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22
PolisaccaridiPolisaccaridi ProteineProteine
Acidi nucleiciAcidi nucleici LipidiLipidi
Le macromolecole Le macromolecole biologichebiologiche
44
La sintesi biologica dei carboidrati avviene La sintesi biologica dei carboidrati avviene attraverso il processo di fotosintesiattraverso il processo di fotosintesi
Energia luminosa
Energia chimica
6CO2+6H2O C6H12O6+6O2
55
AldeideAldeide
RR CC
OO
HH
AldosiAldosi
GliceraldeideGliceraldeide ,,l’l’aldosioaldosio più più
semplicesemplice
,,
Catena lineare diCatena lineare diatomi di carbonioatomi di carbonio
GlucosioGlucosio
Funzione Funzione carbonilicacarbonilica adaduna estremità della catenauna estremità della catena
CC OOHHHH
CC
CC
OOHHHH
HH
OOHHCC
CC
CC
CC
CC
CC
OOHH
HH
OOHH
OOHH
HH
HHOO
HH
HH
HH OO
OOHH
HH
HH
11
22
33
11
22
33
44
55
66
RR11 CC RR22
OO
ChetoneChetone
ChetosiChetosi
DiidrossiacetoneDiidrossiacetone ,,il il chetosiochetosio piùpiù
semplicesemplice
Catena lineare diCatena lineare diatomi di carbonioatomi di carbonio
Funzione Funzione carbonilicacarbonilica nonnonalle estremità della catenaalle estremità della catena
HH CC OOHH
HH
CC
CC OOHH
HH
HH
OO
FruttosioFruttosio
CC
CC
CC
CC
CC
CC
OO
HH
OOHH
OOHH
HHOO
HH
HH
OOHH
HH
HH
OOHH
HH
HH
11
22
33
11
22
33
44
55
66
Struttura dei monosaccaridiStruttura dei monosaccaridi
66
N° di atomi diN° di atomi diC nelloC nello
scheletroscheletroNomeNome N° di isomeriN° di isomeri
33
44
55
66
33
44
55
66
aldotriosialdotriosi
aldotetrosialdotetrosi
aldopentosialdopentosi
aldoesosialdoesosi
chetotriosichetotriosi
chetotetrosichetotetrosi
chetopentosichetopentosi
chetoesosichetoesosi
N° di isomeriN° di isomeriotticiottici
11
22
44
88
11
11
22
44
22
44
88
1616
11
22
44
88
aldosialdosi
chetosichetosi
Nomenclatura dei Nomenclatura dei monosaccarridimonosaccarridi e e numero dei loro possibili isomerinumero dei loro possibili isomeri
77
Tutti i monosaccaridi tranne il Tutti i monosaccaridi tranne il diidrossiacetonediidrossiacetone contengono contengono uno o più atomi di carbonio asimmetrici, cioè atomi di uno o più atomi di carbonio asimmetrici, cioè atomi di carbonio con quattro sostituenti diversi.carbonio con quattro sostituenti diversi.
Un composto che contiene un atomo di carbonio Un composto che contiene un atomo di carbonio asimmetrico può essere presente sotto forma di due asimmetrico può essere presente sotto forma di due stereoisomeristereoisomeri, detti isomeri ottici o , detti isomeri ottici o enantiomerienantiomeri..
88
Gli Gli stereoisomeristereoisomeri sono composti che pur avendo la stessa sono composti che pur avendo la stessa formula di struttura, ovvero la stessa sequenza di legami, formula di struttura, ovvero la stessa sequenza di legami, differiscono per la diversa disposizione dei vari atomi o differiscono per la diversa disposizione dei vari atomi o raggruppamenti di atomi nello spazio.raggruppamenti di atomi nello spazio.
Si definiscono Si definiscono enantiomerienantiomeri le particolari coppie di le particolari coppie di stereoisomeristereoisomeri, correlati dalla caratteristica di essere l’uno , correlati dalla caratteristica di essere l’uno l’immagine speculare dell’altro, con la peculiarità che le due l’immagine speculare dell’altro, con la peculiarità che le due immagini non sono sovrapponibili tra loro.immagini non sono sovrapponibili tra loro.
99
Molecola con quattro sostituenti diversi:la molecola è chirale
Molecola con quattro sostituenti diversi:la molecola è chirale
A
B
C
D
D
B C
A
A
B
CD
Molecolaoriginale
Molecola originaleruotata
Immagine speculare dellamolecola originale
Specchio
La molecola ruotata non sisovrappone all’immagine specularedella molecola originale
Molecola con tre sostituenti diversi:la molecola non è chirale
Molecola con tre sostituenti diversi:la molecola non è chirale
A
B
C
B
B
B C
A
A
B
CB
Molecolaoriginale
Molecola originaleruotata
Immagine speculare dellamolecola originale
Specchio
La molecola ruotata si sovrapponeall’immagine speculare dellamolecola originale
Le molecole che hanno la caratteristica di possedere immagini Le molecole che hanno la caratteristica di possedere immagini speculari non sovrapponibili sono dette speculari non sovrapponibili sono dette molecole molecole chiralichirali
1010
aa
SorgenteSorgente
00ºº++ --
PolarizzatorePolarizzatore
CampioneCampioneAnalizzatoreAnalizzatore
Due Due enantiomerienantiomeri differiscono tra loro per una specifica differiscono tra loro per una specifica proprietà fisica: la capacità di ruotare il piano della luce proprietà fisica: la capacità di ruotare il piano della luce polarizzata. Essa prende il nome di polarizzata. Essa prende il nome di attività otticaattività ottica. .
Quando la soluzione di uno degli Quando la soluzione di uno degli enantiomerienantiomeri ruota il piano ruota il piano della luce polarizzata verso destra, la soluzione dell’altro della luce polarizzata verso destra, la soluzione dell’altro ruota tale piano verso sinistra.ruota tale piano verso sinistra.
1111
La La gliceraldeidegliceraldeide contiene un solo centro contiene un solo centro chiralechirale, costituito , costituito dall’atomo di carbonio centrale, essa possiede due diversi dall’atomo di carbonio centrale, essa possiede due diversi enantiomerienantiomeri, che per convenzione vengono indicati l’uno , che per convenzione vengono indicati l’uno con la lettera D, l’altro con la lettera con la lettera D, l’altro con la lettera L.L.
1212
D- gliceraldeide L- gliceraldeide
CHO CHO
H OH HHO
CH 2OH CH 2OH
Specchio
Modelli a palle ebastoncini
Modelli a sfere ebastoncini
Formule in prospettivaFormule in prospettiva
C OHH
CHO
CH 2OH
CHO H
CHO
CH2OH
Formule di proiezionedi Fischer
Formule di proiezionedi Fischer
C OHH
CHO
CH 2OH
CHO H
CHO
CH2 OH
Gli Gli stereoisomeristereoisomeri della della gliceraldeidegliceraldeide
1313
Sempre per convenzione, gli Sempre per convenzione, gli stereoisomeristereoisomeri degli altri degli altri monosaccardimonosaccardi, indipendentemente dalla lunghezza della , indipendentemente dalla lunghezza della catena di atomi di carbonio e dalla loro configurazione, catena di atomi di carbonio e dalla loro configurazione, vengono divisi in due gruppi in base alla configurazione vengono divisi in due gruppi in base alla configurazione intorno all’atomo di carbonio intorno all’atomo di carbonio chiralechirale più distante dal più distante dal gruppo gruppo carbonilicocarbonilico..
I composti appartenenti al gruppo che ha una I composti appartenenti al gruppo che ha una configurazione, a livello del centro configurazione, a livello del centro chiralechirale, identica a , identica a quella della quella della DD--gliceraldeidegliceraldeide sono detti isomeri D.sono detti isomeri D.
Quelli del gruppo con configurazione identica alla Quelli del gruppo con configurazione identica alla LL--gliceraldeidegliceraldeide, sono denominati isomeri , sono denominati isomeri L.L.
