Biochimica Descrive in termini molecolari le strutture, i meccanismi, i processi chimici che sono alla base della vita della singola cellula e che determinano le funzioni dei tessuti e degli organi dei sistemi viventi. In sintesi, descrive la logica della vita. I sistemi viventi sono costituiti da biomolecole/molecole e dalla singola unità della vita, le cellule, in contatto tra loro, che possiedono dei sistemi di comunicazione per comunicare con l'ambiente ed adattarsi ad esso. Le macromolecole definiscono e specificano la struttura. Queste strutture si formano tramite legami intermolecolari NON covalenti. Come nel DNA, la presenza di molti legami deboli fa si che la forza risultante sia molto coesiva. Nella cellula, piccole molecole, macromolecole e complessi macromolecolari sono continuamente sintetizzati e demoliti da reazioni chimiche in modo da mantenere un equilibrio dinamico; i processi in questione sono spesso legati tra di loro. Piccolo compendio sui gruppi funzionali La forza dei legami Dipende dalla distanza dei due atomi: Più sono vicini, più è forte. Più sono lontani, più è debole. Legami covalenti circa 400Kj/mol, legami non covalenti circa 40 Kj/mol. Ponte H: Quel legame che si forma tra un H ed un eteroatomo, il quale H è legato ad un atomo elettronegativo (N o O). Legame idrofobico: Interazione tra molecole idrofobiche non polari in H2O con l'obiettivo di esporre le cariche negative sulla superficie dell'acqua (es micelle del sapone). Legame ionico: Avviene tra due atomi/molecole di carica opposta, come un -COO- e +NH3 Le macromolecole grazie ai legami non covalenti sono stabili ed attive: G è più bassa e l'entropia è alta, ossia avvengono reazioni spontanee. Ogni molecola ha la propria G e che dice quanto sia spontanea una reazione: -G bassa = stabile/non reattiva. -G alta = meno stabile/reattiva. Se la somma delle G dei reagenti è maggiore della G dei prodotti, la reazione è endoergonica (richiede energia). Se la differenza reagenti-prodotti è negativa, allora la reazione è esoergonica, ossia libera energia. Se E R>P la reazione è irreversibile, esoergonica, favorita. Se R<P la reazione è endoergonica, sfavorita. Se R circa P la reazione è reversibile, quindi avremo reazioni dirette ed indirette. Quest'ultimo tipo di reazioni sono usate dalla cellula in momenti diversi in base al substrato o prodotto necessario per altre reazioni concatenate. Amminoacidi Sono le unità monomeriche che costituiscono le proteine, quelli naturali (proteosintetici) sono 20, di cui 8+1 essenziali (ossia necessari alla vita per noi umani). Quelli naturali sono quelli che vengono codificati da un codice genetico, ossia quelli codificati da una tripletta di nucleotidi. Tutti gli altri derivano da reazioni chimiche dei 20 di cui sopra, quelli non essenziali sono detti tali perché sono prodotti di reazioni enzimatiche. Gli aminoacidi sono molecole asimmetriche (cioè chirali), con struttura chimica simile, comune. Abbiamo un Calfa al quale sono legati 4 sostituenti: 1. Gruppo amminico. 2. Gruppo carbossile. 3. Atomo di H. 4. Gruppo R o catena laterale dell'amminoacido (che è ciò che interessa a noi per la differenziazione). In base alla natura chimica della catena sono poi classificati: -in base alla grandezza -in base all'idrofobicità o idrofilia 1 gruppo: idrofobici Hanno catena alchilica (idrocarburica) che conferisce la natura idrofobica; solo nella prolina questa catena forma un ciclo con il gruppo amminico, conferendo rigidità per la formazione del ciclo stesso. Il gruppo comprende: Gly, Ala, Pro, Val, Leu, Ile, Met. 2 gruppo: aromatici Nella catena laterale c'è una struttura aromatica, gli amminoacidi hanno anche poi vari sostituenti che danno proprietà idrofiliche (es. ossidrile -OH), la loro assenza dona idrofobicità (a causa dell'anello aromatico, che è costituito da una catena di carbonio insatura chiusa). Il gruppo comprende: Phe, Tyr, Trp. 3 gruppo: polari con gruppo -OH e -SH La polarità qua è data dalla dimensione di R. Il gruppo comprende: Ser, Thr, Cys, Asn, Glu; -SH lo ha Cys. 4 gruppo: amminoacidi e loro ammidi Sono acidi perché i loro R sono acidi carbossilici, che quando si deprotonano diventano i rispettivi anioni. Ad esempio: asparagina -> aspartato ; glutammina -> glutammato. 