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SCHEMA 3D DI UNA CELLULA
BIOCHIMICA DELLE
CELLULE
-L’acqua rappresenta il 70% del
peso della cellula
• C,H,N,O,P,S rappresentano
il 99% della massa della
cellula
– Altri elementi includono calcio
(Ca2+), magnesio (Mg2+), zolfo
(S), potassio (K)
Carbonio
• Ha un piccolo peso
• Ha 4 elettroni esterni per formare
legami
– Puo’ formare 4 legami covalenti forti
• Puo’ creare molecole grandi, complesse
• H,N &O sono anch’essi piccoli e capaci di
formare legami covalenti forti
Gruppi chimici comuni
• Metile
Questi gruppi
-CH3
• Idrossile
-OH
• Carbossile
-COOH
• Amino
-NH2
sono molto
frequenti nelle
molecole
biologiche
*
• Una molecola organica è
quella che contiene carbonio
– Molecole organiche piccole
hanno un PM di circa 1001000 dalton
• Che sono circa 30 atomi di C
– Polimeri sono macromolecole
• No limiti nella misura
• In genere sono unità ripetute di
singole molecole
• Le cellule contengono 4
grandi famiglie di
piccole molecole
organiche:
_ Zuccheri
– Acidi grassi
– Amminoacidi
– Nucleotidi
Dalle piccole molecole alle
macromolecole
• Macromolecole hanno un peso molecolare di
10,000 - 1 millioni Dalton
• Solitamente subunità ripetute di zuccheri,
amminoacidi, nucleotidi acidi grassi.
• Formazione di macromolecole coinvolge la
formazione di legami covalenti forti abbastanza
da preservare la sequenza delle subunità per
lunghi periodi di tempo
Macromolecole
• Intermedi nel peso e nella complessità tra
piccole molecole e gli organelli cellulari
• Polimeri di subunità, che possono essere
combinati
• Nucleoproteine= nucleotidi + proteine
– Proteoglicani = carboidrati + catene proteiche laterali
– Glicoproteine = proteine + carboidrati s.c.
– Glicolipidi = lipidi + carboidrati
Tipi di Macromolecole
-Zuccheri
–Acidi grassi
–Amminoacidi
–Nucleotidi
Carboidrati
Lipidi
Proteine
Acidi nucleici
ZUCCHERI
• Unità base è un monosaccaride
formula generale è (CH2O)n dove n
tra 3-8
– Glucosio è C6H12O6
– Puo’ essere un anello o una catena
aperta
– Gli zuccheri contengono un numero di
gruppi idrossilici e:
–
• un aldeide
• O un chetone
H
C=O
C=O
• Le aldeidi e i chetoni possono:
– Reagire con con un gruppo OH nella
stessa molecola e convertirla in un anello
– Una volta formato l’anello il carbonio puo’
legarsi ulteriormente ad un gruppo
carbossilico su un’altra molecola a
H
O
formare:
C
CH OH
. Disaccaridi
O
H C OH
HH
OH
HO C H
• Oligosaccaridi H C OH HOOH H H
H OH
H
C
OH
• Polisaccaridi
2
CH2OH
glucosio
Funzione degli zuccheri
nelle cellule
• Principale risorsa di energia
• Polisaccaridi semplici come il
glicogeno (amido nelle c.
vegetali)
• Costituenti della matrice
extracellulare (ECM).
• Possono legarsi a proteine o
lipidi per formare
glicoproteine o glicolipidi
CARBOIDRATI
• Grandi molecole insolubili
• 1-2% della massa cellulare
• Scissi in glucosio, poi in diossido di
Carbonio, acqua eATP
– Nei mitocondri
• Amido
– Tessuti vegetali
• Glicogeno
– Tessuti animali
Oltre all’energia…..
