Glucidi: Struttura, Funzioni e Importanza nel Metabolismo, Dispense di Biochimica

Scarica Glucidi: Struttura, Funzioni e Importanza nel Metabolismo e più Dispense in PDF di Biochimica solo su Docsity! I CARBOIDRATI I carboidrati sono una classe di molecole contenenti Carbonio e sono fonte principale di energia. L'esempio più classico e più importante è il Glucosio (C6 H12 06), molecola fondamentale per il nostro metabolismo (esoso per la presenza di 6 atomi di C; riserva di energie nei muscoli e nelle cellule epatiche in forma di glicogeno; il suo isomero è il Fruttosio ha la stessa formula chimica ma la struttura diversa). I CARBOIDRATI POSSONO ESSERE CLASSIFICATI IN: -monosaccaridi: formati da unità singole, monomeriche di carboidrati: Li possiamo distinguere e prendono il nome in funzione degli atomi di carbonio che li caratterizzano, la più piccola molecola è formata da tre atomi di carbonio e prende il nome di TRIOSIO. Il triosio è la molecola spesso utilizzata nelle vie metaboliche (la glicolisi) come ad esempio la gliceraldeide che è un aldeide. | carboidrati, infatti possono essere caratterizzati oltre che dalla ripetizione degli atomi di carbonio legati a gruppi ossidrilici, funzioni alcoliche OH, possono anche essere legati a gruppi aldeidici o chetonici. La gliceraldeide, che costituisce col suo isomero(diidrossiacetonefosfato) un intermezzo della glicolisi, è importante per la formazione del glicerolo che è lo scheletro portante dei lipidi di membrana o dei trigliceridi. Quando sono formati da 4 atomi prendono il nome di Tetrosi, da 5 atomi di carbonio Pentosi, da 6 atomi di carbonio Esosi e infine da 7 atomi di carbonio Eptosi. Fino agli Eptosi sono quelli che possiamo trovare nel nostro organismo e nei vari processi metabolici, ad esempio il Sedeptulosio si formerà durante la via dei pentosi fosfati, via importante del metabolismo glucidico perché darà il potenziale riducente per la sintesi degli acidi grassi. Monosaccaridi possono essere classificati come ah IC ala )( isomeri J( Fecei Î( Enentiomen _) se contengono un e contengono n se Fermo % se Sono Ù Siuenoa gaia ruppo.cì chetonico } immagini sulari toa ehimica | [18 configurazione Pe specifico atomo possono diventare ciclici formando un Y Y dicabono possono unirsi formando Carbonio anomerico } contiene un (Gruppo ossidrilico] può __ (Unito covalentemente] t reattivo ‘essere | a un’altra molecola Disaccaridi se si classifica come Per esempio Y Saccarosio = Non è unito a Legame N-glicosidico } glucosio + fruttosio un’altra molecola Legame O-glicosidico alattosio + glucosio altosio lo zucchero si classifica come — se unito a un seunitoaun | glucosio + glucosio a ruppe NEL oligosiccaridi riducente Gruppo OH C Polisaccaridi ) possono essere î A tf Y Lineari Ramificati (Per esempio l'amilosio) [Per esempio il glicogeno) -disaccaridi: formati da 2 unità monosaccaridiche uguali . L'esempio classico è il Lattosio che è costituito da galattosio+glucosio formando un legame in posizione beta, mentre nel Maltosio e nel Saccarosio i legami si trovano in posizione alpha. -oligosaccaridi: formati da un massimo di 10 unità monosaccaridiche diverse -polisaccaridi: formati da un numero di unità monosaccaridiche superiore a 10. I polisaccaridi a loro volta possono essere lineari o ramificati e svolgono una funzione prettamente di riserva energetica. L'esempio più famoso è quello del Glicogeno, è un polisaccaride ramificato ed è depositato nel fegato e nei muscoli. Un altro esempio comune è l’Amido che è costituito da amilosio+ amilopectina (formati da glucosio) /egati da legami alpha(1-4) e ramificazione alpha (1-6) ogni 23-30 residui. Nomi generici Esempi 3 atomi di carbonio: triosi Gliceraldeide 4 atomi di carbonio: tetrosi Eritrosio 5 atomi di carbonio: pentosi Ribosio 6 atomi di carbonio: esosi Glucosio 7 atomi di carbonio: eptosi Sedoeptulosio 9 atomi di carbonio: nonosi Acido neuramminico Oltre