5 gruppo: amminoacidi basici Presentano in R un gruppo ammidico. Il gruppo comprende: Lys, Arg, Ist. Legame peptidico o ammidico Avviene tramite il gruppo carbossilico ed il gruppo ammidico, ha caratteristiche parziali di doppio legame, in quanto è stato sperimentalmente dimostrato che gli elettroni del doppio legame tra C=O sono anche delocalizzati tra C-N. Possiede anche una sua steroisomeria, perché O ed H sono in trans. Questo è un legame rigido e polare, con poca predisposizione a fare varie conformazioni rispetto a tratti dove non ce ne sono. Peptide In genere una catena più piccola delle proteine, potrebbe costituirne una parte, resta che sono sequenze di amminoacidi legati tra loro tramite legame peptidico. Le unità amminoacidiche sono definite residui. Le catene hanno un gruppo amminico alfa libero (residuo ammino-terminale) ed un gruppo carbossilico alfa libero (residuo carbossi-terminale). Per convenzione è l'ammino-terminale che rappresenta l'inizio della catena peptidica. I gruppi terminali molto spesso subiscono modificazioni, gli enzimi legano altri gruppi per renderli più stabili, anche per evitare la degradazione di queste proteine per evitare la degradazione di queste proteine da parte di alcuni enzimi della cellula. A tal proposito, alle proteine vengono spesso legati zuccheri, in un processo atto ad aumentare la idrofilicità detto glicosilazione. La conformazione corretta per le proteine è quella dove G è più bassa, e viene detta conformazione attiva. La denaturazione costituisce la destabilizzazione della proteina rompendo i legami che la stabilizzano, ossia cambiarne la conformazione. Proteine che legano ossigeno Si tratta di emoglobina e mioglobina; due pigmenti respiratori. Legano ossigeno reversibilmente per poi cederlo ai tessuti bersaglio. L'emoglobina in particolare, lo lega per poi cederlo a tutte le cellule dell'organismo, tranne che ai globuli rossi perché non ne hanno bisogno. La mioglobina si trova nei muscoli e lega ossigeno per permettere ad esso di avere una riserva di O2, prendendolo dall'emoglobina, in tutti quei casi di sforzo fisico che non permettono all'emoglobina di arrivare in tempi utili al muscolo, la mioglobina si comporta come un traghetto da sangue a muscolo. La mioglobina è più piccola ed avvolta su se stessa. L'emoglobina è più grande ed ha 4 subunità peptidiche, 2alfa e 2beta. Il gruppo prostestico eme è presente in entrambe le molecole, e si tratta di una parte non proteica; chimicamente è una molecola metallo-organica dove è presente ferro che lega con un molecola organica e conferisce idrofobicità, rigidità e planarità; attorno ad esso sono presenti amminoacidi idrofobi. Emoglobina e mioglobina Sono 2 proteine che legano reversibilmente ossigeno. 1. Emoglobina si trova nei globuli rossi del sangue e trasporta ossigeno a tutti i tessuti del corpo. 