1414
ββ--DD--glucopiranosioglucopiranosio
CC CC
OO
HHHH
HHOOOOHH
HH
HH
OOHH
HH
OOHHCC11
2233
CC44
CC55
CCHH22OOHH66
CC
CC CC
OO
HHHH
HHOOOOHH
HH
HH
OOHH
OOHH
HH
CCHH22OOHH66
CC55
44
33 22
CC11
66
11CCHHOO
22CC
33CC
44CC
55CC
CCHH22OOHH
OOHH
HH
OOHH
OOHH
HH
HHOO
HH
HH
CC
CC
HHHH
HHOOOOHH
HH OOHH
HH
HH
OO
OOHH
CCHH22OOHH66
CC55
44
33 CC22
CC11
αα--DD--glucopiranosioglucopiranosio
DD--glucosioglucosio
I monosaccaridi con una catena di cinque o più atomi di I monosaccaridi con una catena di cinque o più atomi di carbonio assumono in soluzione una forma ciclica ad anello.carbonio assumono in soluzione una forma ciclica ad anello.
La chiusura della catena lineare in un ciclo avviene per La chiusura della catena lineare in un ciclo avviene per formazione di un legame covalente formazione di un legame covalente intramolecolareintramolecolare tra il tra il carbonio del gruppo carbonio del gruppo carbonilicocarbonilico e l’atomo di ossigeno di un e l’atomo di ossigeno di un gruppo gruppo ossidrilicoossidrilico lungo la catena.lungo la catena.
1515
Le ragioni chimiche di questa reazione sono legate al fatto Le ragioni chimiche di questa reazione sono legate al fatto che aldeidi e i chetoni reagiscono con gli alcoli per dare che aldeidi e i chetoni reagiscono con gli alcoli per dare come prodotti, chiamati rispettivamente, come prodotti, chiamati rispettivamente, emiacetaliemiacetali ed ed emichetaliemichetali..
HHOO RR22RR11 CCHH
OO
AldeideAldeide AlcoolAlcool
CC OORR22RR11
OOHH
HH
EmiacetaleEmiacetale
++ CC OORR22RR11
OORR22
HH
RR22OOHH
AcetaleAcetale
EmiacetaliEmiacetali ed emichetalied emichetali possono reagire con una seconda possono reagire con una seconda molecola di alcol producendo, rispettivamente, molecola di alcol producendo, rispettivamente, acetaliacetali e e chetali.chetali.
1616
CC
CC CC
CC
OOCC
HH
HHHH
HH HH
HH
PiranoPirano
Nel caso del glucosio, la reazione tra il gruppo Nel caso del glucosio, la reazione tra il gruppo ossidrilicoossidrilicosul Csul C--5 con il carbonio 5 con il carbonio aldeidicoaldeidico CC--1 conduce alla 1 conduce alla formazione di un anello a sei atomi caratterizzato da un formazione di un anello a sei atomi caratterizzato da un legame legame emiacetalicoemiacetalico intramolecolareintramolecolare..
Tale forma è definita Tale forma è definita piranosicapiranosica, dal momento che , dal momento che ricorda la struttura ciclica a sei atomi caratteristica del ricorda la struttura ciclica a sei atomi caratteristica del piranopirano..
1717
La chiusura del ciclo comporta la formazione di due diversi La chiusura del ciclo comporta la formazione di due diversi stereoisomeristereoisomeri, che differiscono tra loro unicamente per la , che differiscono tra loro unicamente per la configurazione intorno all’atomo di carbonio configurazione intorno all’atomo di carbonio emiacetalicoemiacetalico CC--1.1.
I due I due anomerianomeri del Ddel D--glucosio sono chiamati:glucosio sono chiamati:αα--DD--glucopiranosioglucopiranosio e e ββ--DD--glucopiranosioglucopiranosio..
Tale atomo è chiamato Tale atomo è chiamato carbonio carbonio anomericoanomerico, mentre i due , mentre i due stereoisomeristereoisomeri sono chiamati sono chiamati anomerianomeri e vengono indicati e vengono indicati con le letterecon le lettere αα ee β.β.
αα--DD--glucopiranosioglucopiranosio
CC
CC CC
OO
HHHH
HHOOOOHH
HH
HH
OOHH
OOHH
HH
CCHH22OOHH66
CC55
44
33 22
CC11 αα
ββ--DD--glucopiranosioglucopiranosio
CC CC
OO
HHHH
HHOOOOHH
HH
HH
OOHH
HH
OOHHCC11
2233
CC44
CC55
CCHH22OOHH66
ββ
1818
CC
CC CC
OO
HHHH
HHOOOOHH
HH
HH
OOHH
OOHH
HH
CCHH22OOHH66
CC55
44
33 22
CC11
αα--DD--glucopiranosiglucopiranosioo
ββ--DD--glucopiranosioglucopiranosio
CC CC
OO
HHHH
HHOOOOHH
HH
HH
OOHH
HH
OOHHCC11
2233
CC44
CC55
CCHH22OOHH66
CC
CC
HHHH
HHOOOOHH
HH OOHH
HH
HH
OO
OOHH
CCHH22OOHH66
CC55
44
33 CC22
CC11
Le forme cicliche del DLe forme cicliche del D--glucosio subiscono in soluzione glucosio subiscono in soluzione un processo di interconversione che comporta l’apertura un processo di interconversione che comporta l’apertura e la successiva e la successiva richiusurarichiusura dell’anello dell’anello piranosicopiranosico, detto , detto mutarotazionemutarotazione..
1919
Nel caso di un Nel caso di un chetoesosochetoesoso come il Dcome il D--fruttosio, le due forme fruttosio, le due forme anomericheanomeriche αα ee ββ si formano per reazione tra il gruppo si formano per reazione tra il gruppo ossidrilicoossidrilico sul Csul C--5 e il gruppo 5 e il gruppo chetonicochetonico sul Csul C--2.2.
OO
HH
HHHH
HH
FuranoFurano
Esse sono costituite da un anello Esse sono costituite da un anello emichetalicoemichetalico a cinque atomi che a cinque atomi che ricorda il ricorda il furanofurano, e viene pertanto , e viene pertanto denominato forma denominato forma furanosicafuranosica..
OO
HH
OOHH
HH HHOO
HH
OOHH
HHOOCCHH2266
55
44 33
22
CCHH22OOHH11
ββ--DD--fruttofuranosiofruttofuranosio
22
3344
55
OO66
HHOOCCHH22
HH
OOHH
HH HHOO
HH
CCHH22OOHH11
OOHH
DD--ffrruuttttoossiioo
11
22
3344
55
66
CC CC
CCCC
OO HH
HH
HH
OO HH
CC HH22OO HH
OO
OO HH
HH
HHOO HH22CC
αα--DD--fruttofuranosiofruttofuranosio
2020
Per rappresentare le forme ad anello dei monosaccaridi sono Per rappresentare le forme ad anello dei monosaccaridi sono spesso usate formule di prospettiva dette proiezioni di spesso usate formule di prospettiva dette proiezioni di HaworthHaworth..
OO
OOHH
HH
HH
OOHH
HH
HHOO
HHOO
HH
HH
CCHH22OOHH
11
2233
44
55
66
OO
OOHH
HH
OOHH
HH
HH
HHOO
HHOO
HH
HH
CCHH22OOHH66
55
44
33 22
11
L’anello L’anello piranosicopiranosico, tuttavia, non è esattamente planare, ma , tuttavia, non è esattamente planare, ma assume le due conformazioni a barca e a sedia.assume le due conformazioni a barca e a sedia.