ad essere fonte principale di energia, inoltre essi sono in grado di dare una funzione strutturale perché si trovano all’esterno della membrana citoplasmatica, nel versante extra- citoplasmatico, quindi rivolte nello spazio interstiziale. Svolgono anche funzione di comunicazione con altre cellule, poiché favoriscono il riconoscimento per alcune cellule che possiedono dei monosaccaridi, che permettono di differenziarsi tra loro. Per esempio i gruppi sanguigni AB e ABO, differiscono per unità monosaccaridiche modificate che conferiscono la caratteristica del gruppo sanguigno. I glucidi non solo sono formati da carboidrati, ma possono essere costituiti anche da altre macromolecole come i lipidi, quando sono collocati a livello di membrana, o possono essere coniugati alle proteine: le lipo-proteine. I carboidrati possono avere stessa formula bruta ma diversa struttura definiti ISOMERI. Per esempio il Glucosio ed il Fruttosio sono due isomeri poiché hanno la stessa formula bruta (C6 H12 06), però il Glucosio è caratterizzato dall'avere il gruppo aldeidico mentre il fruttosio è caratterizzato dall'avere il gruppo chetonico, dando così una diversa funzione a livello del metabolismo. Esistono però a sua volta gli EPIMERI cioè molecole che differiscono per l'orientamento di uno degli OH rispetto ad un carbonio. In generale i carboidrati possono divenire costituenti degli acidi nucleici legandosi alla base azotata e venendo fosforilati. Gli zuccheri che costituiscono gli acidi nucleici possono essere il DESOSSIRIBOSIO e il RIBOSIO, rispettivamente lo zucchero del DNA e del’RNA. La differenza tra i due è che lo zucchero del DNA perde l'ossigeno in posizione 2 e diventa deossiribosio. Possono anche subire delle modifiche. Per esempio delle riduzioni del gruppo aldeidico: trasformandosi in ALDITOLI (il glicerolo è un alditolo, formato dal gliceraldeide). Un'altra modifica è l'aggiunta e la sostituzione dell'ossigeno con l’azoto in posizione 2, formando un gruppo amminico, che porteranno alla formazione di alpha-D-Glucosammina —© di alpha-D- Glucosammina che sono le strutture che si ritrovano nel sistema del gruppo sanguigno sulla superfice dei globuli rossi a formare il sistema AB o ABO LE RAMIFICAZIONI Caratteristiche dei polisaccaridi di riserva, le ramificazioni sono importanti perché le masse delle catene lineari sono più compatte e abbiamo più punti da attacco sia per aggiungere molecole di glucosio sia per degradare. Perché se avessimo una sola catena per liberare il glucosio avremmo una sola estremità e il processo sarebbe molto più lento. Se invece abbiamo più ramificazioni, troveremo una molecola che si può gestire meglio nello spazio e avremo più punti di attacco per la fosforilasi ESTREMITA’ NON RIDUCENTE: non posseggono il carbonio libero ma si troverà in posizione 4. L’Amido, anch'esso polimero di glucosio, esiste in due forme: amilosio e amilopectina. Mentre il primo è costituito da una catena lineare, l’amilopectina è costituita da una struttura lineare di glucosio dalla quale si dipanano ramificazioni con legami alfa-1,6, ogni 30 unità di glucosio. Il glicogeno invece si differenzia poiché le sue ramificazioni sono più frequenti. GLI ETEROPOLISSACARIDI | glucosamminoglicani o mucopolisaccaridi : unione di più unità di ammino-zuccheri, sono una classe di etero polisaccaridi nati dall'unione di glucosaminoacidi. Un esempio di glicosamminoglicani è L’Eparina, un anticoagulante: sono molecole altamente cariche che si possono trovare nella matrice extracellulare. Per la loro struttura si trovano nel liquido sinoviale o nel muco, e in tutti i tessuti in cui è necessaria una lubrificazione per la loro caratteristica che hanno di attirare i liquidi. Quando i glicosaminoglicani si coniugano con le proteine si formano i Proteoglicani e si trovano ancorati nella membrana citoplasmatica e servono per la formazione di un citoscheletro. Le glicoproteine: proteina