2. Mioglobina si trova nei muscoli e funge da riserva di ossigeno. Queste proteine, una composta da 4 subunità peptidiche, e l'altra da una soltanto, contengono il gruppo prostetico, ossia il gruppo eme, legato covalentemente alla proteina tramite la catena laterale di un'amminoacido, ossia Hys. Oltre al fatto che la mioglobina è costituita da una singola catena polipeptidica, mentre l'emoglobina da 4, quest'ultima ha un'altra particolarità: è una proteina allosterica. Le proteine allosteriche sono proteine che si trovano in più di una conformazione e hanno 2 conformazioni limite che si chiamano tesa e rilassata (rispettivamente inattiva ed attiva). La conformazione di una proteina allosterica è regolata da modulatori allosterici, i quali sono delle molecole che comunicano tramite legami, legandosi, in dei siti specifici, a delle proteine, --I positivi sono quelli che favoriscono la conformazione rilassata. --I negativi sono quelli che favoriscono la conformazione tesa. I modulatori allosterici sono un modo per regolare la funzione delle proteine allosteriche, perché con questa modalità NON sono sempre attive o inattive, ma a seconda della presenza di questi modulatori, la funzione viene adattata al momento ed alle necessità. Nel caso dell'emoglobina, l'ossigeno stesso è il suo modulatore allosterico: nella forma attiva ha più affinità, quindi lega meglio il suo ligando, O2; nella forma tesa, quella meno attiva, ha meno affinità, quindi rilascia il ligando, ossigeno. Gruppo prostetico Il Fe è un metallo di transizione, e come tutti fa legami dativi, ossia donano entrambi gli elettroni per fare legame con 1 atomo. Il Fe fa 4 legami con N (dativi/coordinazione); 1 con R di una istidina; 1 con O2 (che c'è o non c'è a seconda dei momenti). Il ferro dell'emoglobina è sempre ossidato a +2 (ferroso), il legame che si instaura con O2 è detto ossigenazione; c'è un ambiente elettronico complesso, in questa tasca, che non fa cambiare ossidazione al Fe; in più questa tasca, essendo idrofoba, non fa entrare H2O. Modalità di legame dell'O2 alla mioglobina Il gradico che lo rappresenta è iperbolico, quindi significa che nel primo tratto abbiamo una diretta proporzionalità tra la Px di O2 e il suo legame con la mioglobina (saturazione), aumenta, quindi, man mano che aumenta la concentrazione di O2, la mioglobina ne lega di più. In queste misurazioni si utilizza una convenzione, cioè quella concentrazione che da metà dell'ossigeno massimo (P50) è la concentrazione di O2 che porta al 50% di saturazione della miglobina. Il valore di P50 è 4mmHg, a questa concentrazione, quindi, metà della mioglobina ha legato con O2, l'altra no. Modalità di legame dell'O2 all'emoglobina Si ricorda che si hanno due conformazioni limite: testa e rilassata. Quando l'emoglobina è tesa: viene stabilizzata da legami ionici tra le 4 catene; le quali si legano tra loro; questi 8 legami ionici o ponti salini mantengono la forma tesa. Quando ci sono i ponti salini l'emo non ha affinità per ossigeno, perché è in una conformazione che ha poca affinità con il suo ligando e perciò lo rilascia. La P50 è di 21/22, quindi si può dire che la mioglobina sia più affine all'ossigeno in quando ha una P50 inferiore; il fatto che la P50 sia inferiore è conveniente perché permette di cedere il ligando ai tessuti o altre proteine. Man mano che l'ossigeno si lega, la forma viene trasformata sempre più in rilassata. Effetto di Bohr: Il legame tra O2 e il gruppo eme è cooperativo (dativo), di cui ossigeno è modulatore allosterico, ma non è l'unico: anche H+ lo è. A pH acido ha meno affinità per ossigeno, quindi lo rilascia, nei tessuti metabolicamente attivi c'è bisogno di ossigeno; a pH basico emo ha più affinità con ossigeno, quindi non lo rilascia, nei tessuti non metabolicamente attivi il pH tende ad essere basico. I modulatori negativi sono H+ (indicatore di metabolismo), CO2 (anch'ella indicatrice di metabolismo e se forma carbammati negativi, stabilizza la forma tesa), e 2,3-bifosfoglicerato. Il 2,3-BPG è un acido carbossilico a 3 atomi di C è il più importante modulatore negativo, sempre presente in quantità equimolare all'emoglobina (tutti i tessuti che lo producono hanno