro molecole: a catena ramificata o lineare. L'amido È il più importante polisaccaride di riserva e si trova in cereali, patate e legumi, assumendo una notevole importanza alimentare per l'uomo. È costituito da amilosio e amilopectina. L'amido è un omopolisaccaride costituito da unità di a-D-glucosio legate fra loro con legami a 1,4- glicosidici in presenza di ramificazioni (legami a 1,6-glicosidici, ogni 25-30 unità) Il glicogeno, un polisaccaride di riserva di origine animale Nel mondo animale è l'analogo dell'amido e si torva nel citoplasma. Il glicogeno di organismi animali è un polimero di a-D-glucosio: la molecola è molto più ramificata dell'amilopectina e forma una struttura di tipo globulare In caso di abbondanza energetica, il glicogeno viene sintetizzato a partire dal glucosio e s accumula; in condizioni di deficit energetico, esso viene demolito a glucosio. La sintesi e la demolizione del glicogeno sono regolati dagli ormoni pancreatici insulina e glucagone. 6- I polisaccaridi con funzione strutturale La cellulosa È il principale costituente della parete delle cellule vegetali. La cellulosa è un omopolisaccaride insolubile costituito da numerose unità di B-D-glucosio unite fra loro con legami B1,4-glicosidici a formare catene lineari, prive di ramificazioni. CH₂OH OH CH₂OH OH OH OH CH₂OH Legami B1,4-glicosidici OH Svolgono importanti funzioni nel mondo vivente. OH Funzione di isolante termico OH I legami B-glicosidici della cellulosa non possono essere idrolizzati dai succhi digestivi del nostro organismo e il polisaccaride è pertanto indigeribile. Sono digeribili però dagli erbivori. La chitina È un importante omopolisaccaride a funzione strutturale che forma l'esoscheletro di crostacei, insetti e la parete cellulare di alcuni funghi 7- I lipidi I lipidi sono un gruppo eterogeneo di sostanze che hanno in comune la caratteristica di essere insolubili in acqua e solubili in solventi organici apolari come etere, cloroformio e cicloesano. Precursori di ormoni e molecole segnale CH₂OH OH Funzione di riserva LIPIDI Precursori di vitamine Funzione strutturale Trasmissione dello stimolo nervoso La loro eterogeneità strutturale rende necessaria una loro classificazione in lipidi semplici e lipidi complessi; alcune molecole possono poi essere precursori o derivati lipidici. Possono essere ulteriormente divisi in lipidi saponificabili e non saponificabili (in grado di dare saponi). 8- I precursori lipidici: gli acidi grassi Sono una classe di composti organici che partecipa alla formazione di molecole con importanti funzioni negli organismi viventi. Gli acidi carbossilici che possiedono quattro o più atomi di carbonio sono detti acidi grassi. Quelli più diffusi in natura sono provvisti di una lunga catena costituita da almeno 12 atomi di carbonio e hanno formula generale R-COOH, dove R contiene più di 11 atomi di carbonio. 16 atomi di carbonio 18 atomi di carbonio La catena R può essere satura o insatura. Gli acidi grassi con due o più doppi legami sono noti come acidi grassi polinsaturi. L'acido palmitico non ha doppi legami: è un acido saturo. OMEGA 3 Acido Alfa-linoleico, ALA, utile per il controllo del colesterolo e per regolarne i livelli nel sangue. Acido eicosapentaenoico, EPA, che supporta le funzioni cardiache e vascolari. Acido decosaesaenoico, DHA, che protegge il cuore, i vasi sanguigni e il cervello, presente anche nel latte materno e indispensabile per la corretta crescita del neonato. 