*

CHIMICA DELLA CELLULA

n° protoni = n° elettroni le cariche si bilanciano Chimica della Cellula ATOMI 1 atomo: nucleo di circondato da ELETTRONI NEGATIVI PROTONI POSITIVI NEUTRONI n° protoni = n° elettroni le cariche si bilanciano

n° protoni --> n° atomico n° neutroni --> …………………… Chimica della Cellula n° protoni --> n° atomico n° neutroni --> …………………… …………. contribuiscono alla massa atomica dell’atomo PESO ATOMICO

Chimica della Cellula Principali atomi dei composti biologici 8 - Azoto (N) 7 – Ossigeno (O) 6 – Carbonio (C) 1 – Idrogeno (H) Peso atomico Numero atomico

Chimica della Cellula ELETTRONI --> DUE x ORBITALE DIVERSO LIVELLO ENERGETICO TRA GLI ORBITALI LIVELLO 1 = 1 ORBITALE --> 2e- LIVELLO 2 = 4 ORBITALI --> 8e- LIVELLO 3 = 4 ORBITALI --> 8e- LIVELLO 4 = 2 ORBITALI --> 4e-

. Chimica della Cellula H C N P O S UN legame TRE legami DUE legami CINQUE legami (TRE normali + UNO doppio) SEI legami (DUE normali + DUE doppi) QUATTRO legami

Chimica della Cellula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . H C N P O S . . . . . . . . H C H H . H C H C O H . . H C H C H H H O O .

Chimica della Cellula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . H C N P O S . . . . . . . . H N H H N H

Chimica della Cellula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . H C N P O S . . . . . . . Metile Idrossile Carbossile Amminico Fosfato Carbonile Sulfidrile in chetone o aldeidi

Chimica della Cellula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . H C N P O S . . . . . . . Legame covalente singolo Doppio Legame Triplo Legame

. Chimica della Cellula H C N P O S La coppia di ELETTRONI che non forma il legame chimico, influenza l’angolo di legame semplice

Chimica della Cellula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . H C N P O S . . . . . . . . H O H . H O

Chimica della Cellula LEGAME IDROGENO: Il 70% della cellula e’ costituita da acqua --> l’acqua influenza tutte le interazioni tra macromolecole

Chimica della Cellula LEGAME IDROGENO: L’acqua e’ una molecola POLARE H -> debole carica positiva O -> debole carica negativa

Chimica della Cellula LEGAME IDROGENO: L’interazione tra H δ+ e O δ- porta alla formazione dei LEGAMI IDROGENO

Chimica della Cellula i LEGAMI IDROGENO: Determinano la SOLUBILITA’ delle molecole: Molecole POLARI interagiscono con acqua-> SOLUBILI (IDROFILE) Molecole NON POLARI NON interagiscono con acqua-> INSOLUBILI (IDROFOBE)

Chimica della Cellula i LEGAMI IDROGENO: Un atomo di IDROGENO forma un solo legame idrogeno con un altro atomo accettore. L’atomo accettore puo’ essere diverso dall’ossigeno; deve avere un doppietto elettronico “spaiato” (non legato)

Chimica della Cellula δ- δ+ δ- : D H + :A : D H --- :A

Chimica della Cellula Nel Legame Idrogeno il legame covalente :D-H deve essere DIPOLARE L’atomo accettore :A deve avere un doppietto di elettroni “non legato” che attrae la carica δ+ dell’H

Chimica della Cellula LEGAMI NON COVALENTI Stabilizzano grosse strutture molecolari A 37°C sono molto deboli e temporanei COOPERANO dando origine a STRUTTURE STABILI

Chimica della Cellula QUATTRO TIPI DI LEGAME NON COVALENTI Legame IDROGENO Legame IONICO Interazioni di “WAN DER WAALS” Interazioni di Legami IDROFOBICI

Chimica della Cellula LEGAME IONICO I legami covalenti sono spesso DIPOLARI Alcuni legami covalenti dipolari possono ROMPERSI originando un: ANIONE - ed un CATIONE +

Chimica della Cellula LEGAME IONICO ANIONE – trattiene gli elettroni CATIONE + perde gli elettroni Gli elettroni rimangono all’atomo piu’ ELETTRONEGATIVO

