Chimica dei viventi, enzimi e biomolecole, Appunti di Biologia

Scarica Chimica dei viventi, enzimi e biomolecole e più Appunti in PDF di Biologia solo su Docsity! La chimica dei viventi Fondamenti di biologia L’acqua Ogni molecola d’acqua è formata da due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno, infatti la formula molecolare è H2O. Che tipo di legami si creano? Gli atomi di idrogeno sono legati all’atomo di ossigeno attraverso un legame covalente polare che rende la molecola d’acqua polarizzata. Ciò succede perché gli elettroni stanno più tempo intorno all’ossigeno, così facendo, l’ossigeno assume una carica parzialmente negativa; mentre l’idrogeno assume una carica parzialmente positiva. Tra le varie molecole ci sono anche altri tipi di legami, ovvero i legami a idrogeno, cioè interazioni deboli (dipolo-dipolo) che si instaurano tra un atomo di idrogeno di una molecola e un atomo di ossigeno di un’altra molecola, in quanto l’ossigeno ha una parziale carica negativa e l’idrogeno una parziale carica positiva. Tutto ciò avviene grazie alla delocalizzazione delle cariche all’interno della molecola. Perché l’acqua può essere un ottimo solvente? La polarizzazione delle molecole d’acqua fa si che l’acqua sia un ottimo solvente per le sostanze costituite da molecole polari, in quanto l’acqua può interagire in una maniera particolare, perché in entrambe le soluzioni si presenta delocalizzazione di cariche che creano nuovi ponti a idrogeno tra le molecole disciolte e le molecole d’acqua: la parte parzialmente positiva dell’acqua interagisce con la parte parzialmente negativa della molecola disciolta, perché è conveniente dal punto di vista energetico. Perché l’acqua può essere un pessimo solvente? L’acqua è un pessimo solvente per le sostanze apolari, in quanto si creano legami chiamati “interazioni idrofobiche” in base alla posizione delle molecole apolari se disciolte nell’acqua. Com’è la struttura delle molecole apolari? Le molecole apolari si raggruppano per cercare di rompere meno legami ad idrogeno possibili all’interno dell’acqua, perché cercano di raggiungere lo stato a minor energia possibile. Punti chiave o Formula molecolare: H2O o All’interno della molecola troviamo un legame covalente polare o Tra le varie molecole d’acqua si instaurano legami a idrogeno o All’interno della molecola c’è la delocalizzazione delle cariche, perciò sono molecole polarizzate o È un ottimo solvente per le sostanze polari e un pessimo solvente per le sostanze apolari con le quali interagisce solo tramite interazioni idrofobiche Gli enzimi Cosa sono? Sono catalizzatori biologici di natura proteica che servono a dare una “spinta” a quelle reazioni che, nel nostro organismo, avverrebbero troppo lentamente, abbassando l’energia di attivazione della reazione velocizzandone il processo, ma senza alterarne l’equilibrio. Gli enzimi accelerano sia le reazioni dirette sia quelle inverse aumentando, appunto, la velocità dell’intero processo, permesso dal fatto che favoriscono lo stato di transizione, proprio per questo abbassano l’energia di attivazione. Gli enzimi NON prendono parte della reazione, quindi non vengono consumati ma, alla fine della reazione, vengono restituiti. Che cos’è l’energia di attivazione? È l’energia che serve per portare una reazione chimica dallo stato iniziale allo stato di complesso attivato, ovvero la fase che può portare a formare i prodotti o può formare nuovi reagenti. Che cos’è lo stato di transizione? È il punto della reazione in cui i reagenti stanno rompendo i legami per diventare prodotti e, nello stesso tempo, si stanno formando nuovi legami che permettono la formazione del risultato della reazione. Cos’è il complesso enzima-substrato? Gli enzimi si legano al substrato, ovvero il reagente della reazione, creando il complesso enzima-substrato, un complesso che, quando si distacca a reazione avvenuta, libera l’enzima e il prodotto. Questo processo avviene attraverso il sito Punti chiave o Coenzimi -> sono