αα--DD--gglluuccooppiirraannoossiioo ββ --DD--gglluuccooppiirraannoossiioo
OO
OOHH HH
OOHH
HHOO
HH HH
OOHH
11
22
HH33
44
55
CCHH22OOHH66
HH
OO
HH
OOHH HH
OOHH
HHOO
HH
CCHH22OOHH
OOHH
HH
11
2233
44
55
66
HH
2121
RibosioRibosio 22--DeossiDeossi--ribosioribosio
11
2233
44
55
OOOOHH
OOHHOOHH
CHCH22OOHH
HH
HH HH
HH
OOOOHH
HHOOHH
CHCH22OOHH
HH
HH HH
HH
11
2233
44
55
Gli zuccheri degli acidi nucleiciGli zuccheri degli acidi nucleici
2222
Alcuni derivati del DAlcuni derivati del D--glucosioglucosio
DD--glucosioglucosio
CCHHOO
CC
CC
CC
CC
CCHH22OOHH
OOHH
HH
OOHH
OOHH
HH
HHOO
HH
HH
11
22
33
44
55
66
ββ--DD--glucosioglucosio
OO
HH
OOHH HH
OOHH
HHOO
HH
CCHH22OOHH
OOHH
HH
11
2233
44
55
66
HH
OO
HH
OOHH HH
NNHH
HHOO
HH
CCHH22OOHH
OOHH
HH
CC OO
11
2233
44
55
66
CCHH33
HH
NN--acetilacetil--ββ--DD--glucosamminaglucosammina
OO
HH
OOHH HH
OOHH
HHOO
HH
CCOOOOHH
OOHH
HH
11
2233
44
55
66
HH
Acido Acido ββ--DD--glucuronicoglucuronico
OO
HH
OOHH HH
NNHH22
HHOO
HH
CCHH22OOHH
OOHH
HH
11
2233
44
55
66
HH
ββ--DD--glucosamminaglucosammina
2323
Alcuni derivati del DAlcuni derivati del D--galattosiogalattosio
OO
HH
OOHH HH
OOHH
HH
HHOO
CCHH22OOHH
OOHH
HH
11
2233
44
55
66
HH
ββ--DD--galattosiogalattosio
OO
HH
OOHH HH
NNHH22
HH
HHOO
CCHH22OOHH
OOHH
HH
11
2233
44
55
66
HH
ββ--DD--galattosamminagalattosammina
CCHHOO
CC
CC
CC
CC
CCHH22OOHH
OOHH
HH
HH
OOHH
HH
HHOO
HHOO
HH
11
22
33
44
55
66
DD--galattosiogalattosio
2424
Disaccaridi comuniDisaccaridi comuni
ββ
66
55
44
33 22
11
OO
HH
OOHH HH
OOHH
HH
CCHH22OOHH
OHOH
HH
11
66
55
44
33 22
αα
OO
HH
OOHH HH
OOHH
HHOO
HH
CCHH22OOHH
HH
OOHH HH
αα
66
55
44
33 22
11
OO
HH
OOHH HH
OOHH
HH
CCHH22OOHH
HH
OOHH
11
66
55
44
33 22
αα
OO
HH
OOHH HH
OOHH
HHOO
HH
CCHH22OOHH
HH
OO
HH HH
αα--MaltosioMaltosio ββ--CellobiosioCellobiosio
OOHHOOCCHH22
OOHH
HH HHOO
HH
HH
CCHH22OOHH11
22
33 44
55
66
ββ11
66
55
44
33 22
αα
OO
HH
OOHH HH
OOHH
HHOO
HH
CCHH22OOHH
HH
OO
HH
ββ
66
55
44
33 22
1111
66
55
44
33 22
ββ
OO
HH
OOHH HH
OOHH
HH
HHOO
CCHH22OOHH
HH
OO
OO
HH
OOHH HH
OOHH
HH
CCHH22OOHH
OOHH
HH
HH HH
ββ--LattosioLattosio SaccarosioSaccarosio
2525
OOCCHH22OOHH
OOOO
HHOO
HHOO
CCHH22OOHH
OOOO
HHOO
HHOO
CCHH22OOHH
OO
HHOO
HHOO
OOOO
HHOO
HHOO
CC HH22OOHH
AmilosioAmilosio
OOOO
HHOO
HHOO
CCHH22OOHH
OOOO
HHOO
HHOO
CCHH22OOHH
OOOO
HHOO
HHOO
CCHH22
OOOO
HHOO
HHOO
CCHH22OOHH
AmilopectinaAmilopectinaOOOO
HHOO
HHOO
CCHH22OOHH
OOOO
HHOO
HHOO
CCHH22OOHH
OOOO
HHOO
HHOO
CCHH22OOHH
OO
2626
OOOO
HHOO
CCHH22OOHH
OOHH
OOOO
HHOO
CCHH22OOHH
OOHH
OOOO
HHOO
CCHH22OOHH
OOHH
CellulosaCellulosa
2929
ProteineProteine
Proteine di protezione (anticorpi, Proteine di protezione (anticorpi, trombinatrombina))
Proteine strutturaliProteine strutturali
glicoproteineglicoproteine, collagene, elastina, cheratina, collagene, elastina, cheratina
Proteine catalitiche (enzimi)Proteine catalitiche (enzimi)
Proteine di regolazione (ormoni)Proteine di regolazione (ormoni)
Proteine di trasportoProteine di trasporto
emoglobina, siero albuminaemoglobina, siero albumina
3030
CC CCOOOO --++HH33NN
HH
RR
αα
Dal punto di vista chimico, le proteine sono poliammidi Dal punto di vista chimico, le proteine sono poliammidi composte da unità composte da unità monomerichemonomeriche rappresentate da circa 20 rappresentate da circa 20 diversi diversi αα--amminoacidi.amminoacidi.
Nelle proteine, gli amminoacidi sono legati tra di loro da Nelle proteine, gli amminoacidi sono legati tra di loro da legami ammidici, chiamati legami peptidici.legami ammidici, chiamati legami peptidici.
++ ++ HH22OOHH NN
HH
CCHH
RR22
CCOOOO--HH33NN CCHH
RR11
CC OOHH
OO
HH33NN CCHH
RR11
CC NN
OO
HH
CCHH
RR22
CCOOOO--
Legame Legame peptidicopeptidico
AAAA11 AAAA22 DipeptideDipeptide AAAA11-- AAAA22
3131
In tutti gli amminoacidi l’atomo di carbonio In tutti gli amminoacidi l’atomo di carbonio αα è un è un centro centro chiralechirale, dato che possiede quattro sostituenti , dato che possiede quattro sostituenti diversi: essi sono dunque otticamente attivi e presenti in diversi: essi sono dunque otticamente attivi e presenti in due due enantiomerienantiomeri denominati L e D.denominati L e D.
Fa eccezione la Fa eccezione la glicinaglicina, nella quale l’atomo di carbonio , nella quale l’atomo di carbonio ααpossiede tre sostituenti diversi:possiede tre sostituenti diversi:
α
L-Alanina
HH3N+
COO-
CH3
D-Alanina
H
COO -
CH3
NH3+
α
3232
Le forme L e D hanno la stessa configurazione assoluta Le forme L e D hanno la stessa configurazione assoluta al carbonio asimmetrico rispettivamente della Lal carbonio asimmetrico rispettivamente della L-- e e DD--GliceraldeideGliceraldeide..
Solo la forma LSolo la forma L-- partecipa alla costruzione delle partecipa alla costruzione delle proteine.proteine.
3333
Gli amminoacidi sono Gli amminoacidi sono composti composti bifunzionalibifunzionali, dal , dal momento che contengono sia la momento che contengono sia la funzione amminicafunzione amminica che che quella quella carbossilicacarbossilica e possono pertanto esistere come ioni e possono pertanto esistere come ioni dipolari.dipolari.
La concentrazione dello ione dipolare risulta massima in La concentrazione dello ione dipolare risulta massima in corrispondenza di un particolare valore di pH, detto corrispondenza di un particolare valore di pH, detto punto punto isoelettricoisoelettrico, che è caratteristico di ciascun amminoacido., che è caratteristico di ciascun amminoacido.
CH COOHH3N
R
CH COOH3N
R
CH COOH2N
R
+ +
3737
Sequenze di un numero relativamente piccolo di Sequenze di un numero relativamente piccolo di amminoacidi sono chiamate amminoacidi sono chiamate oligopeptidioligopeptidi..
Sequenze più lunghe, fino ad un peso molecolare di circa Sequenze più lunghe, fino ad un peso molecolare di circa 5000 Da, sono dette invece 5000 Da, sono dette invece polipeptidipolipeptidi o più o più semplicemente semplicemente peptidipeptidi..
Le unità Le unità monomerichemonomeriche di un peptide sono in genere di un peptide sono in genere chiamate residui chiamate residui amminoacidiciamminoacidici..
I due residui alle estremità della catena hanno l’uno un I due residui alle estremità della catena hanno l’uno un gruppo amminico libero, l’altro un gruppo carbossilico gruppo amminico libero, l’altro un gruppo carbossilico libero; sono chiamati rispettivamente residui libero; sono chiamati rispettivamente residui amminoammino--terminaleterminale ((NN--terminaleterminale) e ) e carbossicarbossi--terminaleterminale ((CC--terminaleterminale).).