a livello di membrana + un carboidrato. Gli antigeni in superfice sono formati da galattosammina+ glucosammina. L’antigene 0 è formato da Galattosammina + Glucosammina + Fucosio; l’antigene A invece si forma per aggiunta di N-acetil-galattosammina alla struttura dell’antigene 0; nell’antigene B si sostituisce la Galattosammina all’ N-acetil-galattosammina. Ciò dimostra come gli amminozuccheri siano le molecole che contraddistinguono i gruppi sanguigni all’interno del nostro corpo. I LIPIDI: Diversamente dai carboidrati che possono trovarsi nel circolo sanguigno perché sono affini alle grassi sono infatti molecole anfipatiche poiché posseggono una testa con un gruppo carbossilico carico, che gli da la capacità di interagire nell'ambiente acquoso. Si distinguono in: -acidi grassi formati da: gruppo carbossilico e una catena idrocarburica (ripetizioni di gruppi metilici C3 C2 preso n volte) -trigliceridi o triacilgliceroli: formati da: tre acidi grassi che si legano al glicerolo. “fosfolipidi: divisi in sfingolipidi e glicerolipidi. Questi ultimi derivano dagli sfingolipidi+carboidrato. -glicolipidi : lipidi a cui è legato un carboidrato. -steroidi o steroli: il più famoso è il colesterolo. | trigliceridi: posseggono come scheletro portante le molecole di glicerolo (che si forma per riduzione dalla gliceraldeide). Sono molecole neutre e servono come deposito e si trovano nel tessuto adiposo. Nelle membrane NON troviamo trigliceridi ma fosfolipidi, che hanno la stessa struttura dei glicerofosfolipidi, ma hanno in posizione 3’ un gruppo fosfato che può essere variamente collegato ad altre molecole. Nei fosfolipidi di membrana troviamo anche gli sfingolipidi (in minor numero)e i glicolipidi. Gli sfingolipidi sono derivati dalla sfingosina, presentano una testa idrofila, affine all'acqua, per la presenza di un gruppo fosfato. La sfingosina presenta una lunga catena alifatica, un gruppo OHe un gruppo Amminico l’acido grasso si legato con questo e si forma lo sfingolipide. La sfingosina ha una lunga catena alifatica e possiede un gruppo amminico ed uno ossidrilico; al gruppo amminico si lega un acido grasso (es. Ceramide) mentre a quello ossidrilico si lega un fosfato che, a seconda di come viene coniugato, forma lo sfingolipide. I glicerolipidi possono essere formati o da un gruppi fosfati o possono essere modificati con la Membrana Gliceroto sostituzione di un gruppo amminico; essi presentano in posizione 2 un acido grasso insaturo, in posizione 1 un acido grasso saturo formando le code e in posizione 3 un gruppo fosfato che può essere o legato semplicemente un Idrogeno o un gruppo sostituente, formando la testa. Il loro scheletro portante è costituito da glicerolo. Fostolipide I lipidi servono sia come depositoli trigliceridi) , danno struttura perché costituiscono le membrane biologiche, possono essere degli ormoni per esempio gli ormoni steroidei che derivano dal colesterolo. Dai fosfolipidi di membrana si formano dei secondi messaggeri che sono il DAG e l’IP3: questi derivano dal fosfolipide fosfatidil-inositolo4,5 bifosfato che, con l’intervento dell'enzima fosfolipasi c, viene “tagliato” in un punto specifico, rilasciando IP3 (inositolo trifosfato) e il DAG (diacil- glicerolo) ACIDI GRASSI STEROIDI nc: “o TRIACILGLICEROLI q grop— -0-C-H 0 Ho î 9 CH 0-CA GLICOLIPIDI R FOSFOLIPII c-0 Q cHro-d SOA -0-C-H 0 . O-CHa-C-Cannnno CHa-O-P-0-CH,CHo N(CH3)a Carboidrato HH & Gli acidi grassi possono essere saturi o insaturi: saturi quando formano legami semplici dando stabilità alla molecola poiché le molecole sono più vicine tra loro, insaturi quando formano doppi legami dando fluidità alla molecola. Esterificazione: Aggiunta di una acido grasso (estere) ad un gruppo alcolico OH con la fuoriuscita di una molecola di acqua (reazione di condensazione) I doppi legami possono essere o in CIS o in TRANS a seconda di dove si trovano sul piano. Gli acidi grassi insaturi