bisogno di ossigeno per vivere e questo fa si che il pigmento faccia il suo lavoro). Enzimi Sono quasi tutti proteine e catalizzatori di reazioni biologiche (le velocizzano), hanno elevata specificità (catalizzano un solo tipo di reazione, questo perché ha un sito di legame che lega solo un tipo di molecole). Operano in condizioni fisiologiche: 36/37 gradi, pH 4.2/5.6 e soluzioni acquose. Funzionano solo se in conformazione attiva, se vengono denaturati non funzionano più (sono "delicati"). La loro attività viene regolata da molecole regolatrici positive o negative e necessitano di cofattori come: ioni inorganici (Fe, Mg, Mn, Zn), molecole organiche, molecole metalloorganiche. Sono coenzimi se legati non covalentemente e gruppi prostetici se legati covalentemente. Gli enzimi abbassano l'energia di attivazione richiesta per una reazione, non agendo sul DeltaG di reagenti o prodotti e rimanendo inalterati dalla reazione (tant'è che vengono riclicati al termine del loro compito). Per legarsi al substrato, l'enzima ha delle regioni dove si lega il substrato e dove riconoscerà il substrato stesso, sono presenti anche residui amminoacidici che lavorano per velocizzare la catalisi. Tutti gli enzimi hanno NOME: indica il substrato; COGNOME: finiscono in -asi e indicano l'attività o il prodotto. Energia di legame, su cosa agisce ed a che cosa serve 1. Riduce l'entropia nell'ambiente: l'energia di legame mantiene i substrati nella posizione corretta. 2. Desolvatazione: formazione di legami tra enzima e substrato portano alla rimozione di H2O del substrato; i gruppi funzionali della molecola sono protetti da acqua, rendendola meno reattiva, l'enzima compete con l'acqua stessa per legare con la molecola in questione. 3. Stiramento o distorsione del substrato: la somma delle interazioni deboli tra enzima e substrato compensano le modifiche termodinamicamente sfavorite del substrato che nello strato di transizione può subire distorsioni, sia elettriche che strutturali. Per catalizzare una reazione, l'enzima deve essere completamente allo stato di transizione, dove fa il maggior numero di legami con il substrato. Enzimi regolatori Eseguono tutti i processi cellulari: le molecole sono passive poiché gli enzimi le trasformano. Sono detti regolatori perché regolano dei processi, ma anche loro devono essere regolati a loro volta. E1: enzima regolatore, che se è molto attivo avvia il processo e va fino alla sua conclusione, ma può venir interrotto, ha 2 classi: 1. 1 classe: enzimi allosterici, che si possono trovare sia nella conformazione limite attiva che l'altra non attiva; tutte proteine costituite da più subunità, sono finemente regolati. 2. 2 classe: enzimi regolati da modificazioni covalenti reversibili, possono essere attivi o non attivi. Gli enzimi regolatori sono a capo solo di reazioni irreversibili, perché vanno solo in un senso; se non regolate averrebbero sempre fino ad esaurimento del substrato di partenza. Gli enzimi possono subire modificazioni covalenti: 1. Fosforilazione: attacco di P sull'enzima, il quale viene preso da donatori di P, il più comune è ATP; il fosfato viene trasferito su un gruppo -OH, formando un legame estereo, in quegli enzimi che hanno una porzione con gruppi OH (aminoacidi Ser, Trn, Tyr); viene svolta da chinasi. 