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BIOCHIMICA DELLA CELLULA

DI COS’È FATTA UNA CELLULA • H 2 O costituisce il 70% del peso di una cellula • C, H, N, O, P, S costituiscono il 99% della massa di una cellula – Altri costituenti sono Ca, Mg, Si, K

Carbonio • Atomo di piccole dimensioni • Alla base della vita sul pianeta Terra • Possiede 4 elettroni esterni – Può formare 4 legami forti, covalenti, con altri atomi • Può creare molecole grandi e complesse – Senza limite di dimensioni

Idrogeno, Ossigeno e Azoto • Sono anch’essi atomi piccoli in grado di formare legami covalenti

Gruppi chimici più diffusi • Metile • Idrossile • Carbossile • Amino -CH 3 -OH -COOH -NH 2 Questi gruppi si ritrovano in tutte le molecole biologiche

• Una molecola si definisce Organica se contiene almeno un atomo di C – Le molecole organiche piccole hanno un peso molecolare di 100 -1000 dalton • Corrisponde più o meno a 30 atomi di C • Macromolecole – Sono generalmente dei polimeri – Ripetizioni di molecole più piccole – Teoricamente non ci sono limiti teorici superiori alle loro dimensioni

• Le cellule contengono 4 famiglie di piccole molecole organiche – Zuccheri – Lipidi – Aminoacidi – Nucleotidi

Zuccheri • Monosaccaride è l’unità base • La formula generale è (CH 2 O)n – n è un numero intero da 3 a 8 – Glucosio è C 6 H 12 O 6 • Sono molecole sia ad anello sia a catena aperta • Contengono gruppi idrossilici e carbonilici, alternativamente – O un’aldeide – O un chetone

• Il gruppo aldeide o il chetone possono – Reagire con un gruppo idrossile della stessa molecola convertendola in un anello

• Gli anelli così formati possono unirsi in modo da formare:

Funzione degli Zuccheri • Sono la principale fonte di energia per la cellula – Polisaccaridi semplici come Glicogeno o Amido servono per immagazzinare energia • Sono componenti della Matrice Extra Cellulare (ECM) • Possono essere legati a proteine e a lipidi per dare origine a – Glicoproteine – Glicolipidi

Acidi Grassi • Gruppo eterogeneo di composti • Essenzialmente catena lineare di atomi di Carbonio – Numero pari • Biologicamente importanti sono – Grassi o Lipidi – Fosfolipidi – Steroidi

Acidi Grassi • Acidi Grassi Insaturi – Atomi di C legati tra loro C=C, non completamente saturati da H – Mono- e Poli-insaturi – Liquidi a temperatura ambiente – Grassi “buoni” • Acido Linoleico e Arachidonico, Arachidonico assunti dalla dieta • Acidi Grassi Saturi – Nessun C=C – Maggior numero possibile di atomi H – Grassi animali e vegetali solidi a temperatura ambiente

Aminoacidi • Gruppo Carbossilico (COOH) e Gruppo Amminico (NH 2) legati Catena Laterale allo stesso atomo di carbonio a • Sono 20, ognuno con una catena laterale (R) differente • 2 sono acidi • 3 sono basici • 5 sono polari neutri • 10 sono non polari Gruppo Amminico Gruppo Carbossilico

Aminoacidi • Sono le unità fondamentali delle Proteine – Lunghi polimeri lineari di aminoacidi, legati testa-coda dal Legame Peptidico • Tra il gruppo carbossilico di uno ed il gruppo amminico di un altro

Nucleotidi • Composti ad anello contenenti Azoto legati ad uno zucchero a 5 atomi di carbonio ed un gruppo fosfato – Gli anelli vengono chiamati Base perché possono legare H+ – Lo zucchero a 5 carbonii è un Ribosio o un Deossiribosio

Funzioni dei Nucleotidi • Sono i costituenti degli Acidi Nucleici • Trasmettono l’informazione genetica

Funzioni dei Nucleotidi • Fonte di energia – ATP (Adenosina Tri-fosfato) – Rilascia energia quando convertita ad ADP

Adenosina Trifosfato (ATP) • Questo tipo di energia può essere usata subito dalla cellula per il proprio lavoro – Sintesi delle proteine – Trasporto attivo attraverso la membrana – Contrazione (muscolo) • Prodotta principalmente dai mitocondri – Fosforilazione Ossidativa-Respirazione Mitocondriale • L’energia chimica derivante dal metabolismo del glucosio viene trasferita all’ATP • Legami specializzati, detti legami fosfato ad alta energia

Funzioni dei Nucleotidi • Molecole segnale all’interno della cellula – AMP Ciclico – GTP • Possono formare i coenzimi combinandosi con altri elementi – Coenzima A