10 Tra i cibi più ricchi di questi grassi essenziali si annoverano: pesci grassi come salmone, aringhe, trota, tonno e sardine, frutta secca e semi, olio d'oliva e di soia. Acido palmitico 9 Gli acidi grassi saturi sono provvisti di una catena in cui gli atomi di carbonio si legano fra loro mediante legami singoli. Le catene degli acidi grassi insaturi contengono uno o più doppi legami. Acido oleico L'acido oleico ha un doppio legame «cis>> sul C-9: è un acido insaturo. Gli acidi grassi che prendono parte della formazione dei lipidi hanno catene formate da un numero pari di atomi di carbonio e una struttura lineare. Gli omega 3 e omega 6 Sono considerati grassi polinsaturi essenziali per sostenere tante funzioni basilari del nostro organismo, soprattutto a livello metabolico ma anche immunitario, cerebrale e cardiovascolare. La maggior parte di questi grassi non siamo in grado di sintetizzarli pertanto dobbiamo assumerli attraverso l'alimentazione e l'integrazione. Una loro carenza può comportare danni anche ingenti. OH OH OMEGA 6 Si suddividono in due grandi categorie, quelli derivati dall'acido linoleico e quelli derivati dall'acido gamma- linoleico. Sono fondamentali per: supportare il sistema immunitario e renderlo più forte; regolarizzare il metabolismo dei grassi; contenere i livelli di colesterolo; preservare la salute di vene, arterie e capillari; incrementare il turn-over cellulare e contribuire al mantenimento dell'idratazione e della giovinezza di pelle e capelli; rinforzare ossa, denti e unghie; proteggere le cartilagini e mantenerne l'elasticità; rallentare il processo ossidativo, che è il responsabile dell'invecchiamento; stimolare le funzioni cerebrali soprattutto la memoria. Gli Omega 6 sono contenuti più o meno negli stessi alimenti che contengono Omega 3 perché, come vedremo, questi due acidi grassi vanno assunti insieme per poter espletare tutti i loro effetti benefici. Quindi le migliori fonti di Omega 6 sono: pesce, alghe, uova, frutta secca, semi e oli. 9- I trigliceridi I trigliceridi sono la principale riserva energetica degli organismi viventi, sono anche i costituenti del tessuto adiposo degli animali, dove sono presenti in forma di grassi, e dei depositi lipidici delle piante, in cui prendono il nome di oli. Una molecola di glicerolo lega tre molecole di acido grasso attraverso reazioni di Glicerolo CH₂-CH-CH₂ CH₂ ÓH OH ОН ОН ОН QH O=C O=C 3H₂O = f {}}-{]} Esterificazione Acido Acido Acido palmitico oleico stearico esterificazione in cui vengono eliminate tre molecole di acqua. I trigliceridi sono una famiglia di molecole molto simili che differiscono per il tipo di acido grasso legato. CH₂-O-C-R O CH-0-C-R' + 3 NaOH (o KOH) O CH₂-O-C-R' Trigliceride I grassi animali, che si trovano allo stato solido a temperatura ambiente, sono ricchi di acidi grassi saturi; negli oli vegetali, che si presentano liquidi a temperatura ambiente, predominano gli acidi grassi insaturi. La reazione di saponificazione Il trattamento a caldo di una miscela di grassi o oli con una soluzione concentrata di NaOH o KOH dà luogo ad una reazione di Idrossido di sodio (o di potassio) a caldo I fosfogliceridi contengono uno scheletro costituito dal glicerolo con 2 molecole di acido grasso esterificate sui primi 2 atomi di carbonio. Il glicerolo si esterifica in terza posizione anche un gruppo fosfato, legato a sua volta a un gruppo X (di natura ionica o polare). Trigliceride saponificazione in cui si formano saponi. Le molecole di sapone sono anfipatiche: a questa loro caratteristica si deve il loro potere detergente. La reazione di idrogenazione degli oli vegetali Gli oli vegetali possono essere trasformati in sostanze solide, dette margarine, attraverso l'addizione di atomi di idrogeno ai doppi legami (reazione di idrogenazione). Nell'industria questo processo è alla base della produzione di prodotti alimentari che possono sostituire il burro animale. 