2. Defosforilazione: viene rotto il legame estereo tra P e OH della catena laterale degli amminoacidi; fatta dalle fosfatasi (PP1, così detta). Chinasi e fosfatasi sono sotto stretto controllo ormonale e vengono attivate o disattivate tramite il sangue ed i recettori sulle membrane cellulari, facendo avvenire una serie di reazioni a cascata che regoleranno poi questi enizmi. Recettori accoppiati a proteine G Recettori di prima classe, detti anche a serpentina poiché attraversano la membrana plasmatica più volte. I recettori sono proteine che legano specifiche molecole, mentre i meccanismi di trasduzione sono in comune, ossia condivisi tra diverse classi. Nella porzione rivolta verso l'esterno il recettore ha il sito che riconosce la molecola specifica: un'ormone, solitamente. Nella porzione interna il recettore è legato a delle proteine G, tamite legami non covalenti, che sono 3: alfa (legata a GDP), beta e gamma. Quando l'ormone arriva, legandosi al recettore e comportando un cambio conformazionale sia del recettore stesso, che della proteina G associata, che perdono di affinità nei siti Beta e Gamma e la alfa diventa affine al GTP, oltre che ad un enzima di membrana: adenilato ciclasi. Adenilato ciclasi ha affinità per ATP, convertendola in AMPc (ciclico). AMP ciclico è la versione interna dell'ormone, ossia il 2 messaggero, e rappresenta il termine della trasduzione. Il termine della trasduzione è segnato dall'attivazione (grazie ad AMP) di PKA (protein chinasi), essendo il uso modulatore allosterico positivo, che possiede una tasca specifica per il cAMP, liberando le subunità catalitiche (C) della PKA. Cascata dell'adrenalina Gli ormoni adrenalina e glucagone sono prodotti in condizioni di ipoglicemia, ossia quando il livello di glucosio sanguigno è troppo basso, indicando una carenza di energia significativa. Nello specifico, il muscolo è sensibile all'adrenalina; mentre il il fegato è più sensibile al glucagone. Arriva l'ormone che si lega al recettore, legato a sua volta a proteine G; il recettore e le proteine G cambiano conformazione e la sub. alfa si stacca, legandosi al cAMP. La fosforilasi, fosforilata da PKA diventa attiva, andando a fosforilare la proteina glicogeno fosforilasi, la quale diventa attiva ed inizia a degradare il glicogeno per fornire monomeri di glucosio. Recettori canali Un canale è una prtoeina che permette il passaggio di una molecola attraverso una membrana (è un trasportatore secondo gradiente di concentrazione e quindi passivo). Quando si lega il suo ligando, il canale si apre e la molecola passa liberamente (come nel caso degli ioni calcio, gruppo di neurotrasmettitori). Recettori enzimi Un esempio è quello del recettore dell'insulina, ormone pancreatico che viene prodotto in presenza di un'elevata quantità di nutrienti; ovviamente possiede dei recettori specifici. Il recettore per l'insulina è composto da 2 subunità alfa e 2 beta, il sito di legame si trova nella subunità alfa. Quando viene prodotta si lega al sito di legame su alfa e fa si che cambi conformazione, che si esplica nell'attivazione della sua attività enzimatica chinasica (ossia fosforila). Avendo attività tirosin chinasica, fosforila prima le proprie tirosine; solo successivamente fosforila anche IRS-1 (insulin receptor substrate 1). IRS-1 viene fosforilato ben 3 volte, da qui parte poi una serie di altri eventi che coinvolgono altre proteine, alla fine promuove la trascrizione di alcuni geni specifici (il che vuol dire che il segnale arriva fino al nucleo). Si ottiene che il glucosio viene trasformato in glicogeno. Attivazione della glicogeno sintasi da parte dell'insulina IRS-1 fosforilato si va a legare con P13K (chinasi); vicino si trova PIP2 (un lipide di membrana), il quale viene fosforilato e diventa PIP3. Quest'ultimo si lega alla PKB (chinasi) che va a fosforilare GSK3, che diventa inattiva. GSK3 se presente insulina è in forma attiva, in questo modo fosforila glicogeno sintasi che svolge il suo compito; da inattiva non fa sintetizzare glicogeno. Il meccanismo descritto è prettamente muscolare ed epatico. Lipidi di membrana Gruppo di macromolecole, diviso in due categorie: 1. Lipidi di membrana: componente principale di tutte le membrane plasmatiche e degli organelli. 