Chimica della Cellula LEGAME IONICO Gli IONI esistono facilimente in soluzione acquosa stabilizzati dalla polarita’ dell’acqua

pH < 7 ACIDI // pH > 7 BASICI Chimica della Cellula HCl H+ + Cl- Lo ione H+ determina l’acidita’ di una soluzione [H+] elevata --> ACIDO pH = -Log10 [H+] pH < 7 ACIDI // pH > 7 BASICI

Chimica della Cellula Lisosomi =pH ACIDO Matrice mitocondriale =pH BASICO

Chimica della Cellula MOLECOLE NON POLARI prive di ioni prive di dipoli NON IDRATABILI Insolubili in H2O

Chimica della Cellula C-H C-C Nelle MOLECOLE NON POLARI Non si possono formare le interazioni dipolo-dipolo tra atomi di C-H C-C

Interazioni di “Van Der Waals” Chimica della Cellula Tendono ad interagire con altre molecole idrofobiche per la comune REPULSIONE ad un ambiente acquoso, non per proprieta’ intrinseca della MOLECOLA Si legano con Interazioni di “Van Der Waals”

Interazioni di “Van Der Waals” Chimica della Cellula Interazioni di “Van Der Waals” O2 --> O=O non polare Due atomi che si avvicinano creano deboli forze di attrazione, non specifiche che originano le interazioni di “VDW” O=O O=O δ- δ+ δ- δ+

Le Interazioni di “Van Der Waals” sono dovute quindi a Chimica della Cellula Le Interazioni di “Van Der Waals” sono dovute quindi a CARICHE TEMPORANEE O=O O=O δ- δ+ δ+ δ-

Chimica della Cellula O=O O=O Avvicinandosi le molecole creano un DIPOLO INDOTTO e tendono ad attrarsi ulteriormente sino ad un valore soglia oltre al quale prevale la forza di repulsione O=O O=O δ+ δ- δ+ δ-

la forza di repulsione e’ dovuta alla nuvola di elettroni Chimica della Cellula la forza di repulsione e’ dovuta alla nuvola di elettroni Le Interazione di VDW avvengono sia tra sostanze polari che tra quelle NON polari O=O O=O δ- δ+ δ- δ+

Le Interazione di Van Der Waals Reazioni antigene / anticorpo Chimica della Cellula Le Interazione di Van Der Waals Sono importanti per Reazioni antigene / anticorpo Reazioni enzimatiche Ecc…. O=O O=O δ- δ+ δ+ δ-

Chimica della Cellula Le molecole non polari Tendono a ridurre al minimo il contatto con l’H2O Si associano tra loro grazie alle forze di VDW

Chimica della Cellula CH3CH2CH2CH3 --> BUTANO insolubile in H2O CH3CH2CH2CH2OH --> BUTANOLO completamente solubile in H2O

Chimica della Cellula Principali costituenti cellulari . CARBOIDRATI . LIPIDI . PROTEINE . ACIDI NUCLEICI

ZUCCHERI E POLI SACCARIDI Chimica della Cellula ZUCCHERI E POLI SACCARIDI

Chimica della Cellula CARBOIDRATI carbo (=C) + idrati (=H2O) -> C/H2O Zuccheri polisaccaridi semplici GLUCOSIO Principale nutriente cellulare DEPOSITO e RISERVA degli ZUCCHERI

Chimica della Cellula POLISACCARIDI hanno altre funzioni oltre a quella di deposito delle sostanze nutrizionali: Es - formazione glicocalice Proteine di adesione modificazione delle proteine - ecc.

Chimica della Cellula GLUCOSIO e’ il Principale nutriente cellulare --> FONTE DI ENERGIA Substrato per la sintesi di altri componenti cellulari

Chimica della Cellula GLUCOSIO Sintesi di aminoacidi Componenti di nucleotidi Sintesi di Acidi grassi Sintesi di altri zuccheri

Chimica della Cellula 2 zuccheri -> DISACCARIDE più zuccheri -> OLIGOSACCARIDE molti zuccheri ->POLISACCARIDE

Chimica della Cellula Glicogeno (animali) POLISACCARIDI Glucosio α Amido (vegetali) POLISACCARIDI Glucosio α