10- I lipidi con funzione strutturale: i fosfogliceridi I lipidi svolgono all'interno dell'organismo anche un importante ruolo strutturale e sono tra i principali componenti delle membrane cellulari. Glicerolo CH₂-OH O CH-OH + 3 R-C-ONa (o K) CH₂-OH gomm O O H-O-P-O-CH₂ 0 Testa idrofila Saponi CH₂-O-C-R O CH-0-C-R' C=O L'acido fosfatico è il fosfogliceride più semplice. Da esso possono derivare altre molecole di fosfogliceridi più complessi, come la lecitina o la cefalina. Code idrofobiche Acido fosfatidico I fosfogliceridi formano membrane cellulari Le molecole dei fosfogliceridi hanno doppia natura: In prossimità del gruppo fosfato la molecola è polare (testa idrofila) Nella regione dei 2 acidi grassi la molecola è apolare (code idrofobiche) Le molecole con questa caratteristica sono dette anfipatiche e tendono a formare doppi strati quando si trovano a contatto con l'acqua. Le teste idrofile si orientano verso il solvente acquoso. Le code idrofobiche si giustappongono l'una all'altra per formare la porzione interna del doppio strato. I fosfogliceridi sono molecole anfipatiche provviste di una porzione polare (testa idrofila), in prossimità del gruppo fosfato e del gruppo X, e di una porzione apolare (code idrofobiche), in corrispondenza degli acidi grassi. Queste proprietà dei fanno dei fosfogliceridi i principali costituenti delle membrane biologiche, formate da un doppio strato fosfolipidico. 11- I terpeni, gli steroli e gli steroidi I terpeni sono derivati dell'isoprene I terpeni sono un gruppo di lipidi non saponificabili che derivano dal 2-metil-1, 3-butadiene, noto come isoprene. I terpeni hanno un odore intenso e sono usati dalle piante per difendersi dai predatori. Il colesterolo Gli steroidi sono un gruppo di lipidi non saponificabili che presentano la struttura di base dell'idrocarburo policiclico saturo ciclopentanoperidrofenatrene. Lo sterolo più abbondante nei tessuti animali è il colesterolo. Il colesterolo è un composto di 27 atomi di carbonio, in cui l'anello D della struttura a 4 anelli è legata una catena alchilica. Il colesterolo è assunto con alimenti, ma è anche prodotto dal fegato in modo controllato per assicurarne la disponibilità ottimale ai vari tessuti. È un costituente fondamentale nelle membrane cellulari, nelle quali regola la fluidità: Alla temperatura corporea la struttura della molecola conferisce alla membrana cellulare la compattezza necessaria allo svolgimento delle sue funzioni Alle basse temperature, il colesterolo impedisce che la membrana si cristallizzi, perdendo la propria funzionalità. È anche un precursore della vitamina D, di ormoni steroidei, che regolano diverse attività fisiologiche e biochimiche, e di sali biliari, sostanze anfipatiche che nel fegato costituiscono la bile. In patologia concorre alla formazione dei calcoli biliari e degli ateromi. La concentrazione di tale sostanza nel sangue è detta colesterolemia; poiché nel sangue il colesterolo è contenuto nelle lipoproteine plasmatiche, si usa, in termini più precisi, far riferimento al colesterolo plasmatico totale, al colesterolo LDL (colesterolo cattivo), al colesterolo HDL (colesterolo buono). Le vitamine liposolubili Si definiscono vitamine tutte le sostanze organiche necessarie all'organismo in piccole quantità, che nella maggior parte dei casi devono essere assunte attraverso la dieta perché non possono essere sintetizzate dall'organismo stesso (sostanze essenziali). In caso si deficit si assumono sottoforma di integratori alimentari. Sono classificabili in: 12- Vitamine idrosolubili: svolgono un ruolo chiave come cofattori nella catalisi enzimatica Vitamine liposolubili: sono A, D, E, K e regolano i processi fisiologici fondamentali nell'organismo umano. Sia la carenza che l'eccessivo uso di vitamine sono dannose per la salute. Le vitamine liposolubili sono sostanze difficilmente eliminabili dall'organismo per la loro ridotta solubilità nei liquidi fisiologici. 13- Gli ormoni lipofili Gli ormoni sono molecole organiche prodotte dalle ghiandole endocrine del nostro organismo che si riversano nel sangue e agiscono legandosi a specifici recettori posti su cellule bersaglio. Mineralocorticoidi: aldosterone Agiscono come messaggeri chimici e sono implicati nella risposta dell'organismo a stimoli provenienti sia internamente che esternamente al corpo. Gran parte degli ormoni sono molecole idrofile derivate da proteine o amminoacidi. Fanno eccezione gli ormoni tiroidei e quelli prodotti dalla corticale del surrene e dalle gonadi che sono molecole lipofile. Alcuni di questi ormoni sono derivati del colesterolo e vengono classificati come derivati lipidici (ormoni steroide). Un esempio di ormone steroideo è il cortisolo, ed è implicato nella regolazione del metabolismo glicidico. Dal cortisolo derivano numerosi farmaci ad azione antinfiammatoria. 