2. Lipidi di riserva: tipici del tessuto adiposo e riserva di energia. Entrambe le classi hanno come costituenti gli acidi grassi. Acidi grassi 1. Hanno gruppo carbossilico (si chiamano acidi per un motivo). 2. Hanno una lunga coda idrocarburica o alchilica. Quando c'è C=C, la presenza del doppio legame comporta un po' di rigidità. La catena idrofobica alchilica fa si che le code "stiano bene" le une vicine alle altre, il che permette di ridurre notevolmente la superificie esposta all'acqua. Acidi grassi saturi, sono più compatti quindi c'è meno fluidità. Acidi grassi insaturi, sono meno compatti, quindi c'è un alto grado di fluidità. Lipidi di riserva Sono trigliceridi o trigliceroli (poiché sono esteri del glicerolo). I trigliceroli sono 3 acili, quindi 3 radicali di acido grasso (hanno un ossigeno con 1 solo elettrone spaiato), esterificati con il glicerolo (un trialcol). Il legame si forma tra il gruppo -OH del glicerolo (e ne ha ben 3) ed il gruppo carbossilico dell'acido grasso. In ogni caso i trigliceroli (che chiameremo solo trigliceridi d'ora in poi), sono la forma degli acidi grassi all'interno delle cellule chiamate adipociti, in quanto sono molecole stabili ed inerti che "non danno particolare fastidio". Sono chiaramente molecole idrofobiche, dal momento che non vi sono H liberi (legati ad atomi molto elettronegativi) per poter formare legami idrogeno. Lipidi di membrana Le membrane biologiche sono delle strutture che delimitano la cellula o compartimentano il suo interno: hanno, quindi, la funzione di dividere ambienti diversi per permettere una migliore organizzazione dei processi che avvengono all'interno della cellula, la separazione non è, tuttavia, totale perché comunque serve che ci sia comunicazione tra citoplasma ed esterno. Le membrane sono costituite da lipidi che conferiscono una natura idrofobica, questo vuol dire che le molecole polari non sono in grado di passare liberamente (schema a mosaico fluido). Sulla superficie sono presenti proteine: 1. Di transmembrana, cioè che attraversano la membrana ed hanno 1 porzione esterna, 1 che attraversa il doppio strato fosfolipidico ed 1 interna; il tratto transmembranoso è costituito da amminoacidi idrofobi che instaurano interazioni idrofobe con il doppio strato fosfolipidico. 2. Periferiche o associate alla membrana, cioè ancorate alle teste polari dei lipidi. Queste proteine permettono la comunicazione tra interno ed esterno. Ricapitolando: -I recettori permettono la comunicazione. -Le proteine permettono il trasporto di molecole. Fosfolipidi Si dividono in 2 classi: 1. Derivati del glicerolo: glicerolo esterificato da 2 acidi grassi ed il 3 -OH che lega un gruppo fosfato, a sua volta legato ad una molecola idrofila; la loro natura chimica li fa posizionare all'interno del doppio strato lipidico (infatti si chiama doppio strato fosfolipidico). Molto simili ai trigliceridi, soltanto che posseggono, al posto del 3 acido grasso esterificato al glicerolo, un -OH esterificato con fosfato e molecola idrofila. Esterno -> teste polari dove troviamo il fosfato. Interno -> troviamo le code aciliche molto apolari (idrofobe). 2. Derivati della sfingosina: la sfingosina lega 1 acido grasso ed 1 fosfato con una molecola idrofila; l'acido grasso qui è legato tramite un legame ammidico alla sfingosina. Colesterolo Costituito da un nucleo di cicli fusi assieme, detto nucleo steroideo sopra c'è una catena alchilica idrocarburica; conferisce quindi una spiccata idrofobicità. Presente soltanto un -OH, che conferisce un lieve grado di idrofilicità, che in molti casi è esterificato ad un acido grasso per costituire poi i vari esteri del colesterolo. Il colesterolo è una molecola molto importante perché è effettivo costituente della membrana plasmatica nonché precursore chimico degli ormoni sessuali (ma non solo). Trasporti I trasportatori sono proteine. Per poter entrare nella cellula le molecole idrofile devono: 1. Solvatarsi. 