Da Molecole a Macromolecole • Macromolecole – Peso molecolare da 10, 000 a 1 milione di Dalton • Normalmente ripetizioni di zuccheri, amminoacidi, nucleotidi e lipidi e/o acidi grassi • La formazione di macromolecole prevede la formazione di legami covalenti, la cui forza è tale da preservare la sequenza di sub-unità per un lungo periodo di tempo

Macromolecole • Dimensioni e complessità intermedie tra le molecole piccole e gli organelli cellulari • Polimeri di sub-unità, che possono anche combinarsi tra loro – Nucleoproteine = nucleotidi + proteine – Proteoglicani = carboidrati + catene laterali delle proteine – Glicoproteine = proteine + carboidrati – Glicolipidi = lipidi + carboidrati

Macromolecole • Acidi Nucleici • Proteine • Lipidi • Carboidrati

Acidi Nucleici • Polimeri lunghi – Nucleotidi legati covalentemente da Legame Fosfosdiesterico • 3’ OH dello zucchero • 5’ fosfato del nucleotide successivo Legame Fosfosdiesterico

• RNA - Acido Ribonucleico – L’impalcatura è basata sul ribosio – Adenina, Uracile, Guanina, Citosina – Nucleolo, Ribosomi • DNA - Acido Deossiribonucleico – L’impalcatura è basata sul deossiribosio – Adenina, Timina, Guanina, Citosina – Nucleo, Mitocondri • Appaiamenti – A con T (o U) e G con C

Proteine • Sono lunghi polimeri lineari di aminoacidi, legati testa-coda dal Legame Peptidico • Tra il gruppo carbossilico di uno ed il gruppo amminico di un altro

Proteine • Sono circa il 50% della materia organica del corpo umano • Eseguono praticamente tutte le funzioni cellulari – Proteine strutturali – Proteine funzionali

Proteine Strutturali • Proteine Fibrose – Struttura semplice allungata – Possono essere molto lunghe – Filamenti intermedi, cheratine • Interne alla cellula – Collagene • Esterno alla cellula • Tutte le proteine extracellulari sono stabilizzate da Ponti Disolfuro – Legami covalenti S-S

Proteine Funzionali • Proteine Globulari – La catena polipeptidica si ripiega a formare una struttura compatta di forma sferica irregolare • Proteine Mobili • Fanno tutto il lavoro nella cellula e fuori – Anticorpi – Ormoni – Trasporto Cellulare – Catalizzatori ed enzimi • Praticamente tutto il lavoro che avviene nel corpo

Lipidi • Due regioni distinte – Coda Idrofobica • Lunga catena Idrocarburica • La lunghezza e la posizione dei legami C=C determina il tipo di lipide – Testa Idrofilica • Solubile in acqua, formata dai gruppi funzionali Testa Coda

Funzione dei Lipidi • Riserva di energia – Producono il doppio dell’energia rispetto agli zuccheri • Immagazzinati nel citoplasma degli adipociti – Sotto forma di gocce lipidiche – Trigliceridi sono i lipidi più abbondanti negli organismi viventi • Glicerolo + 3 Acidi Grassi

Funzione dei Lipidi

Lipidi • Grassi Neutri – Trigliceridi, Trigliceridi maggior fonte di energia (> 90%) • Fosfolipidi – Principali costituenti delle membrane cellulari • Steroidi, Steroidi basati sul colesterolo – La maggior parte degli ormoni • Altre sostanze lipidiche – Vitamine solubili nei grassi – Prostaglandine • Mediatori dell’infiammazione, basati su acidi grassi, “ormoni ad azione localizzata”, bersaglio farmaci FANS

Carboidrati • Grandi molecole insolubili • 1 -2% della massa cellulare • Metabolizzati a glucosio, quindi a biossido di carbonio (CO 2), acqua e ATP – Metabolizzati a livello mitocondriale • Fosforilazione Ossidativa-Respirazione Mitocondriale • Amido – Tessuti vegetali • Glicogeno – Tessuti animali

Funzione degli Zuccheri • Sono la principale fonte di energia per la cellula – Polisaccaridi semplici come Glicogeno o Amido servono per immagazzinare energia • Sono componenti della Matrice Extra Cellulare (ECM) • Possono essere legati a proteine e a lipidi per dare origine a – Glicoproteine – Glicolipidi

Oltre l’energia… • Zuccheri ed acqua rendono le superfici “scivolose” – Muco • Azione protettiva in condizioni difficili – Glicocalice e Muco • Agiscono da siti di riconoscimento sulle membrane – Riconoscimento cellulare, virus, ormoni, batteri