• Zuccheri e l’acqua formano
strutture “scivolose”
– Muco
• funzione di protezione negli
ambienti difficili (intestino)
– Glicocalice e muco
• Agiscono come recettori sulle
membrane
– Adesione tra cellule, virus, ormoni,
batteri infettivi
ACIDI GRASSI
• Hanno due regioni distinte
– Una lunga catena idrocarburica
• Insolubile all’acqua o idrofobica
– Gli acidi grassi differiscono per la
lunghezza della catena idrocarburica e
dal numero ela posizione dei C=C
• Solubile nell’acqua o idrofilici
• Il gruppo carbossilico reagisce con un un
gruppo OH o NH2 su una seconda molecola
per formare esteri o amidi
O
C
O-
micell
a
Funzione degli acidi grassi nelle
cellule
• Una risorsa notevole di
cibo
– Producono 2x volte piu’
energia utile rispetto al
glucosio
– Immagazzinati nel citoplasma
gocce di trigliceridi
• 3 catene di acidi grassi uniti ad
una molecola di glicerolo
• Composizione delle
membrane cellulari
• Fosfolipidi sono i
componenti principali
• 2 catene unite ad un
glicerolo
• Il glicerolo si lega
anche ad un gruppo
fosfato carico
negativamente
• Fosfato legato a
piccole composti come
etanolamina, colina o
serina
Gruppo idrofilico
fosfato
glicerolo
Code idrofobiche di acidi
grassi
LIPIDI
• Grassi neutri
– Maggiore risorsa di energia di riserva
• Fosfolipidi
– Membrane cellulare
• Steroidi, basati sul colesterolo
– Molti ormoni
• Altre sostanze lipoidi
– Vitamine solubili nei grassi
– Prostaglandine
Fosfolipidi
Gruppo idrofilico
fosfato
glicerolo
Code di acidi grassi idrofobiche
AMMINO ACIDI
• Tutti contengono gruppi carbossilici e
amminici legati ad un singolo atomo di
carbonio
• Subunità delle proteine
– Lunghi polimeri di amminoacidi uniti testacoda da un legame peptidico tra un gruppo
carbossilico di uno a quello amminico di un
altro
• Ci sono 20 amminoacidi comuni nelle
proteine, ognuno con una differente
catena laterale
• Amminoacidi comuni sono raggruppati in
base alle cariche presenti nelle loro
catene laterali
– 2 sono acidi
– 3 sono basici
– 5 sono non carichi 10 sono nonpolari
• La formula generale degli amminoacidi
è:
atomo di carbonio a
H
Gruppo amminico
H2N-C-COOH
R
Gruppo carbossilico
Gruppo laterale
NUCLEOTIDI
• L’azoto contiene composti ad anello
legati ad uno zucchero a 5 atomi di
carbonio che presenta un gruppo
fosfato
– L’Anello si chiama base poiché
puo’ unirsi con H+ ia formare sali
acidi
– Lo zucchero a 5 carboni è il
ribosio o il deossiribosio
BASI
•
•
•
•
Pirimidine
Citosina, timina, uracile
Purine
guanina, adenina
N
N
pirimidina
N
N
N
purina
N
Funzione dei nucleotidi
• ATP (adenosin trifosfato) puo’
rilasciare energia per formare ADP
• AMP Ciclico è una molecola segnale
universale all’interno dell cellula
• Puo’ combinarsi con altri gruppi
chimici per formare coenzimi
(Coenzima A)
• Risorsa di informazioni biologiche
– acidi nucleici
ACIDI NUCLEICI
• Lunghi polimeri dove subunità nucleotidiche
sono legate covalentemente per la
formazione di un estere fosfato tra il
gruppo 3’ OH sullo zucchero e il gruppo 5’
fosfato del nucleotide successivo
NH2
fosfato
N
O
O P O CH2
O
O
Nucleotide
OH OH
base
O
zucchero
base
O
O
P
O
5’
CH2 O
sugar
O
3’ O
O P O
base
O
5’ CH
2
O
sugar
Acido nucleico
3’
OH
• RNA-Acido ribonucleico
– Lo scheletro si basa sul ribosio
– A, U, G, C
– Nucleolo, ribosoma
• DNA-Acido deossiribonucleico
– Lo scheletro si basa sul
deossiribosio
– A, T, G, C
– Nucleolo, poco mitocondriale
• A con T (oppure U) e G con C
Adenosin Trifosfato (ATP)
• Energia chimica dal glucosio trasferita
all’ATP i cui legami sono specializzati
denominati legami fosfato ad alta energia
• Questa energia puo’ essere utilizzata
immediatamente dalla cellula per
compiere il suo lavoro:
– Sintesi delle proteine
– Trasporto attraverso le membrane
– Contrazione
PROTEINE
• 50% di materiale organico
nell’organismo
• Svolgono quasi tutte le
funzioni della cellula
– composizione/strutturali
– Funzioni cellulari
Proteine Strutturali
• Proteine Fibrose
– Strutture 3D allungata
– Possono ricoprire ampi
– Filamenti Intermedi,
cheeratine
• All’interno della cellula
– Collagene
• Fuori della cellula
• Qualsiasi proteina esposta
all’ambiente extracellulare è
Stabilizzata da legami
disolfuro
– Legami covalenti sulfuro-sulfuro
(S-S bonds)
Proteine Funzionali
• Proteine Globulari
– Catena polipeptidica aggrovigliata in una
struttura rotondeggiante con una superficie
irregolare
• Mobili
• Svolgono tutto il lavoro delle cellule
–
–
–
–
Anticorpi (Immunoglobuline)
Ormoni
Trasporto cellulare
Catalizzatrici/enzimi (-ase)
• Virtualmente ogni reazione biochimica del corpo