molecole organiche (vitamine in forma attivata) o Cofattori -> sono molecole inorganiche o Gli enzimi più complessi hanno bisogno di coenzimi e cofattori per poter funzionare o Esempi di coenzimi molto importanti sono NADH (vitamina B3) e il FADH2 (vitamina B2), i quali in forma ridotta sono altamente energetici Le biomolecole Cosa sono? Sono composti importanti per il corretto funzionamento degli esseri viventi. Sono formate principalmente da carbonio e idrogeno ma, a seconda delle molecole, sono affiancate da ossigeno, azoto, fosforo e zolfo. Si dividono in: - Glucidi (carboidrati) - Proteine - Lipidi - Acidi nucleici Monomeri e polimeri Il monomero è l’unità semplice che, ripetendosi, forma strutture e complessità chiamate polimeri. Carboidrati o Glucidi Anche detti saccaridi in quanto sono atomi di carbonio idratati, per questo la loro formula minima è Cn (H2O)n. In base alla struttura si classificano in: - Monosaccaridi -> singoli monomeri glucidici - Oligosaccaridi -> formati da una catena corta di monosaccaridi - Polisaccaridi -> formati da 20+ monosaccaridi Monosaccaridi Cosa sono? I monosaccaridi sono, appunto, i carboidrati semplici; Sono divisi in aldosi e chetosi in base al gruppo funzionale che presentano all’interno della loro struttura. Cos’è il gruppo funzionale? Un gruppo funzionale è un atomo o un gruppo di atomi che determina le proprietà chimiche di un composto organico, permettendone la classificazione. Come vengono distinti? I monosaccaridi vengono distinti in base al numero di atomi che forma lo scheletro carbonioso: Ad esempio, un monosaccaride con: - 3 atomi di carbonio è detto TRIOSO - 4 atomi di carbonio è detto TETROSO - 5 atomi di carbonio è detto PENTOSO - 6 atomi di carbonio è detto ESOSO - 7 atomi di carbonio è detto EPTOSO e così via…. Quali sono i monosaccaridi più noti? - Gliceraldeide (aldoso) e diidrossicetone “DHA” (chetoso) -> a 3 atomi di carbonio - Ribosio (aldoso) e ribulosio (chetoso) -> a 5 atomi di carbonio - Glucosio, galattosio, mannosio e fruttosio -> a 6 atomi di carbonio Di ogni monosaccaride (tranne il DNA) esistono la forma D e L, generate per isomeria ottica Come si fa a capire se un monosaccaride è della serie D o della serie L? Dal carbonio numero 5 e dal gruppo ossidrilico OH: - Se l’OH è a destra è serie D - Se l’OH è a sinistra è serie L Questa differenza di posizione del gruppo ossidrile da origine agli anomeri Cosa sono gli anomeri? Gli anomeri sono monosaccaridi ciclizzati che differiscono per la posizione del gruppo ossidrile OH: - Se è sotto è anomero-α - Se è sopra è anomero-β Differenze tra D-GLUCOSIO e D-GALATTOSIO La differenza sta nel carbonio 4 -> nel glucosio l’ossidrile si trova a destra, nel galattosio si trova a sinistra, per questo entrambi sono epimeri, cioè si differenziano solo per la configurazione di un carbonio. Forma ciclica -> Quando il monosaccaride ha gli atomi di carbonio pari o superiori a 4 e si trovano in una soluzione acquosa. Forma lineare -> Quando il monosaccaride ha gli atomi di carbonio inferiori a 4. Disaccaridi I disaccaridi si formano per unione di due monosaccaridi tramite il legame glicosidico (legame covalente forte). Che tipi di legami ci sono?  A seconda della configurazione anomerica (α o β), si distinguono: - il legame α-glicosidico - il legame β-glicosidico  In base all’atomo che fa da “ponte” per il legame, si ha: - Il legame O-glicosidico; legame che unisce i monosaccaridi - Il legame N-glicosidico; legame che unisce un monosaccaride e un’altra molecola (non tra due zuccheri) Quali sono i disaccaridi più noti? - Maltosio: glucosio + glucosio Glutammina Istidina Triptofano (apolare) Alanina Treonina Isoleucina Aspargina Metionina Prolina Valina Gli amminoacidi evidenziati sono gli amminoacidi essenziali Cosa sono gli amminoacidi essenziali? Sono amminoacidi che non possono essere sintetizzati dall’organismo, quindi bisogna assumerli con la dieta. I polimeri degli amminoacidi Gli amminoacidi sono i monomeri delle proteine, si