2. Interagire con la parte idrofila. 3. Passare. 4. Risolvatarsi. I trasportatori abbassano il DeltaG di trasporto creando un ambiente "comodo" per la molecola, in modo che riesca a portarla dall'altro lato della membrana. I trasportatori sono specifici, cioè ogni molecola / classe di molecole ha / hanno il loro trasportatore specifico. 1. Secondo gradiente di concentrazione, di carica o pH -> non necessitano di energia (ATP). 2. Contro gradiente di concentrazione, di carica o pH -> hanno bisogno di energia (ATP). Quasi tutte le molecole organiche hanno un trasportatore e quasi tutte sono secondo gradiente di concentrazione. Per gli ioni invece (come ad esempio Sodio, Potassio o Calcio): -Se secondo gradiente si parla di canali. -Se contro gradiente si parla di pompa. Per esempio, se il glucosio dovesse voler entrare nella molecola, si legherà al suo sito specifico sul trasportatore, questo cambierà conformazione aprendo il canale, il glucosio passerà e successivamente il trasportatore ritornerà alla sua forma iniziale. I trasportatori che trasportano due molecole sono detti di cotrasporto e sono di due tipi in base alla direzione: 1. Simporto: stessa direzione. 2. Antiporto: direzione opposta. Il trasporto attivo richiede energia, generalmente ATP o qualche altra forma di energia: a. ATP -> ADP per trasportare la molecola da dove è più concentrata a dove lo è di meno. b. Fa un cotrasporto -> controgradiente (S2) e prende l'energia dal cotrasporto della molecola secondo gradiente (S1). Un'esempio di trasporto attivo è la pompa sodio-potassio ATPasi; fa uscire 3 sodio per portare dentro 2 potassio facendo questo mantiene la concentrazione di sodio e potassio e creando uno squilibrio di carica (dentro negativa e fuori positiva). Le vie metaboliche Il metabolismo è come la cellula elabora, secondo il progetto cellulare, le macromolecole; ogni classe di molecole è a se stante e le vie metaboliche sono collegate tra loro, perciò necessitano di una regolazione, sono divisibili in 2 gruppi: 1. Cataboliche o di degradazione: la loro funzione è di scindere molecole grandi in molecole più piccole; ci sono anche dei processi che "sfruttano"" l'energia utilizzando l'energia ricavata da questi processi per ricaricare l'ATP, generando prodotti di scarto. L'energia ottenuta dai nutrienti = ATP + prodotti di scarto. 2. Anaboliche o biosintetiche: da molecole piccole, vengono generati polimeri più o meno grandi (o molto grandi, come nel caso delle proteine), consumando ATP. Entrambi questi processi avengono sempre contemporaneamente e parallelamente. Per dire, ogni giorno 1 uomo adulto consuma circa 40Kg di ATP. La cellula tende sempre ad avere 10 ATP per ogni ADP, quando l'equilibrio si rompe, viene risintetizzata atp. Ci sono vie cicliche ove convergono sia catabolismo che anabolismo. Le molecole contenute nei nutrienti e l'energia deriva dal carbonio e questa dipende dal suo stato di ossidazione; è energia elettrochimica. La cellula raccoglie [e-] per produrre ATP, ciò avviene sempre a stadi, per raccogliere elettroni ci sono diverse molecole che si riducono che fungono da "cesti". Minore energia: diossido di carbonio. Massima energia: metano. Le deidrogenasi: sono enzimi che catalizzano ossidoriduzioni, gli [e-] vengono raccolti da coenzimi: 1. Possono essere nad+ dipendenti / nadh dipendenti. 