Chimica della Cellula GLUCOSIO Legame 1-4 lineare Legame 1-6 non lineare

Chimica della Cellula Cellulosa (vegetali) POLISACCARIDI Glucosio β

Chimica della Cellula Glicogeno (animali) ed Amido (vegetali) = IMMAGAZZINAMENTO del GLUCOSIO può dare forme ramificate Cellulosa (vegetali) = FUNZIONI STRUTTURALI non e’ ramificata non viene metabolizzata dall’uomo

Chimica della Cellula Cellulosa (vegetali) = FUNZIONI STRUTTURALI forma la parete della cellula vegetale Il legame β (1-4) non viene attaccato dagli enzimi umani FIBRE AD ELEVATA RESISTENZA MECCANICA La struttura non e’ ramificata e le catene di cellulosa si impilano l’una sull’altra

Chimica della Cellula ACIDI GRASSI E LIPIDI

Chimica della Cellula LIPIDI DEPOSITO DI ENERGIA COMPONENTI MEMBRANE CELLULARI TRASMISSIONE SEGNALE CELLULARI (ormoni steroidei)

Chimica della Cellula …… – CH2 – C – OH – O LIPIDI Acidi Grassi Catene idrocarburiche di (n) atomi di carbonio (16-18) con un gruppo carbossile …… – CH2 – C – OH O –

Chimica della Cellula Acido Grasso Saturo CH3 – (CH2)n – C – OH O –

Chimica della Cellula Acido Grasso Insaturo DOPPIO LEGAME CH3 – (CH2)n – CH = CH – C – OH O – DOPPIO LEGAME

Chimica della Cellula C = C C – – C H CIS TRANS C = C H – C C –

Chimica della Cellula Gli Acidi Grassi contengono solo legami non polari (C-H) e sono incapaci di interagire con l’H2O

Esterificazione degli Acidi Grassi Chimica della Cellula Esterificazione degli Acidi Grassi X – C – OH + HO – CH2 – X – O X – C – O – CH2 – X O – + H2O

Chimica della Cellula GLICEROLO OH CH2 – CH – CH2 –

Chimica della Cellula 3 x (acido grasso) + Glicerolo --> --> Trigliceride I Trigliceridi vengono depositati in vescicole lipidiche nel citoplasma

Chimica della Cellula 3 x (acido grasso) + Glicerolo --> --> Trigliceride DEPOSITO DI ENERGIA

“flip/flop” in apoptosi Chimica della Cellula Interna alla cellula “flip/flop” in apoptosi Tipico del Sistema Nervoso Centrale Genera DAG + I3P Secondi messaggeri

Mechanism of activation of the androgen receptor RNA pol II mRNA new proteins responsive GENE ARE TFIID E hystone acetyl transferase co-activators F B hsp T T DHT 5a-RII H TATA

Chimica della Cellula AMINOACIDI E PROTEINE

Le PROTEINE eseguono i processi indotti dall’informazione genetica Chimica della Cellula Gli acidi nucleici sono il deposito delle informazioni genetiche nella cellula Le PROTEINE eseguono i processi indotti dall’informazione genetica

Chimica della Cellula Le PROTEINE sono macromolecole costituite da aminoacidi (20 aa) E mediano quasi tutte le azioni biologiche all’interno ed all’esterno della cellula.

Chimica della Cellula PROTEINE servono per funzioni: enzimatiche recettoriali trasporto molecole trasmissione informazioni difesa da infezioni ecc…..ecc….ecc…..ecc….

Chimica della Cellula Il gruppo R e’ variabile e definisce l’aminoacido. Es.: R = H --> glicina R = CH3 --> alanina

Chimica della Cellula Il gruppo R e’ variabile e definisce l’aminoacido. Es.: R = H --> glicina R = CH3 --> alanina

Chimica della Cellula The Single-Letter Amino Acid Code: A - Alanine (Ala) C - Cysteine (Cys) D - Aspartic Acid (Asp) E - Glutamic Acid (Glu) F - Phenylalanine (Phe) G - Glycine (Gly) H - Histidine (His) I - Isoleucine (Ile) K - Lysine (Lys) L - Leucine (Leu) M - Methionine (Met) N - Asparagine (Asn) P - Proline (Pro) Q - Glutamine (Gln) R - Arginine (Arg) S - Serine (Ser) T - Threonine (Thr) V - Valine (Val) W - Tryptophan (Trp) Y - Tyrosine (Tyr)