3838
Livelli di struttura delle proteineLivelli di struttura delle proteine
La sequenza degli amminoacidi che danno origine alla La sequenza degli amminoacidi che danno origine alla catena proteica rappresenta la catena proteica rappresenta la struttura primariastruttura primaria della della proteina; è la struttura primaria che determina il modo e la proteina; è la struttura primaria che determina il modo e la forma secondo i quali la catena forma secondo i quali la catena amminoacidicaamminoacidica si organizza, si organizza, sia localmente che globalmente, nello spazio, contribuendo sia localmente che globalmente, nello spazio, contribuendo ad assegnare ad ogni proteina la particolare struttura ad assegnare ad ogni proteina la particolare struttura tridimensionale necessaria a svolgere le specifiche funzioni tridimensionale necessaria a svolgere le specifiche funzioni biologiche.biologiche.
La La struttura secondariastruttura secondaria è costituita dal modo in cui la è costituita dal modo in cui la proteina si organizza localmente, ad esempio, in tratti di proteina si organizza localmente, ad esempio, in tratti di αα--elica o in segmenti estesi detti foglietti elica o in segmenti estesi detti foglietti β.β.
3939
Livelli di struttura delle proteineLivelli di struttura delle proteine
L’avvolgimento globale assunto dalla catena proteica in L’avvolgimento globale assunto dalla catena proteica in virtù delle interazioni che si stabiliscono tra i gruppi virtù delle interazioni che si stabiliscono tra i gruppi presenti in catena laterale degli amminoacidi, si presenti in catena laterale degli amminoacidi, si chiama chiama struttura terziariastruttura terziaria..
In alcuni casi, più catene primarie diverse, ciascuna In alcuni casi, più catene primarie diverse, ciascuna dotata della sua particolare struttura secondaria e dotata della sua particolare struttura secondaria e terziaria, si aggregano per formare complessi terziaria, si aggregano per formare complessi funzionali più grandi, nei quali si individua dunque una funzionali più grandi, nei quali si individua dunque una struttura quaternariastruttura quaternaria..
4040
Struttura primariaStruttura primaria LysLys LysLys GlyGly GlyGly LeuLeu ValVal AlaAla HisHis
Struttura SecondariaStruttura Secondaria
Struttura quaternariaStruttura quaternaria
Struttura terziariaStruttura terziaria
33
Acidi nucleiciAcidi nucleici
Acido ribonucleico (RNA)Acido ribonucleico (RNA)
Svolge ruoli fondamentali nei Svolge ruoli fondamentali nei complessi processi di espressione complessi processi di espressione dell’informazione genetica che dell’informazione genetica che portano alla sintesi proteica.portano alla sintesi proteica.
Acido desossiribonucleico (DNA)Acido desossiribonucleico (DNA)
Conserva le informazioni ereditarie.Conserva le informazioni ereditarie.
44
ZuccheroZucchero
Gruppo Gruppo fosfatofosfato
BBaassee eetteerroocciicclliiccaaOOPP
OO
OOHH
OOHH OO
HHHHHH
OOHH OOHH//HH
HH
CCHH22
1'1'
2'2'3'3'
4'4'
5'5'
Struttura delle unità Struttura delle unità monomerichemonomerichedegli acidi nucleici: i degli acidi nucleici: i nucleotidinucleotidi
55
Gli zuccheri degli acidi nucleiciGli zuccheri degli acidi nucleici
RibosioRibosio
11
2233
44
55
OOOOHH
OOHHOOHH
CHCH22OOHH
HH
HH HH
HHRNARNA
22--DeossiDeossi--ribosioribosio
OO OOHH
HHOOHH
CHCH22OOHH
HH
HH HH
HH
11
2233
44
55
DNADNA
66
Le basi Le basi eterociclicheeterocicliche degli acidi nucleicidegli acidi nucleici
RNARNA
GuaninaGuanina (G)(G)
AdeninaAdenina (A)(A)
CitosinaCitosina (C)(C)
UracileUracile (U) (U)
DNADNA
GuaninaGuanina (G)(G)
AdeninaAdenina (A)(A)
CitosinaCitosina (C)(C)
TiminaTimina (T)(T)
77
NN
NNNN
NN
NNHH22
HH
AdeninaAdenina
GuaninaGuanina
NN
NNNN
NN
HH
HH
OO
NNHH22
Basi Basi purinichepuriniche
NN
NN
OO
OO
HH
HH
UracileUracile
NN
NN
OO
HH
NNHH22
CitosinaCitosina
NN
NN
OO
HH
HH
OO
HH33CC
TiminaTimina
Basi Basi pirimidinichepirimidiniche
Struttura delle basi Struttura delle basi eterociclicheeterocicliche
88
Gli acidi nucleici sono poliesteri dato che le diverse Gli acidi nucleici sono poliesteri dato che le diverse unità unità monomerichemonomeriche sono collegate le une alle altre sono collegate le une alle altre mediante ponti fosfato di natura mediante ponti fosfato di natura estereaesterea tra il tra il carbonio Ccarbonio C--5' e il carbonio C5' e il carbonio C--3' di due anelli zuccherini 3' di due anelli zuccherini consecutivi.consecutivi.
Essi sono caratterizzati da lunghe catene lineari con Essi sono caratterizzati da lunghe catene lineari con un ossidrile libero in posizione 5' ad un’estremità ed un ossidrile libero in posizione 5' ad un’estremità ed un ossidrile libero in posizione 3' all’altra estremità.un ossidrile libero in posizione 3' all’altra estremità.
La sequenza delle basi è variabile e questo La sequenza delle basi è variabile e questo aspetto risulta di grande importanza per le aspetto risulta di grande importanza per le funzioni biologiche svolte dagli acidi nucleicifunzioni biologiche svolte dagli acidi nucleici. .
1010
Nu
cleo
sid
eN
ucl
eosi
de
OO
HHHHHH
OO HH
HH
BBaasseeCCHH22
OO
PP
PP
OO--OO OO
--OO
OO
CCHH22 BBaassee
HH
HHOO
HHHH HH
OO
OO
PP--OO
OO
OO
CCHH22 BBaassee
HH
HHOO
HHHH HH
OO
Nu
cleo
tid
eN
ucl
eoti
de
Struttura di una catena di DNAStruttura di una catena di DNA
1111
La macromolecola di DNA consiste di La macromolecola di DNA consiste di due catene di due catene di nucleotidinucleotidi antiparalleleantiparallele che si avvolgono a spirale che si avvolgono a spirale attorno ad un asse centrale, dando origine ad una attorno ad un asse centrale, dando origine ad una doppia elica destrorsadoppia elica destrorsa che rappresenta la struttura che rappresenta la struttura secondaria del DNA.secondaria del DNA.
Lo scheletro Lo scheletro zuccherozucchero--fosfatofosfato--zuccherozucchero--fosfatofosfato è posto è posto all’esterno.all’esterno.
Le basi sono dirette verso l’interno e sono Le basi sono dirette verso l’interno e sono approssimativamente perpendicolari all’asse della approssimativamente perpendicolari all’asse della molecola stessa.molecola stessa.
1212
A
G
A
T
C
A
T
C
T
AG
T
5'
3'
5'
3' Rappresentazione della Rappresentazione della
doppia elica destrorsa doppia elica destrorsa formata formata dall’avvolgimento a dall’avvolgimento a spirale attorno ad un spirale attorno ad un asse centrale di due asse centrale di due catene antiparallele di catene antiparallele di nucleotidinucleotidi
Struttura secondaria del DNAStruttura secondaria del DNA
1313
AAGG AA
TT
CC
TTCCAA
CC
TT
5'3'
Rappresentazione di Rappresentazione di una singola catena di una singola catena di nucleotidinucleotidi
Struttura secondaria del DNAStruttura secondaria del DNA
1414
La stabilità dell’intera macromolecola dipende dalle La stabilità dell’intera macromolecola dipende dalle interazioni interazioni idrofobicheidrofobiche e dalle forze di e dalle forze di vanvan derderWaalsWaals che si instaurano tra le basi impilate e dai che si instaurano tra le basi impilate e dai legami legami ad idrogenoad idrogeno che si formano tra le basi delle catene che si formano tra le basi delle catene complementari.complementari.
L’insieme di queste forze tiene uniti i due filamenti.L’insieme di queste forze tiene uniti i due filamenti.
Queste forze sono tuttavia sufficientemente deboli da Queste forze sono tuttavia sufficientemente deboli da permettere alle due catene di DNA di separarsi facilmente permettere alle due catene di DNA di separarsi facilmente durante lo svolgimento di alcune attività fondamentali.durante lo svolgimento di alcune attività fondamentali.