2. Possono essere fad dipendente / fadh2 dipendenti. I veri nutrienti Grassi, polisaccaridi e proteine diventano tutti acetil-CoA. L'acetile si può considerare una forma parzialemente ossidata dei nutrienti; ogni C deve diventare +4, ci sono 8e- da raccogliere, e vengono raccolti nel ciclo dell'acido citrico e si arriva poi all'ATP tramite fosforilazione ossidativa. Nucleotidi I nucleotidi sono composti da uno zucchero legato ad una base azotata ed uno più gruppi fosfato. I nucleotidi sono trasportatori di energia chimica, cioè è in grado, attraverso l'idrolisi di 1 o 2 gruppi fosfato di fornire energia a tutti i processi endoergonici che la richiedono. Adenosin trifosfato (ATP) Nucleotide; ha una base azotata legata ad uno zucchero tramite legame glicosidico, si ha poi un fosfato legato al ribosio tramite legame esterico e i 2 fosfati successivi legati tramite legame anidridico. I fosfati sono nominati in ordine di prossimità allo zucchero: alfa il più vicino, poi beta e infine gamma. Con il distacco di un fosfato libera energia perché il DeltaG dell'ADP è più bassa di quella dell'ATP, questa molecola ha molte cariche negative perciò è meno stabile dell'ADP. DeltaG = -30,5 Kj/mol. Viene consumata nei processi endoergonici, anche se il consumo di ATP è NON parallelo, ossia partecipa alla reazione. Ricaricare AMP (quindi con 2 fosfati utilizzati) è molto dipendioso, difatti servono ben 2ATP per poter ottenere 2ADP. ATP si stabilizza subendo idrolisi dei suoi gruppi fosfato, ci sono altre molecole con tale comportamento. Altre molecole donatrici di fosforo 1. Fosfoenolpiruvato: cede fosfato e si stabilizza tramite tautomerizzazione; DeltaG -61,9Kj/mol. 2. 1,3-bifosfoglicerato: DeltaG: -49,3Kj/mol. 3. Fosfocreatina: DeltaG: -43Kj/mol. Tutte queste molecole possono essere usate per aggiungere fosfati all'ADP. Coenzima A Nucleotide e anche coenzima; ha come gruppo funzionale un gruppo tiolico (-SH), attraverso il quale svolge la sua funzione, cioè quella di trasportare acili attivati, legando un acido attraverso legame tioesterico con il gruppo -SH; in questo caso, ovvero quando è presente il legame di coniugazione al coenzima, si dice che il CoA è attivo e prende il nome di acetil-. Dopo scissione del legame tiostere avremo il sistema acetato/acido acetico e CoA. DeltaG: -31,4Kj/mol -> poco più dell'idrolisi dell'ATP. L'energia liberatasi può essere usata per attaccare un fosfato dall'ADP. Quando la cellula ha bisogno di sintetizzare acetil-CoA, quindi ricorre ad idrolizzare 2ATP perché 1ATP non è sufficiente, la reazione è quindi spostata a destra. Il CoA ha come funzione quella di trasportare acidi grassi ove servono; l'energia prodotta può essere conservata (nei legami tioesterici) e riciclata Nicotin ammide adenin dinucleotide (NAD+) Nucleotide perché composto da 2 nucleotidi; il [+] è presente poiché l'N della nicotinammide è carico positivamente. Lavorano con la deidrogenasi, enzimi mediatori delle ossidoriduzioni. Raccoglie [e-], prendendo protoni sulla nicotinammide; quando si ossidano prendono due elettroni alla volta sempre sottoforma di H-. Il NADH è solubile e lavora su enzimi ma non vi è legato. Flavin adenin dinucleotide (FAD+) Dinucleotide anch'esso; legato covalentemente all'enzima. Trasferisce [e-] sottoforma di 2 atomi di H (sono sempre 2e- ma in forma diversa); quando ne accetta i 2 atomi di H si legano dove c'è l'anello isoallossazinico Questi due dinucleotidi sono molto importanti perché hanno funzione di accettori di elettroni [e-] quando sono ossidati e invece hanno funzione di donatori di elettroni [e-] quando sono ridotti. Entrambi sono coenzimi e lavorano con degli enzimi chiamati deidrogenasi, enzimi che catalizzano reazioni di ossidoriduzione. Donano ed accettano sempre 2e- alla volta. cAMP Il fosfato fa 2 legami esterei con lo zucchero creando un ciclo; deriva dall'ATP dopo che ha perso 2 gruppi fosfato e si è formata una ciclizzazione. 2 messaggero che viene sintetizzato in risposta agli ormoni adrenalina o glucagone.