che vengono utilizzati nel nostro organismo sono i CIS, quelli in TRANS non li possiamo trovare in natura, ma si possono trovare solo nei cibi grassi industrializzati, i quali utilizzano l’IDROGENAZIONE. Ovvero l’aggiunta degli idrogeni negli acidi grassi insaturi, rompendo i doppi legami, portando alla isomerizzazione dei doppi legami passando da CIS a TRANS, il che conferisce una struttura più friabile. Passando da cis a trans però il nostro organismo non è capace di digerirli e lo facciamo grazie alle lipoproteine plasmatiche. Sono vescicole che viaggiano all’interno del nostro organismo trasportando acidi grassi sotto forma di trigliceridi e portando colesterolo. Sono proprio quest'ultime che differenziano il colesterolo buono da quello cattivo: LDL (cattivo)lipoproteine a bassa densità, perché possiedono un basso contenuto di proteine, e viene trasportato nei tessuti e le HDL (buone) ad alta densità, e viene trasportato dai tessuti al fegato, il fegato li metabolizza e serve per la sintesi degli ormoni steroidei. Una dieta a maggiore contenuto di acidi grassi con doppi legami trans determina un maggiore incremento dell’LDL rispetto alle HDL può causare la formazione dell’ateroma e dei trombi e causare problemi cardiovascolari. Il colesterolo inoltre noi siamo in grado di sintetizzarlo. attivo/passivo; confinerà in alcune regioni con altre cellule, perciò presenterà strutture che permetteranno l'interazione tra le due cellule. La membrana plasmatica è un doppio strato fosfolipidico (teste dei fosfolipidi polari, perciò rivolte verso l’esterno, code idrofobe perciò rivolte verso l'interno), le cui teste polari interagiranno con l’ambiente acquoso citoplasmatico ed extra-citoplasmatico. Oltre a fosfolipidi la membrana presenta: proteine che possono essere modificate per l'aggiunta o meno di carboidrati e che si dividono in ESTRINSECHE (quando sono incastonate nella membrana ma sono in contatto con solo ambiente citoplasmatico) o INTRINSECHE (quando attraversano la membrana e sono in contatto con ambiente citoplasmatico ed extra-citoplasmatico); altri lipidi che possono anch'essi essere modificati con l'aggiunta o meno di carboidrati; colesterolo. colesterolo citoscheletrici protéina proteina periferica integrale CITOPLASMA Un esempio di proteine intrinseche sono i recettori di membrana, di cui ne esistono vari tipi: la porzione più esterna sarà quella che capterà il segnale, seguirà una porzione ad alfa-elica che permette alla proteina di attraversare la porzione idrofoba della membrana, e terminerà con la parte citoplasmatica della proteina che trasdurrà il segnale nel citoplasma. Essendo la membrana plasmatica costituita internamente da acidi grassi saturi e insaturi presenterà degli spazi vuoti creatisi a causa delle code di acidi grassi insaturi che respingono gli acidi grassi saturi, rendendo più fluida la membrana. Il colesterolo ha il compito di inserirsi all’interno di questi spazi, irrigidendo la membrana, avvicinando gli acidi grassi tra loro, regalando stabilità meccanica e flessibilità alla cellula. La fluidità è anche influenzata dalla temperatura e dalla lunghezza delle catene di acidi grassi: più lunghe sono le catene, più la membrana è fluida. Altra caratteristica della membrana cellulare è quella di essere POLARIZZATA, poiché possiede internamente cariche negative. Ciò è dovuto alla differente composizione di particolari fosfolipidi che compongono lo strato interno del doppio foglietto ma che non compaiono sullo strato esterno (es. la FOSFATIDIL SERINA si trova sullo strato interno mente la FOSFATIDILCOLINA e la SFINGOMIELINA si trovano sul versante esterno ). La differenza di cariche tra l'interno e l'esterno della cellula è dato anche dalla diversa concentrazione di ioni come ad esempio il sodio (Na), concentrato maggiormente all’esterno; il potassio (K) e il cloro (CI) concentrati maggiormente all’interno. La membrana viene definita