1515
La La pirimidinapirimidina di una catena è sempre appaiata con una di una catena è sempre appaiata con una purinapurina di un’altra catena.di un’altra catena.
La complementarietà (La complementarietà (adeninaadenina--timinatimina e e guaninaguanina--citosinacitosina) ) comporta che quando è specificata la sequenza comporta che quando è specificata la sequenza nucleotidicanucleotidica su un filamento, anche la sequenza sull’altro su un filamento, anche la sequenza sull’altro è fissata automaticamente.è fissata automaticamente.
1616
Legami ad idrogeno tra le basi complementariLegami ad idrogeno tra le basi complementari
NN
NN
NN
NN
NN HH
HH
HH NN
NN
OO CCHH33
OO
CCHH22
HH
HHOO
HH
HH HHOO
OO
CCHH22
HH
HH OO
HH
HH
HHOOAdeninaAdenina--TiminaTimina
OO
CCHH22
HH
HHOO
HH
HH HHOO
OO
CCHH22
HH
HH OO
HH
HH
HHOO
NN
NN
NN
NN
OO
HH
NN HH
HH
NN
NN
NNHH
HH
OO
GuaninaGuanina--CitosinaCitosina
1717
La struttura secondaria del DNA risulta determinante ai La struttura secondaria del DNA risulta determinante ai fini della comprensione dei meccanismi attraverso i quali fini della comprensione dei meccanismi attraverso i quali le informazioni genetiche vengono conservate e le informazioni genetiche vengono conservate e trasmesse.trasmesse.
La complementarietà tra le catene è la chiave mediante La complementarietà tra le catene è la chiave mediante cui il DNA si duplica, trasferendo le informazioni dalla cui il DNA si duplica, trasferendo le informazioni dalla cellula madre alle cellule figlie.cellula madre alle cellule figlie.
1818
La sequenza delle basi è responsabile della La sequenza delle basi è responsabile della conservazione delle informazioni geneticheconservazione delle informazioni genetiche
Particolari sequenze di 3 Particolari sequenze di 3 basi basi nucleotidichenucleotidiche, , triplette nel DNA, triplette nel DNA, codonicodoninell’nell’mRNAmRNA ed nell’ed nell’rRNArRNA, , identificano e codificano i identificano e codificano i diversi amminoacidi.diversi amminoacidi.
2020
•• RNA transfer (RNA transfer (tRNAtRNA))
I tre tipi principali di RNA presenti nelle celluleI tre tipi principali di RNA presenti nelle cellule
•• RNA RNA ribosomialeribosomiale ((rRNArRNA))
•• RNA messaggero (RNA messaggero (mRNAmRNA))
2121
L’espressione del messaggio genetico che porta alla L’espressione del messaggio genetico che porta alla sintesi delle proteine si realizza in due fasi:sintesi delle proteine si realizza in due fasi:
•• la prima, chiamata la prima, chiamata trascrizionetrascrizione, prevede che il , prevede che il messaggio contenuto nel gene sia trascritto in termini di messaggio contenuto nel gene sia trascritto in termini di mRNAmRNA. La sintesi di quest’ultimo è catalizzata da uno . La sintesi di quest’ultimo è catalizzata da uno specifico enzima, la RNA specifico enzima, la RNA polimerasipolimerasi, che si serve di un , che si serve di un filamento di DNA come stampo;filamento di DNA come stampo;
•• la seconda fase, detta la seconda fase, detta traduzionetraduzione, richiede l’intervento , richiede l’intervento dell’dell’mRNAmRNA che funge da stampo e del che funge da stampo e del tRNAtRNA che trasporta i che trasporta i singoli amminoacidi sul singoli amminoacidi sul ribosomaribosoma dove avviene la sintesi dove avviene la sintesi della catena proteica.della catena proteica.
2222
5'3'
mRNARibosoma
5'
3'
Codone dell’arginina
Legame tra anticodonedel tRNA e codone
dell’mRNA
tRNA
tRNA
TyrSer
Leu
Phe5'
5'
3' Scorrimento del ribosoma verso il
codone successivo
3' Scorrimento del ribosoma verso il
codone successivo
TyrSer
Leu
Phe
Arg
LeuTyr
Phe
ArgSer
Meccanismo Meccanismo della sintesi della sintesi proteica che proteica che avviene a avviene a livello dei livello dei ribosomiribosomi
2525
Lipidi di Lipidi di riserva riserva (neutri)(neutri)
Lipidi di Lipidi di membrana membrana
(polari)(polari)
TriacilgliceroliTriacilgliceroli
CereCere
FosfolipidiFosfolipidi
SfingolipidiSfingolipidi
SteroliSteroli
SfingomielineSfingomieline
CerebrosidiCerebrosidi
GangliosidiGangliosidi
Classificazione dei lipidiClassificazione dei lipidi
2626
I lipidi di riserva o lipidi neutriI lipidi di riserva o lipidi neutri
Sono costituiti da esteri del Sono costituiti da esteri del glicerologlicerolo con acidi grassi, con acidi grassi, ossia con acidi carbossilici caratterizzati da lunghe ossia con acidi carbossilici caratterizzati da lunghe catene idrocarburiche comprendenti da 4 a 36 atomi di catene idrocarburiche comprendenti da 4 a 36 atomi di carbonio.carbonio.
Quelli che a temperatura ambiente sono liquidi vengono Quelli che a temperatura ambiente sono liquidi vengono generalmente denominati generalmente denominati oliiolii..
Quelli che nelle medesime condizioni hanno consistenza Quelli che nelle medesime condizioni hanno consistenza solida vengono denominati grassi.solida vengono denominati grassi.
2727
I I triacilglicerolitriacilgliceroli sono esteri del sono esteri del glicerologlicerolo con tre molecole di con tre molecole di acidi grassi; dal momento che non contengono gruppi acidi grassi; dal momento che non contengono gruppi funzionali elettricamente carichi o gruppi fortemente polari, funzionali elettricamente carichi o gruppi fortemente polari, vengono spesso definiti vengono spesso definiti trigliceriditrigliceridi oo grassi neutri. grassi neutri.
++
CCHH22 OOHH
CCHH
CCHH22
OOHH
OOHH
RRxx CC
OO
OOHH
CCHH22 OO CC RR11
OO
CCHH
CCHH22
OO CC
OO
RR22
OO CC RR33
OO
GliceroloGlicerolo Acido grassoAcido grasso TriglicerideTrigliceride
esterificazioneesterificazione
2828
Gli acidi carbossilici che si ottengono per idrolisi dei grassi Gli acidi carbossilici che si ottengono per idrolisi dei grassi e degli e degli oliiolii hanno generalmente catene lineari con un hanno generalmente catene lineari con un numero pari di atomi di carbonio. numero pari di atomi di carbonio.
I più comuni acidi carbossilici sono quelli con 14, 16 e 18 I più comuni acidi carbossilici sono quelli con 14, 16 e 18 atomi di carbonio.atomi di carbonio.
Le proprietà fisiche, ed in particolare i punti di fusione degliLe proprietà fisiche, ed in particolare i punti di fusione degliacidi grassi e dei composti che li contengono, sono acidi grassi e dei composti che li contengono, sono fortemente influenzate dalla lunghezza della catena fortemente influenzate dalla lunghezza della catena idrocarburica e dal numero di doppi legami presenti nella idrocarburica e dal numero di doppi legami presenti nella molecola.molecola.
2929
Test
a po
lare
Test
a po
lare Acidi grassi comuniAcidi grassi comuni
CC
CC
CCCC
CCCC
CCCC
CCCC
CCCC
CCCC
CCCC
HH
HH
HH
HHHH
HH
HH
HHHH
HH
HH
HHHH
HH
HH
HH
HH
HH
HH
HH
HH
HH
HHHH
HH
OO
--OO
--OO
CC
CC
CC
CC
CC
CC
CC
CC
CC
CC
CC
CC
CC
CC
CC
CC
CC
CC
HH
HH
HH
HHHH
HH
HH
HH
HH
HH
HH
HH
HH
HH
HH
HH
HH
HH
HH
HH
HH
HH
HH
HH
HH
HH
HH
HH
HH
HH
HH
HH
HHHH
HH
OO
Coda
Co
da id
rofo
bica
idro
fobi
ca
Conf
igur
azio
ne
Conf
igur
azio
ne c
iscis
3030
Nei composti completamente saturi, la libera rotazione Nei composti completamente saturi, la libera rotazione attorno ad ogni legame carbonioattorno ad ogni legame carbonio--carbonio conferisce alla carbonio conferisce alla catena idrocarburica una grande flessibilità; di catena idrocarburica una grande flessibilità; di conseguenza la conformazione più stabile risulta quella in conseguenza la conformazione più stabile risulta quella in cui le catene idrocarburiche sono cui le catene idrocarburiche sono completamente completamente esteseestese; ciò permette un migliore ; ciò permette un migliore impaccamentoimpaccamento tra catene tra catene vicine.vicine.