Chimica della Cellula QUATTRO categorie di aminoacidi: R : a proprietà idrofobiche (10 aa) R : privi di carica, ma polari (5aa) R : Carico Basico (3aa) R : carico acido (2aa)

Chimica della Cellula R : a proprietà idrofobiche (10 aa) aa idrofobici: si dispongono all’interno delle proteine per evitare il contatto con l’acqua

Chimica della Cellula R : privi di carica, ma polari (5aa) R : carico Basico (3aa) R : carico acido (2aa) aa idrofilici: si dispongono sulla superficie delle proteine formando legami polari

Aminoacidi fosforilabili: OH --> Aggiunta di -PO43-

Chimica della Cellula H2N C C NH C C NH C C OH R1 R2 R3 O Il LEGAME PEPTIDICO si forma tra il GRUPPO AMMINICO in α di un ammino acido con il GRUPPO CARBOSSILICO di un secondo amminoacido H2N C C NH C C NH C C OH R1 R2 R3 O α

Chimica della Cellula La formazione del LEGAME PEPTIDICO richiede l’attivazione dell’aa con ATP ed il successivo legame dell’aminoacil-AMP con l’RNA transfer. Il legame peptidico si forma nel RIBOSOMA

Chimica della Cellula Conformazione delle proteine POLIPEPTIDE = catena lineare H2N-C -------------------------- COOH N-terminale C-terminale ----------> direzione della sintesi

Chimica della Cellula Conformazione delle proteine STRUTTURA PRIMARIA E’ LA SEQUENZA AMINOACIDICA DETERMINATA DALLE INFORMAZIONI DEL GENOMA

Chimica della Cellula Conformazione delle proteine STRUTTURA PRIMARIA

Chimica della Cellula Conformazione delle proteine STRUTTURA SECONDARIA DELLE PROTEINE Distribuzione regolare degli amminoacidi in particolari regioni del polipeptide DUE tipi imposte dai legami idrogeno α-elica foglietto β

Chimica della Cellula Conformazione delle proteine STRUTTURA SECONDARIA DELLE PROTEINE Organizzano i DOMINI α-elica --> stessa catena avvolta su se stessa foglietto β --> due catene vicine della stessa proteina α-elica e foglietto β

Chimica della Cellula Conformazione delle proteine STRUTTURA TERZIARIA Ripiegamento dovuto alle catene laterale (R) degli amminoacidi in regioni diverse di sequenze primarie strutturate nella conformazione secondaria - formati da più domini -

Chimica della Cellula Conformazione delle proteine STRUTTURA TERZIARIA

Chimica della Cellula Conformazione delle proteine STRUTTURA TERZIARIA Stabilizzata da: Legami idrogeno Legami ionici Legami idrofobici Ponti DISOLFURO

Chimica della Cellula Conformazione delle proteine STRUTTURA TERZIARIA I DOMINI PROTEICI sono spesso associati ad una (o più) particolari funzioni di una proteina.

Chimica della Cellula Conformazione delle proteine STRUTTURA QUATERNARIA DELLE PROTEINE Interazioni tra proteine diverse a formare complessi funzionali

Chimica della Cellula Conformazione delle proteine STRUTTURA QUATERNARIA DELLE PROTEINE EMOGLOBINA -->

Chimica della Cellula Conformazione delle proteine STRUTTURA QUATERNARIA DELLE PROTEINE COLLAGENE -->

Chimica della Cellula LE PROTEINE SONO COSTITUITE DA DOMINI FUNZIONALI N- -C FUNZIONE X FUNZIONE Y FUNZIONE Z FUNZIONE K

Chimica della Cellula ACIDI NUCLEICI

Chimica della Cellula ACIDI NUCLEICI Acido Desossiribonucleico (DNA) materiale genetico Acido Ribonucleico (RNA) RNA messaggero RNA ribosomiale RNA transfer piccoli RNA

Chimica della Cellula ACIDI NUCLEICI DNA/RNA sono polimeri di nucleotidi BASI + Puriniche zucchero Pirimidiniche fosforilato P ribosio base