con un modello “a mosaico fluido” perché non è una struttura rigida, ma i fosfolipidi hanno la possibilità di muoversi al suo interno attraverso movimenti longitudinali (più frequenti) o attraverso movimenti flip-flop: i fosfolipidi, aiutati dalle FLIPPASI e FLOPPASI, hanno la possibilità di cambiare strato della membrana, passando da quello esterno a quello interno e viceversa. In alcuni casi il flip-flop ha funzione di segnalazione, come nel caso della fosfatidilserina che passa dal foglietto interno a quello esterno in caso di APOPTOSI aiutata da enzimi chiamati CASPASI, isolando la cellula e attirando i macrofagi. ‘atene oligosaccaridiche di una glicoproteina di fosfolipidi Proteina Proteina integrale Proteina periferica Proteina integralè (una sola elica legata covalentemente (molte eliche transmembrana) ai lipidi transmembrana) Modello a mosaico fluido della struttura della membrana. Le catene degli acidi grassi all’interno della membrana formano una regione idrofobica fluida. Le proteine integrali galleggiano in questo mare di lipidi, mantenute nella posizione corretta dalle interazioni idrofobiche tra le catene laterali dei loro residui amminoacidici non polari e le catene degli acidi grassi. Proteine e lipidi sono liberi di spostarsi lateralmente nel piano del doppio strato, mentre i movimenti da una faccia all'altra della membrana sono molto meno frequenti. | carboidrati legati ad alcuni lipidi e proteine della membrana plasmatica sono sempre esposti sulla faccia extracellulare della membrana. Le proteine che attraversano la membrana possono essere di diversi tipi: ® Proteine integrali: attraversano la membrana plasmatica ® Proteine periferiche: non attraversano il doppio strato ma si trovano su un solo versante citoplasmatico; molto spesso queste proteine funzionano da trasduttori di segnali inviati dal recettore (es. proteine G) Gicolipise Dlposaezaric Proteina integrale stica ° flgide Colesterolo Inoltre possono avere differenti funzioni: e Funzione enzimatica: con la possibilità di determinare una catena dii fosforilazioni ® Funzione di trasduzione di segnale ® Funzione di ancoraggio ad altre cellule ® Funzione di riconoscimento e Funzione di trasporto Il trasporto attraverso membrana funziona attraverso due meccanismi: L’endocitosi, nella quale la cellula assorbe materiale dall'esterno creando invaginazioni della membrana che poi si trasformeranno in vescicole; L’esocitosi, riguardante lo smistamento di ormoni, recettori che devono essere apposti alla membrana cellulare, trasportatori come le GLUT (enzimi indotti dall’insulina, permettono l’entrata del glucosio all’interno della cellula). La membrana plasmatica è semipermeabile, cioè permette il passaggio solo di determinate molecole, come l’acqua. Ciò rappresenta un problema poiché all’interno della cellula funziona il concetti di osmosi : se la cellula si trova in condizione ipotonica, per osmosi l’acqua passa dalla zona meno concentrata a quella più concentrata, gonfiando la cellula; la membrana è permeabile all'acqua, ai gas, molecole di piccole dimensioni; non è permeabile a molecole cariche e piccoli ioni, a causa della sua natura fosfolipidica. Ma poiché alcune molecole cariche sono indispensabili per la sopravvivenza della cellula, si ovvia al problema attraverso dei trasportatori. Il trasporto attraverso membrana si divide in: ® Attivo: l'energia per permettere il passaggio è data dall’ATP, poiché il passaggio delle molecole avviene contro gradiente di concentrazione ® Passivo: non necessita di energia, è a sua volta divisibile in: Diffusione facilitata (la molecola attraversa senza intoppi il doppio strato fosfolipidico); diffusione attraverso canali ionici (permettono il passaggio di ioni); diffusione facilitata da VETTORE (è il caso del glucosio). In tutti e tre questi tipi di trasporto la molecola passa secondo gradiente di concentrazione, perciò non c'è bisogno di energia.