Negli acidi grassi insaturi i doppi legami non sono quasi Negli acidi grassi insaturi i doppi legami non sono quasi mai coniugati ed adottano la configurazione mai coniugati ed adottano la configurazione ciscis. Tale . Tale configurazione è responsabile del basso punto di fusione configurazione è responsabile del basso punto di fusione dei grassi in quanto la non linearità delle catene dei grassi in quanto la non linearità delle catene idrocarburiche, idrocarburiche, impedisce l’impedisce l’impaccamentoimpaccamento compattocompattoed ordinato tipico dello stato solido.ed ordinato tipico dello stato solido.
3131
Acidi saturi Acidi insaturi
Le possibilità d’Le possibilità d’impaccamentoimpaccamento delle catene degli delle catene degli acidi grassi dipende dal grado d’acidi grassi dipende dal grado d’insaturazioneinsaturazione
3232
Lipidi di membranaLipidi di membrana
Le membrane biologiche sono costituite da un doppio strato Le membrane biologiche sono costituite da un doppio strato formato da lipidi strutturalmente caratterizzati di una testa formato da lipidi strutturalmente caratterizzati di una testa polare polare idrofilicaidrofilica e da una coda non polare e da una coda non polare idrofobicaidrofobica..
3333
L’orientamento delle regioni L’orientamento delle regioni idrofobicheidrofobiche ed ed idrofilicheidrofilichedetermina la disposizione e l’determina la disposizione e l’impaccamentoimpaccamento dei lipidi che dei lipidi che caratterizzano il doppio strato della membrana. caratterizzano il doppio strato della membrana.
Le molecole nelle quali sono contemporaneamente presenti Le molecole nelle quali sono contemporaneamente presenti proprietà antitetiche come l’proprietà antitetiche come l’idrofilicitàidrofilicità e l’e l’idrofobicitàidrofobicità sono sono dette dette anfipaticheanfipatiche..
Pertanto, a differenza dei lipidi di riserva, i lipidi di membraPertanto, a differenza dei lipidi di riserva, i lipidi di membrana na sono, in generale, sono, in generale, anfipaticianfipatici..
3434
Lipidi di Lipidi di membrana membrana
(polari)(polari)
FosfolipidiFosfolipidi
SfingolipidiSfingolipidi
SteroliSteroli
SfingomielineSfingomieline
CerebrosidiCerebrosidi
GangliosidiGangliosidi
Classificazione dei lipidi di membranaClassificazione dei lipidi di membrana
3636
I I glicerofosfolipidiglicerofosfolipidi sono caratterizzati dalla presenza di una sono caratterizzati dalla presenza di una molecola di molecola di glicerologlicerolo, le cui funzioni alcoliche sono , le cui funzioni alcoliche sono esterificate rispettivamente con una molecola di acido esterificate rispettivamente con una molecola di acido fosforico e da due code fosforico e da due code apolariapolari, rappresentate da acidi grassi , rappresentate da acidi grassi a lunga catena.a lunga catena.
L’acido fosforico, a sua volta, può essere esterificato con L’acido fosforico, a sua volta, può essere esterificato con particolari alcoli (particolari alcoli (serinaserina, , etanolamminaetanolammina, colina o ancora , colina o ancora glicerologlicerolo,, inositoloinositolo) dando così origine ai diversi ) dando così origine ai diversi glicerofosfolipidiglicerofosfolipidi..
GliceroloGlicerolo
Acido grasso saturoAcido grasso saturo
Acido grasso insaturoAcido grasso insaturo
CCHH22 OO CC
OO
CCHH
CCHH22
OO CC
OO
OO PP
OO
OO XX
OO--
Gruppo alcolico polareGruppo alcolico polare
Acido fosforicoAcido fosforico
3737
Glicerolo
Acido grasso saturo
Acido grasso insaturo
CH2 O C
O
CH
CH2
O C
O
O P
O
O X
O-
Gruppo alcolico polare
Acido fosforico
X
EtanolamminaEtanolammina
ColinaColina
SerinaSerina
GliceroloGlicerolo
InositoloInositolo
HH
FosfatidiletanolamminaFosfatidiletanolammina
Acido fosfatidicoAcido fosfatidico
FosfatidilcolinaFosfatidilcolina
FosfatidilserinaFosfatidilserina
FosfatidilgliceroloFosfatidilglicerolo
FosfatidilinositoloFosfatidilinositolo
HO CH2 CH2 NH3
HO CH2 CH2 N(CH3)3
Colina
HO CH2 CH NH3
COO-
Serina
Etanolammina
HO CH CH2 OH
OH
Glicerolo
OH
H HO
H
H
OH
H
OH
OH
H HOH
Inositolo
X
Struttura generale dei Struttura generale dei glicerofosfolipidiglicerofosfolipidi
3838
C OCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3
OCHH
C OCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CHCHCH2CH2CH2CH2CH2CH3
OC H
CH2
OPO OO
C OCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CHCHCH2CH2CH2CH2CH2CH3
OC H
C OCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3
OCHH
C OCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CHCHCH2CH2CH2CH2CH2CH3
OC H
C OCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3
OCHH
C OCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CHCHCH2CH2CH2CH2CH2CH3
OC H
C OCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3
OCHH
CH2
OPO OOCH2
CH2
NH3+
CH2
OPO OOCH2
CH2
N(CH3)3+
CH2
OPO OOCH2
CH NH3+
COOco
de n
on p
olar
ite
ste
pola
ri
Acido fosfatidico Fosfatidiletanolamina Fosfatidilcolina Fosfatidilserina
C OCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3
OCHH
C OCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CHCHCH2CH2CH2CH2CH2CH3
OC H
CH2
OPO OO
OH OH
OH
OH
OHH
HH
HH
Fosfatidilnositolo
3939
Il composto capostipite dei Il composto capostipite dei glicerofosfolipidiglicerofosfolipidi é l’é l’acido acido fosfatidicofosfatidico, che non ha testa alcolica. Si trova solo in , che non ha testa alcolica. Si trova solo in piccole quantità in forma libera ma costituisce un piccole quantità in forma libera ma costituisce un importante intermedio nella biosintesi dei importante intermedio nella biosintesi dei glicerofosfolipidiglicerofosfolipidi..
Gli acidi grassi presenti nei Gli acidi grassi presenti nei glicerofosfolipidiglicerofosfolipidi hanno, in hanno, in genere, da 16 a 18 atomi di carbonio.genere, da 16 a 18 atomi di carbonio.
Solitamente uno degli acidi grassi è saturo, mentre Solitamente uno degli acidi grassi è saturo, mentre l’altro è insaturo ed è sempre esterificato al gruppo l’altro è insaturo ed è sempre esterificato al gruppo ossidrilicoossidrilico in posizione 2 del in posizione 2 del glicerologlicerolo. .
L’atomo di carbonio 2 del L’atomo di carbonio 2 del glicerologlicerolo dei dei glicerofosfolipidiglicerofosfolipidiè un centro è un centro chiralechirale di configurazione di configurazione L.L.
4040
A pH fisiologico, tutti i A pH fisiologico, tutti i glicerofosfolipidiglicerofosfolipidi hanno una carica hanno una carica negativa sul gruppo fosforico; inoltre, sempre intorno a negativa sul gruppo fosforico; inoltre, sempre intorno a pH 7, il gruppo alcolico di testa può fornire una o più pH 7, il gruppo alcolico di testa può fornire una o più cariche elettriche.cariche elettriche.
