Principi di
Biochimica
Augusto Innocenti
Biologo Nutrizionista
Perfezionamento in Biochimica e Biologia Molecolare
Phd in Neurobiologia e Neurofisiologia
Materia: Atomi e Molecole
La materie è costituita da particelle elementari
chiamati Atomi che legandosi tra di loro
formano le Molecole.
Nelle molecole gli atomi sono tenuti assieme da
forze di vario tipo che formano i cosiddetti
legami chimici.
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Materia: Atomi e Molecole
Gli Atomi sono costituiti
da tre tipi di particelle:
Protoni (carica positiva),
Neutroni (carica neutra)
ed
Elettroni
(carichi
negativa). I protoni ed i
neutroni
formano
il
nucleo, attorno al quale
girano gli elettroni.
Materia: Atomi e Molecole
Gli atomi si associano spontaneamente tra loro
attraverso i legami chimici, formando le molecole
I legami chimici sono le forze che tengono uniti
gli atomi che formano le molecole.
Un legame è formato dalla condivisione o dal
trasferimento di elettroni tra atomi e
dall'attrazione elettrostatica tra protoni ed
elettroni
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Materia: Atomi e Molecole
Elementi:
sostanze composte da un solo
tipo di atomo es. H2 O2
H2
O2
Composti:
sostanze composte da
molecole che contengono
più specie atomiche es.
H2O.
Materia: Atomi e Molecole
L’Energia di Legame è l’energia necessaria per
rompere un certo legame.
Più è forte un legame chimico più alta sarà la sua
energia di legame.
La stabilità di una molecola, quindi, è tanto
maggiore, quanto più alta è la sua energia di
legame.
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Reazioni Chimiche
La propensione degli atomi a formare molecole
può essere ricondotto alla tendenza di un sistema
a raggiungere una situazione stabile, a minore
contenuto di energia (II principio della
Termodinamica).
Infatti l’energia della molecola così formata è
inferiore rispetto a quella dei due atomi isolati.
Reazioni Chimiche
Allora, se due atomi posti a contatto reagiscono
tra loro spontaneamente, si potrà scrivere:
A + B = AB + energia
A
B
ENERGIA
+
Energia
-
AB
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Reazioni Chimiche
Trasformazioni della materia in cui gli atomi, pur
restando inalterati si legano e si ridistribuiscono
in modo diverso da quello originario, formando
così sostanze diverse da quelle di partenza.
Le sostanze da cui si parte sono dette reagenti, le
sostanze ottenute al termine della reazione sono
dette prodotti.
Reazioni Chimiche
Una reazione chimica del tipo A B avviene
perché una certa frazione della popolazione di
molecole della sostanza A possiede abbastanza
energia per raggiungere una condizione attivata
(Stato di transizione) in cui vi è un’alta
probabilità che avvenga la formazione o la
rottura di un legame chimico che ha come
risultato la formazione della sostanza B.
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Reazioni Chimiche
Energia di Attivazione:
Il composto X è in uno stato metastabile perché
viene liberata energia quando è convertito nel
composto Y.
Affinché avvenga questa
trasformazione ad X deve
essere somministrata una
certa
energia
per
superare la barriera che
lo separa dal composto Y.
Reazioni Chimiche
Reazioni esoergoniche:
L’energia dei prodotti è minore
rispetto a quella dei reagenti: si
ha una liberazione di energia
verso l'esterno.
Reazioni endoergoniche:
L’energia
dei
prodotti è
maggiore rispetto a quella dei
reagenti: si ha un assorbimento
di energia dell'esterno.
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Reazioni Chimiche
Reazioni Accoppiate:
A) Reazione spontanea che produce energia (calore);
B)L’energia prodotta da A viene in parte accumulata;
C)L’energia accumulata in B viene utilizzata per produrre lavoro
in un’altra reazione.
Reazioni Chimiche
Idrolisi:
Rientrano sotto il generico nome di idrolisi
(dal greco ydor, acqua, e lyo, sciogliere)
diverse reazioni chimiche in cui una
molecola viene scissa in due o più parti
grazie all’intervento di una molecola di
acqua
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Reazioni Chimiche
Condensazione:
Reazioni di unione di due o più molecole,
fra loro uguali o diverse, accompagnata
dall’eliminazione di una molecola d’acqua o
di altre molecole a basso peso molecolare
(alcool, ammoniaca ecc.).
Reazioni Chimiche
Ossidazione:
In senso ristretto, reazione di combinazione
dell’ossigeno con un elemento o un
composto.
In senso più generale, la trasformazione
durante la quale si ha perdita di elettroni da
parte di una specie chimica, in un processo
di ossidoriduzione (Redox).
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Reazioni Chimiche
Velocità di Reazione:
La velocità con cui si svolge una reazione, ossia il
numero di reazioni che avvengono nell’unità di
tempo.
Si può esprimere come diminuzione della
concentrazione di un reagente (o aumento della
concentrazione di un prodotto) nell’unità di
tempo.
Reazioni Chimiche
La velocità di una reazione ad una data
temperatura è proporzionale alla concentrazione
dei suoi reagenti (legge dell’azione di massa), ma
anche alla concentrazione della specie allo stato
di transizione.
La velocità di reazione è anche proporzionale alla
temperatura a cui si svolge (la temperatura
fornisce
energia
termica
ai
reagenti),
generalmente la velocità raddoppia ad un
aumento di 10°C della Temperatura .
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Reazioni Chimiche
Catalizzatore:
Sostanza che modifica la velocità di una
reazione chimica, risultando inalterata al
termine del processo:
Catalisi positiva aumenta la
velocità di reazione.
Catalisi negativa diminuisce
la velocità di reazione.
Reazioni Chimiche
Pur rimanendo inalterato al termine della
reazione il catalizzatore prende parte alla
reazione chimica combinandosi con i reagenti
e formando un complesso intermedio attivato
che poi si separa nei prodotti e rilascia il
catalizzatore.
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Enzimi
Gli enzimi sono molecole di natura proteica
che svolgono la funzione di catalizzatori
biologici,
facilitando
le
interazioni
biochimiche ed accelerando la velocità delle
reazioni di sintesi o di degradazione che
avvengono all'interno della cellula (la
velocità di tali reazioni può essere
aumentata fino a 10 milioni di volte).
Enzimi
Ciascun enzima è specifico di una data
reazione o di un gruppo di reazioni simili.
Molti enzimi sono attivi solo se associati a
un cofattore (uno ione metallico come Fe2+ o
Mn2+) o a una struttura organica più
complessa, detta coenzima (che spesso è
una vitamina).
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Enzimi
L’enzima ed i reagenti che in questo caso
prendono il nome di Substrato entrano in
contatto e si legano tra loro
Gli enzimi ed il substrato formano dei complessi
altamente instabili detti Stati di Transizione.
Enzimi
In definitiva gli enzimi accelerano le reazioni
chimiche diminuendo l’energia di attivazione.
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Enzimi
Le cellule riescono a operare con tanta
facilità le trasformazioni grazie alla presenza
degli enzimi che adeguano la velocità delle
reazioni alle necessità della cellula stessa.
Monomeri
Polimeri
Monosaccaridi
Polisaccaridi
Aminoacidi
Proteine
Acidi Grassi
Grassi, Lipidi
Nucleotidi
Acidi Nucleici
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Monomeri
Polimeri
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