14- Le proteine Le proteine appartengono a una vasta famiglia di biomolecole diffuse in tutti organismi viventi e nei virus. Sono presenti in tutte le cellule e nell'ambiente extracellulare. Tra tutte le biomolecole, le proteine sono le uniche a possedere una gamma ampia di funzioni diverse negli esseri viventi. Funzione contrattile Funzione strutturale Glucocorticoidi: cortisolo, cortisone Androgeni: androstenedione, testosterone, diidrotestosterone Progestinici ed Estrogeni: estradiolo, estrone, estriolo, progesterone Funzione di segnalazione PROTEINE Funzione di trasporto Funzione catalitica Funzione di difesa Diversi tipi di proteine Le proteine sono costituite da unità strutturali di base chiamate amminoacidi che si legano fra loro a formare catene polipeptidiche. Le proteine costituite esclusivamente dalla componente polipeptidica sono definite proteine semplici Alcuni esempi sono le albumine nel sangue e la cheratina nella pelle. A volte le catene polipeptidiche sono associate a molecole organiche o ioni metallici che consentono lo svolgimento della funzione specifica. Quando queste sostanze sono legate alla catena polipeptidica vengono dette gruppi prostetici. Le proteine in cui sono presenti gruppi prostetici di varia natura si chiamano proteine coniugate. Un esempio è l'emoglobina nel sangue. A B C Le proteine sono classificate anche in base alla forma, ottimizzata per le funzioni da svolgere: Proteine fibrose: svolgono funzioni strutturali (cheratina) Proteine globulari: svolgono la loro azione in soluzione (mioglobina) Proteine di membrana: sono immerse nel doppio strato fosfolipidico e possiedono caratteristiche specifiche. 15- Gli amminoacidi Gli amminoacidi sono molecole organiche bifunzionali che presentano un gruppo carbossilico (– COOH) e un gruppo amminico (-NH2). Sono stati trovati oltre 500 amminoacidi natura. Gli amminoacidi che prendono parte alla formazione delle proteine sono venti; i due gruppi funzionali di ciascun amminoacido sono legati allo stesso atomo di carbonio e sono detti a-amminoacidi. La parte evidenziata della formula è comune a tutti gli a-amminoacidi. Differiscono fra loro solo per la natura chimica del gruppo R, che viene chiamata catena laterale. NH COOH Gli a-amminoacidi delle proteine sono molecole chirali Ad eccezione della glicina, tutti gli a-amminoacidi delle proteine mostrano quattro sostituenti diversi legati all'atomo di carbonio a che è quindi un centro stereogenico: ogni amminoacido esiste sotto forma di due isomeri ottici diversi (D e L). H₂N-C-H R carica +1 Gli a-amminoacidi presenti nelle proteine appartengono sempre alla serie L. Quelli appartenenti alla serie D hanno una rilevanza limitata in campo biologico e si possono trovare nei batteri. Le proprietà acido- base degli a-amminoacidi I gruppi funzionali -NH2 e -COOH sono ionizzabili e quindi sensibili al pH dell'ambiente. L'atomo di azoto del gruppo amminico può accettare un protone e trasformarsi in -NH3+; il gruppo carbossilico può cedere un protone e trasformarsi in -COO-. J H₂N-CH R COOH COO™ H₂N-C- R carica 0 芝 pH acido pH = pl Ogni amminoacido è caratterizzato da un punto isoelettrico (pl) che equivale al valore di pH in corrispondenza del quale l'amminoacido risulta essere elettricamente neutro. H₂N-C-H R carica -1 pH basico La classificazione strutturale degli a-amminoacidi I venti a-amminoacidi che costituiscono le proteine si classificano in base alle caratteristiche strutturali della loro catena laterale (R) che influenza in particolar modo la polarità della molecola: Polari Apolari Aromatici Apolari Alifatici Il primo amminoacido della catena è detto amminoterminale o N-terminale, l'ultimo è detto carbossiterminale o C-terminale. Ciascun amminoacido della catena è detto residuo. Amminoacidi Qualsiasi polipeptide presenta sempre una catena principale, costituita dalla successione di legami peptidici con le catene laterali disposte esternamente. 