uniscono attraverso il legame peptidico, che consiste nella condensazione del gruppo carbossilico di uno con la funzione amminica di un altro. Cos’è la condensazione? La condensazione sarebbe l’unione di due molecole con la liberazione di una molecola d’acqua. o Quando 2 amminoacidi sono legati -> DIPEPTIDE o Quando 3 amminoacidi sono legati -> TRIPEPTIDE o Quando 4 amminoacidi sono legati -> TETRAPEPTIDE o Quando la catena polipeptidica è formata da pochi amminoacidi -> OLIGOPEPTIDE o Quando il numero è più grande -> POLIPEPTIDE Struttura delle proteine Le proteine, essendo molecole molto grandi, hanno bisogno di ripiegarsi per due motivi: 1. MOTIVO DI TIPO FUNZIONALE : se la proteina è ripiegata può svolgere le sue funzioni perfettamente, se non lo è, la cellula la elimina mandandola nel proteasoma, cioè l’inceneritore molecolare. 2. PER NASCONDERE ALCUNI GRUPPI : ci sono vari gruppi di amminoacidi, ma non è detto che la proteina voglia mostrare tutti i gruppi nell’ambiente acquoso, ma alcuni vuole tenerseli all’interno per facilitare l’assunzione di una forma corretta per la propria funzionalità. Struttura primaria Questa struttura presenta la successione lineare degli amminoacidi uniti tramite un legame peptidico Struttura secondaria Le proteine possono avere una conformazione stabile grazie ai ponti a idrogeno, che si formano tramite l’interazione tra gruppi carbossilici e amminici adiacenti (non consecutivi). La struttura secondaria presenta una conformazione tridimensionale di segmenti della catena polipeptidica; Possono essere di due tipi: α -elica e β -foglietto . Ponti a idrogeno legami peptidici Struttura terziaria Nella struttura terziaria troviamo la disposizione di tutti gli atomi che formano la proteina; quindi, sono presenti diversi segmenti ad elica o a foglietto ripiegato. Oltre ai legami peptidici e ponte a idrogeno, può essere fortificata anche da ponti di disolfuro, cioè legami che coinvolgono due atomi di zolfo in successione. Inoltre, si dividono in: - Proteine fibrose -> con catene organizzate in fasci o foglietti - Proteine globulari -> con catene ripiegate in forme sferiche Struttura quaternaria Hanno funzione di riserva energetica. Fosfolipidi Sono molecole anfipatiche, cioè formate da una testa polare (che contiene un gruppo fosfato e una molecola idrofila) e due code apolari (che sono formate da acidi grassi esterificati con il glicerolo). Rappresentano i costituenti più abbondanti delle membrane biologiche. Steroli Sono composti caratterizzati dalla presenza di un nucleo steroideo, cioè formato da 4 anelli condensati che derivano dallo sterolo (molecola capostipite): il principale negli animali è il colesterolo che, in questo caso, è uno sterolo anfipatico. Oltre a formare membrane biologiche, sono anche le basi molecolari per la sintesi degli acidi biliari e di molti ormoni. Parte apolare Nucleotidi Cosa sono? Sono i monomeri degli acidi nucleici (DNA e RNA). Cos’è il DNA? È un acido nucleico costituito da una doppia elica, cioè due filamenti di nucleotidi che si associano. Cos’è l’RNA? È un acido nucleico costituito da un singolo filamento di nucleotidi. Da cosa è formato un nucleotide? Un nucleotide è formato da 3 molecole; - zucchero pentoso - base azotata - gruppo fosfato Cos’è lo zucchero pentoso? “Pentoso” perché ha 5 atomi di carbonio RNA DNA -> C’è un O in meno Cos’è la base azotata? È una delle 5 basi che compongono i nucleotidi e si dividono in: - purine -> formate da due anelli condensati - piramidine -> formate da un solo anello condensato Ogni acido nucleico ne possiede solo quattro:  DNA -> adenina – guanina – citosina – timina  RNA-> adenina – guanina – citosina – uracile Qual è la differenza tra nucleoside e nucleotide? NUCLEOSIDE -> formato dall’unione di uno zucchero pentoso e di una base azotata (es. adenosina) NUCLEOTIDE -> sono nucleosidi a cui viene aggiunto un gruppo fosfato (es. adenosina mono fosfato) Punti chiave PURINE PIRAMIDINE ADENIN GUANINA CITOSINA URACILE TIMINA