BIOCHIMICA DELLA CELLULA

DI COS’È FATTA UNA CELLULA H2O 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 -CH3 Idrossile -OH Carbossile -COOH Amino -NH2 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 Non ci sono limiti teorici superiori alle dimensioni

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

Zuccheri Monosaccaride è l’unità base La formula generale è (CH2O)n n è un numero intero da 3 a 8 Glucosio è C6H12O6 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 Acidi Grassi Saturi 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, 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 (NH2) legati 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 Carbossilico Gruppo Amminico Catena Laterale

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 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 Proteine Mobili 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 Testa Idrofilica 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 Fosfolipidi Steroidi, basati sul colesterolo Trigliceridi, maggior fonte di energia (> 90%) Fosfolipidi Principali costituenti delle membrane cellulari 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 (CO2), 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