I I glicerofosfolipidiglicerofosfolipidi, per riscaldamento in presenza di acidi , per riscaldamento in presenza di acidi o basi, si idrolizzano liberando i componenti di base: acidi o basi, si idrolizzano liberando i componenti di base: acidi grassi, grassi, glicerologlicerolo, acido fosforico ed alcol., acido fosforico ed alcol.
Possono anche venire idrolizzati Possono anche venire idrolizzati enzimaticamenteenzimaticamente da da specifiche specifiche fosfolipasifosfolipasi, che catalizzano l’idrolisi di particolari , che catalizzano l’idrolisi di particolari legami nella molecola di legami nella molecola di fosfogliceridefosfogliceride..
4242
Gli Gli sfingolipidisfingolipidi, come i , come i glicerofosfolipidiglicerofosfolipidi, sono , sono anch’essi caratterizzati da una testa polare e da due anch’essi caratterizzati da una testa polare e da due code non polari.code non polari.
A differenza dei A differenza dei glicerofosfolipidiglicerofosfolipidi, invece del , invece del glicerologlicerolo, , contengono un particolare contengono un particolare amminoalcolamminoalcol, caratterizzato , caratterizzato da una lunga catena da una lunga catena idrofobicaidrofobica che presenta una che presenta una insaturazioneinsaturazione, la , la diidrosfingosinadiidrosfingosina..
HHOO CCHH CCHH CCHH ((CCHH22))1122 CCHH33
CCHH
CCHH22
NN CC
OO
OO XX
DiidrosfingosinaDiidrosfingosina
Acido grassoAcido grasso
Testa polareTesta polare
4343
CHCH22
HHOO CHCH
CHCH22
OOHH
OOHH
GliceroloGlicerolo, , un alcol un alcol
trifunzionaletrifunzionale
CHCH
HHOO CHCH
CHCH22
OOHH
NNHH22
CHCH CHCH (CH(CH22))1212 CHCH33
DiidrosfingosinaDiidrosfingosina, , un un amminoalcolamminoalcol che contiene che contiene
una lunga catena idrocarburica una lunga catena idrocarburica insaturainsatura
4444
HO CH CH CH (CH2)12 CH3
CH
CH2
N C
O
O X
Diidrosfingosina
Acido grasso
Testa polare HH
FosfocolinaFosfocolina
GalattosioGalattosio
LattosioLattosio
Oligosaccaride complessoOligosaccaride complesso
CeramideCeramide
SfingomielinaSfingomielina
GalattocerebrosideGalattocerebroside
LattosilceramideLattosilceramide
GangliosideGanglioside
X
HO P
O
O
O
CH2 CH2 N(CH3)3
Fosfocolina
Struttura generale degli Struttura generale degli sfingolipidisfingolipidi
4545
CeramideHHOO CCHH CCHH CCHH ((CCHH22))1122 CCHH33
CCHH
CCHH22
NN CC
OO
OO HH
SfingomielinaSfingomielina
PP
OO
OO
OO
CCHH22 CCHH22 NN((CCHH33))33
La formazione di un legame ammidico tra la funzione La formazione di un legame ammidico tra la funzione amminica della amminica della diidrosfingosinadiidrosfingosina ed il gruppo carbossilico di ed il gruppo carbossilico di un acido grasso da luogo alla formazione del un acido grasso da luogo alla formazione del ceramideceramide; ; esso rappresenta l’unità comune fondamentale che serve a esso rappresenta l’unità comune fondamentale che serve a costruire gli costruire gli sfingolipidisfingolipidi più complessi: le più complessi: le sfingomielinesfingomieline, i , i cerebrosidicerebrosidi ed i ed i gangliosidigangliosidi..
L’esterificazione della funzione L’esterificazione della funzione idrossilicaidrossilicadel del ceramideceramide con con fosfocolinafosfocolina o o fosfoetanolamminafosfoetanolammina, porta alla formazione , porta alla formazione delle delle sfingomielinesfingomieline..
HO P
O
O
O
CH2 CH2 N(CH3)3
Fosfocolina
4646
Le Le sfingomielinesfingomieline, a differenza di , a differenza di cerebrosidicerebrosidi e e gangliosidigangliosidi, possiedono teste polari, contengono fosforo , possiedono teste polari, contengono fosforo e rappresentano la classe più semplice ed abbondante e rappresentano la classe più semplice ed abbondante di di sfingolipidisfingolipidi..
La guaina mielinica che circonda alcune cellule nervose La guaina mielinica che circonda alcune cellule nervose è molto ricca di è molto ricca di sfingomielinesfingomieline..
4747
La La glicosilazioneglicosilazione del gruppo del gruppo ossidriliciossidrilici del del ceramideceramide porta porta invece alla formazione di invece alla formazione di cerebrosidicerebrosidi e e gangliosidigangliosidi che che non contengono fosforo e hanno gruppi di testa neutri; non contengono fosforo e hanno gruppi di testa neutri; poiché il gruppo di testa consiste di una o più unità poiché il gruppo di testa consiste di una o più unità glucosidicheglucosidiche, i , i cerebrosidicerebrosidi ed i ed i gangliosidigangliosidi sono spesso sono spesso chiamati chiamati glicosfingolipidiglicosfingolipidi. .
CCHH22 CCHH22 CCHH22 CCHH22 CCHH22 CCHH22 CCHH22 CCHH22 CCHH22 CCHH22 CCHH22 CCHH22 CCHH33CCHHCCHHCCHHOOHH
CCHH
CCHH22 NNHH
CCOO
acido grasso a catena lungaacido grasso a catena lungaCHCH22OHOH
OO
OOHH
OOHH
OOOHOH
HHHH
HHHH
HH
GalattocerebrosideGalattocerebroside
I I galattocerebrosidigalattocerebrosidi contengono Dcontengono D--galattosio e sono galattosio e sono caratteristici delle membrane cellulari del cervello, mentre i caratteristici delle membrane cellulari del cervello, mentre i glucocerebrosidiglucocerebrosidi contengono Dcontengono D--glucosio e sono presenti glucosio e sono presenti nelle membrane cellulari dei tessuti non neurali.nelle membrane cellulari dei tessuti non neurali.
4848
I I cerebrosidicerebrosidi possono contenere fino a 6 unità possono contenere fino a 6 unità saccaridichesaccaridiche, , dando luogo alla formazione di dando luogo alla formazione di cerebrosidicerebrosidi più complessi, più complessi, localizzati sulla superficie esterna della membrana cellulare, localizzati sulla superficie esterna della membrana cellulare, che interagiscono con enzimi, tossine, virus e batteri e che interagiscono con enzimi, tossine, virus e batteri e sono inoltre coinvolti in specifici processi di adesione. sono inoltre coinvolti in specifici processi di adesione.
4949
OO
OOHH
OOHH
HH
HH
HHOOHH
OOHHCCHH22OOHH
OOOOHH
CCHH22OOHH
NNHHCCCCHH33
OO
HHHH
HH
HHHH
OO OO
HH
CCHH22OOHH
HH
HH
HHHH
OO
OOHH
OO
HH
HHHH
HHCCHH22OOHH
OOHH
OOHH
OO CCHH22
CC
CC
HH
HH
CCHH
OOHH
CC HH
NNHH
CCOO
OO
OOHH
HH
HH
HH
HH
NNHHCCCCHH33
OO
CCOOOOOO
CCCCCCHH22OOHH
OOHHOOHH
HHHH
acido stearicoacido stearico
sfingosinasfingosina
GangliosideGanglioside GM GM
I I gangliosidigangliosidi, contengono teste polari molto grandi formate , contengono teste polari molto grandi formate da numerose unità da numerose unità glucosidicheglucosidiche, solitamente , solitamente derivatizzatederivatizzatecon acido con acido NN--acetilneuramminicoacetilneuramminico, detto anche acido , detto anche acido sialicosialico; ; quest’ultima molecola che è anche presente nelle porzione quest’ultima molecola che è anche presente nelle porzione saccaridicasaccaridica di alcune di alcune glicoproteineglicoproteine di membrana.di membrana.
5050
I I gangliosidigangliosidi, di gran lunga gli , di gran lunga gli sfingolipidisfingolipidi più complessi, più complessi, sono importanti componenti dei siti sono importanti componenti dei siti recettorialirecettoriali specifici e specifici e sono coinvolti nei processi di riconoscimento molecolare.sono coinvolti nei processi di riconoscimento molecolare.