17- Catena laterale ionizzabile Amminoacidi acidi Gli amminoacidi essenziali Gli amminoacidi essenziali sono 8 e devono essere assunti con la dieta, perché non possono essere prodotti dall'organismo umano. Le proteine hanno un valore nutrizionale diverso in base al contenuto in amminoacidi essenziali: le proteine animali hanno un valore nutrizionale elevato, mentre quelle vegetali meno. Gli amminoacidi sono proteine piuttosto stabili. 16- Il legame peptidico In alcune condizioni, gli amminoacidi reagiscono fra loro per formare catene polipeptidiche mediante reazioni di polimerizzazione. Il gruppo carbossile di un amminoacido può reagire con il gruppo a- ammino di un secondo amminoacido con perdita di una molecola di acqua (reazione di condensazione). Con una reazione di condensazione, tra i 2 amminoacidi si forma un particolare tipo di legame ammidico chiamato legame peptidico. H₂N-C Gli oligopeptidi e i polipeptidi Dipeptidi, tripeptidi e tetrapeptidi sono esempi di oligopeptidi, brevi catene formate dall'unione di pochi amminoacidi (al massimo una decina). Quando gli amminoacidi aumentano di numero si parla di polipeptidi. Per convenzione, il gruppo ammino e il gruppo carbossile liberi alle 2 estremità della molecola sono considerati rispettivamente l'inizio e il termine della catena. CH₂OH H H Estremità amminoterminale Polari Amminoacidi basici Catena laterale non ionizzabile OH CH, CH, CH H CH₂ H CH₁ H CH₂ I -C-N- C-N-C -C-N-C COO O НО Н O HÖ Estremità carbossiterminale N-term - Ser - Gly - Tyr - Ala - Leu - C-term La struttura delle proteine Ogni proteina è costituita da una o più catene di amminoacidi. Ciascuna catena si diversifica dalle altre per il numero, il tipo e la sequenza degli amminoacidi che contiene. Le proteine condividono quattro livelli comuni di organizzazione strutturale. Queste conformazioni presentano una complessità crescente e prendono il nome di struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria. La struttura primaria La struttura primaria di una proteina è l'ordine con cui gli amminoacidi si susseguono nella catena polipeptidica. I gruppi funzionali di due amminoacidi reagiscono tra loro dando origine a un legame peptidico. L'ossatura di una catena polipeptidica è formata dalla successione regolare di -N-C-C-N-. H H Gruppo amminico Legame peptidico H Estremità N-terminale (H₂N) O La struttura quaternaria La maggior parte delle proteine è formata dall'associazione di due o più catene polipeptidiche unite tra di loro. H I-Z+-I H H₂O Gruppo carbossilico I-O- La struttura secondaria La struttura secondaria corrisponde alla formazione locale assunta a brevi tratti della catena polipeptidica ed è il livello più semplice di ripiegamento della catena a 3 dimensioni dello spazio. Le strutture secondarie più diffuse nelle proteine sono l'alfa-elica e il foglietto-beta. Estremità C-terminale (COO) La struttura terziaria La struttura terziaria di una proteina è la conformazione complessiva che si ottiene dal ripiegamento nello spazio tridimensionale dell'intera catena polipeptidica. I responsabili della struttura terziaria sono le interazioni tra i gruppi R. La struttura quaternaria delle proteine è data dalla combinazione di due o più catene polipeptidiche chiamate subunità. Le catene possono essere uguali o diverse. La denaturazione delle proteine La forma e le proprietà chimiche delle proteine determinano la loro funzione. L'alterazione della struttura tridimensionale di una proteina è detta denaturazione. La denaturazione è la perdita, da parte di una proteina, della struttura secondaria, terziaria e eventualmente quaternaria. Pur conservando quella primaria, la proteina perde completamente in modo irreversibile la propria attività biologica. 18- Le proteine che legano l'ossigeno: mioglobina ed emoglobina Mioglobina ed emoglobina sono due esempi di proteine globulari che svolgono il loro ruolo in soluzione. La mioglobina è una proteina monomerica, relativamente piccola, costituita da 153 amminoacidi, contenuta nelle cellule muscolari. All'interno della proteina trova spazio un gruppo eme Negli esseri umani adulti, l'emoglobina presenta due catene a (ognuna di 141 amminoacidi) e due catene B (ognuna di 146 amminoacidi). Ciascuna di queste catene lega un gruppo eme 19- Le proteine a funzione catalitica: gli enzimi Gli enzimi costituiscono una numerosa classe di proteine e giocano un ruolo essenziale in tutti gli organismi viventi. Gli enzimi sono proteine specializzate per la funzione catalitica e agiscono accelerando le reazioni chimiche. Hanno diverse proprietà: Sono straordinariamente efficienti Sono altamente specifici La catalisi enzimatica Il ciclo enzimatico si ripete migliaia di volte in secondi o frazione di secondi. Viene rappresentato attraverso l'equazione: E+ SES E+ P Il numero di turnover di un enzima è dato dalle moli di substrato che sono trasformate in prodotto da parte di una mole di enzima in un secondo e in condizioni di reazione ottimali 1. Il substrato (S) si combina in modo specifico e reversibile con il sito attivo dell'enzima (E), formando il complesso enzima-substrato (ES). prodotti Enzima 4. Il prodotto (P) si dissocia dall'enzima, che può iniziare un nuovo ciclo catalitico. Sito attivo 3. Grazie all'intervento di specifici gruppi funzionali presenti nel sito attivo, si attua la trasformazione del substrato nel prodotto. Enzima rottura del legame Enzima Prodotti - Sono modulabili - Agiscono in condizioni fisiologiche Substrato Complesso enzima-substrato (ES) 2. La formazione del complesso ES-attiva- il substrato: alcuni legami chimici presenti nella molecola diventano più reattivi e predispongono il substrato alla trasformazione. Uno dei meccanismi principali per controllare l'attività di un enzima consiste nel variare la disponibilità dei substrati. Altri meccanismi di regolazione sono: allosterismo, modificazioni covalenti e inibizione enzimatica. Gli inibitori sono divisi in irreversibili o reversibili. 20- Le vitamine idrosolubili e i coenzimi I cofattori sono ioni metallici o piccole molecole organiche non di natura proteica necessarie per l'attività catalitica di alcuni enzimi. 21- I nucleotidi II DNA e l'RNA, depositarie dell'informazione genetica, sono polimeri lineari che hanno come monomeri i nucleotidi. Un nucleotide è costituito dall'unione di tre specie chimiche L'attività enzimatica è la quantità di substrato che viene trasformata in prodotto nell'unità di tempo in condizioni di reazione ottimali Le vitamine idrosolubili Comprendono le vitamine del gruppo B e C. del gruppo B sono trasformate in derivati essenziali per la catalisi enzimatica e implicati in varia misura nei processi metabolici a carico di carboidrati, lipidi e amminoacidi la vitamina C svolge invece un'importante funzione antiossidante Fosfato O-P. -CH₂ O HV Purina o pirimidina H H H OH OH Pentoso Nei desossiribonucleotidi, il gruppo ossidrile in posizione 2' del ribosio (in rosso) è sostituito da un atomo di idrogeno. più semplici: una base azotata, una molecola di zucchero a cinque atomi di carbonio (ribosio o desossiribosio) e un gruppo fosfato. I nucleosidi e i loro derivati Un nucleoside è la molecola costituita da un pentoso e da una base azotata, ma priva del gruppo fosfato. La denominazione dei nucleotidi e dei derivati nucleosidici si basa sull'impiego di sigle a tre lettere: la prima lettera indica il tipo di nucleoside presente: A, adenosina; G, guanosina; C, citidina; T, timidina, U, uridina la seconda lettera indica il numero di gruppi fosfato: M (mono-) quando è presente un solo gruppo; D (di-) quando sono presenti due gruppi; T (tri-), per tre gruppi la terza lettera è sempre P, che sta per «<fosfato» (dall'inglese phosphate)