I I gangliosidigangliosidi sono particolarmente abbondanti nella sono particolarmente abbondanti nella materia grigia del cervello, ma sono pure presenti, anche materia grigia del cervello, ma sono pure presenti, anche se in minore quantità, sulla superficie delle membrane se in minore quantità, sulla superficie delle membrane cellularicellulari della maggior parte dei tessuti. della maggior parte dei tessuti.
Essi si trovano, ad esempio, in siti specifici sulle Essi si trovano, ad esempio, in siti specifici sulle terminazioni nervose cui si legano i terminazioni nervose cui si legano i neurotrasmettitorineurotrasmettitoridurante la trasmissione di impulsi da una cellula nervosa durante la trasmissione di impulsi da una cellula nervosa alla successiva.alla successiva.
5252
Chimicamente gli steroidi sono Chimicamente gli steroidi sono molecole complesse molecole complesse caratterizzate da quattro caratterizzate da quattro anelli: tre anelli: tre esaatomiciesaatomici ed uno ed uno pentaatomicopentaatomico, condensati tra , condensati tra loro.loro.
Gli steroidi sono lipidi strutturali presenti nella membrana Gli steroidi sono lipidi strutturali presenti nella membrana di molte cellule di molte cellule eucarioticheeucariotiche..
11
22
33
44
5353
Il nucleo Il nucleo steroideosteroideo, derivato dal , derivato dal ciclopentanoperidrofenantreneciclopentanoperidrofenantrene, , è quasi planare e relativamente rigido in quanto gli anelli è quasi planare e relativamente rigido in quanto gli anelli condensati non consentono alcuna rotazione attorno ai legami condensati non consentono alcuna rotazione attorno ai legami CC--C.C.
5454
CCHH33
HHOO
CCHH33
CCHHCCHH33
CCHH22
CCHH22
CCHH22
CCHHCCHH33 CCHH33
ColesteroloColesterolo
Il colesterolo avendo una testa Il colesterolo avendo una testa polare, rappresentata dal gruppo polare, rappresentata dal gruppo ossidrilicoossidrilico in posizione 3, ed una in posizione 3, ed una coda idrocarburica non polare coda idrocarburica non polare costituita dal nucleo costituita dal nucleo steroideosteroideo e e dalla catena laterale alchilica dalla catena laterale alchilica legata al Clegata al C--17, è 17, è anfipaticoanfipatico..
Gli steroidi più abbondanti sono gli Gli steroidi più abbondanti sono gli alcoli alcoli steroideisteroidei,, dettidetti sterolisteroli. .
Il colesterolo è il principale Il colesterolo è il principale sterolosterolodei tessuti animali. dei tessuti animali.
5555
Il colesterolo ed i suoi esteri con acidi grassi a lunga catena Il colesterolo ed i suoi esteri con acidi grassi a lunga catena sono componenti importanti delle sono componenti importanti delle lipoproteinelipoproteine plasmaticheplasmatichee della membrana cellulare esterna.e della membrana cellulare esterna.
5656
I I glicerofosfolipidiglicerofosfolipidi, gli , gli sfingolipidisfingolipidi e gli e gli sterolisteroli sono composti sono composti anfipaticianfipatici, praticamente insolubili in acqua; a contatto con , praticamente insolubili in acqua; a contatto con questo solvente formano microscopici aggregati lipidici in questo solvente formano microscopici aggregati lipidici in una fase separata dall’ambiente acquoso circostante. una fase separata dall’ambiente acquoso circostante.
Le molecole lipidiche si raggruppano in modo che le parti Le molecole lipidiche si raggruppano in modo che le parti idrofobicheidrofobiche siano in contatto tra loro, mentre i gruppi siano in contatto tra loro, mentre i gruppi idrofiliciidrofilici interagiscono con la fase acquosa. interagiscono con la fase acquosa.
Il raggruppamento dei lipidi ha lo scopo di ridurre la Il raggruppamento dei lipidi ha lo scopo di ridurre la quantità di superficie quantità di superficie idrofobicaidrofobica esposta all’acqua e di esposta all’acqua e di minimizzare il numero di molecole di acqua che si trovano minimizzare il numero di molecole di acqua che si trovano nello strato organizzato all’interfaccia acquanello strato organizzato all’interfaccia acqua--lipide, lipide, producendo un aumento di entropia. producendo un aumento di entropia.
5858
Quando lipidi Quando lipidi anfipaticianfipatici vengono mescolati con acqua, si vengono mescolati con acqua, si possono ottenere tre tipi di aggregati, a seconda delle possono ottenere tre tipi di aggregati, a seconda delle condizioni e della natura chimica dei lipidi utilizzati:condizioni e della natura chimica dei lipidi utilizzati:
MicelleMicelle
Doppi stratiDoppi strati
LiposomiLiposomi
5959
Le micelle sono strutture sferiche relativamente piccole nelle Le micelle sono strutture sferiche relativamente piccole nelle quali le molecole di lipidi disposte in modo che le loro parti quali le molecole di lipidi disposte in modo che le loro parti idrofobicheidrofobiche siano all’interno della struttura, nascoste siano all’interno della struttura, nascoste all’acqua, e le parti all’acqua, e le parti idrofilicheidrofiliche siano esposte sulla superficie, a siano esposte sulla superficie, a contatto con l’acqua.contatto con l’acqua.
La formazione di micelle è La formazione di micelle è favorita quando l’area della favorita quando l’area della sezione trasversale della sezione trasversale della testa polare è superiore a testa polare è superiore a quella della catena quella della catena idrofobicaidrofobica, come accade nei , come accade nei sali degli acidi grassi, negli sali degli acidi grassi, negli isofosfolipidiisofosfolipidi (che mancano di (che mancano di un acido grasso) e nel un acido grasso) e nel detergente sodio detergente sodio dodecilsolfatododecilsolfato (SDS).(SDS).
6060
Nel doppio stratoNel doppio strato i due strati lipidici si combinano in modo i due strati lipidici si combinano in modo da formare un foglietto bidimensionale; le porzioni da formare un foglietto bidimensionale; le porzioni idrofobicheidrofobiche dei due dei due monostratimonostrati interagiscono tra loro interagiscono tra loro escludendo l’acqua; le teste escludendo l’acqua; le teste idrofilicheidrofiliche si dispongono sulle si dispongono sulle due superfici esterne del doppio strato a contatto con due superfici esterne del doppio strato a contatto con l’acqua.l’acqua.
La formazione del doppio La formazione del doppio strato ha luogo quando le strato ha luogo quando le aree delle sezioni trasversali aree delle sezioni trasversali delle teste polari e delle delle teste polari e delle catene catene idrofobicheidrofobiche sono sono simili, come per i simili, come per i glicerofosfolipidiglicerofosfolipidi e gli e gli sfingolipidisfingolipidi..
6161
Il terzo tipo di aggregato lipidico si forma quando un Il terzo tipo di aggregato lipidico si forma quando un doppio strato lipidico si richiude su se stesso generando doppio strato lipidico si richiude su se stesso generando una sfera chiamata una sfera chiamata liposomaliposoma o o vescicolavescicola. .
Mediante la formazione delle vescicole, i doppi strati Mediante la formazione delle vescicole, i doppi strati perdono l’perdono l’idrofobicitàidrofobicità dei bordi che nella struttura aperta dei bordi che nella struttura aperta restano scoperti e acquistano la massima stabilità restano scoperti e acquistano la massima stabilità nell’ambiente acquoso. nell’ambiente acquoso.
Queste vescicole a doppio Queste vescicole a doppio strato includono acqua strato includono acqua formando un formando un compartimento acquoso compartimento acquoso separato dall’ambiente separato dall’ambiente circostante. circostante.
6262
Come si vedrà più avanti, i doppi strati lipidici Come si vedrà più avanti, i doppi strati lipidici svolgono un ruolo fondamentale per la struttura di svolgono un ruolo fondamentale per la struttura di tutte le membrane biologiche.tutte le membrane biologiche.
I doppi strati I doppi strati fosfolipidicifosfolipidici e i e i liposomiliposomi sono molto sono molto studiati sia perché le loro proprietà sono molto simili studiati sia perché le loro proprietà sono molto simili a quelle delle membrane naturali sia per le crescenti a quelle delle membrane naturali sia per le crescenti applicazioni in campo farmaceutico. applicazioni in campo farmaceutico.