Modulo di Biochimica II ESERCITAZIONE Quesito n. 1 Come possono essere classificate le proteine di membrana?

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1 Corso di laurea in ingegneria Biomedica A.A. 2017/2018 Modulo di Biochimica II ESERCITAZIONE Quesito n. 1 Come possono essere classificate le proteine di membrana?

2 Componente Proteica 1) Proteine integrali associate in modo molto stabile alla membrana. 2) Proteine periferiche associate alla membrana mediante interazioni elettrostatiche e legami H con i domini idrofilici delle proteine integrali e con le teste polari dei lipidi di membrana: 3) Proteine anfitropiche

3 Componente proteica Proteine integrali di membrana Sono associate in modo molto stabile alla membrana Interazioni idrofobiche tra lipidi di membrana e domini idrofobici delle proteine

4 Componente Proteine integrali di membrana Barile β proteica Porine Consentono ai soluti polari di attraversare la membrana

5 Corso di laurea in ingegneria Biomedica A.A. 2017/2018 Quesito n. 2 Scrivere la formula di struttura di un triacilglicerolo a piacere e specificare: è un trigliceride misto o semplice? Che tipi di legami sono presenti tra le varie molecole costituenti?

6 Triacilgliceroli (Trigliceridi)

7 Triacilgliceroli (Trigliceridi) T. Semplici: Glicerolo 3 ac. grassi uguali Legame estere T. Misti: Glicerolo 2 (o 3) ac. grassi diversi

8 Corso di laurea in ingegneria Biomedica A.A. 2017/2018 Quesito n. 3 Scrivere la formula di struttura di un lipide di membrana a piacere specificando le molecole costituenti e i tipi di legami presenti.

9 Fosfogliceridi: Glicerofosfolipidi Legame estere Legame fosfodiestere Legame estere

10 Fosfolipidi: Glicerofosfolipidi o fosfogliceridi

11 Sfingolipidi Non contengono glicerolo Ma l amminoalcol SFINGOSINA Legame amidico

12 sfingolipidi Legame ammidico

13 Il colesterolo Il colesterolo e gli steroli di tutte le specie eucariotiche sono sintetizzati a partire da semplici unità isopreniche

14 Il colesterolo È lo sterolo più abbondante, prodotto nella maggior parte dei tessuti ( 1 g/die), ma soprattutto a livello della mucosa intestinale e del fegato. Ha una importanza fondamentale nel mantenere la giusta condizione di fluidità/rigidità delle membrane cellulari

15 Corso di laurea in ingegneria Biomedica A.A. 2017/2018 Quesito n. 4 Descrivere in modo sintetico le caratteristiche dei doppi strati lipidici. Spiegare brevemente a cosa si riferiscono i seguenti termini: a) mobilità trasversale b) mobilità laterale c) asimmetria

16 Membrane biologiche Sono resistenti, flessibili, autosiggilanti, selettivamente permeabili a soluti polari. Contengono proteine specializzate che catalizzano processi enzimatici o il trasporto di molecole organiche o ioni inorganici. Definiscono i confini esterni delle cellule. Regolano il traffico di molecole. Organizzano sequenze di reazioni. Coinvolte nei processi di conservazione dell energia. Coinvolte nei processi di comunicazione cellulare

17 Membrane biologiche Caratteristiche comuni Stessa struttura generale Aspetto trilamellare Asimmetriche Struttura dinamica e in movimento Impermeabili a molte sostanze Dotate di sistemi di trasporto selettivi Doppio strato lipidico

18 Membrane biologiche Struttura: Le Membrane sono composte da tre costituenti: 1) Componente lipidica (funzione strutturale) 2) Componente proteica 3) Componente glucidica (funzione di riconoscimento)

19 Modello a mosaico fluido

20 Componente Lipidica Aggregazione di Lipidi Anfipatici in acqua Glicerofosfolipidi Sfingolipidi Liposoma

21 Componente Lipidica

22 Dinamica delle membrane La struttura e la flessibilità delle membrane dipendono dalla temperatura e dalla composizione in lipidi I batteri sintetizzano acidi grassi insaturi rispetto a quelli saturi quando vengono coltivati a temperature più basse

23 Temperature relativamente basse: i lipidi del doppio strato formano una fase di gel semisolido: i movimenti delle singole molecole sono limitate: Stato Paracristallino (gel) Temperature relativamente alte: le catene degli acidi grassi sono in costante movimento. Doppio strato = Mare di lipidi Stato Liquido Disordinato (Fluido)

24 Temperature intermedie: Minor movimento termico delle catene di Acidi grassi. È consentito un movimento laterale lungo il piano del doppio strato Stato Liquido Ordinato alla temperatura di transizione di fase passano allo stato fluido La temperatura di transizione aumenta in proporzione alla lunghezza della catena degli acidi grassi, al grado di saturazione e alla presenza di steroli

25 Dinamica delle membrane a) Il calore produce un movimento termico delle catene laterali Transizione solido fluido b) Diffusione laterale nel piano del doppio strato I fosfolipidi, oltre a spostarsi lateralmente lungo il piano dello strato bimolecolare, possono passare da uno strato all altro per inversione testa-coda FLIP-FLOP c) Diffusione attraverso il doppio strato t1/2 da ore a giorni ( reazione non catalizzata). secondi (reazione catalizzata da flippasi)

26 Dinamica delle membrane FLIP-FLOP questo movimento è limitato dalla difficoltà di trasferire la testa idrofilica della molecola lipidica attraverso la zona centrale idrofobica dello strato bimolecolare. A temperatura fisiologica

27 Dinamica delle membrane Ca 2+ PS= fosfatidilserina PE= fosfatidiletanolammina

28 Interazione del Colesterolo con i lipidi di membrana

29 Interazione del Colesterolo con i lipidi di membrana

30 Corso di laurea in ingegneria Biomedica A.A. 2017/2018 Quesito n. 5 Descrivere le differenze tra trasporto attivo e trasporto passivo attraverso le membrane

31 Trasporto di soluti attraverso le membrane Diffusione semplice soluti non carichi: Il soluto si muove dalla regione ad alta concentrazione verso la regione con concentrazione inferiore fino a raggiungere una concentrazione di soluto uguale.

32 Trasporto di soluti attraverso le membrane Diffusione semplice Ioni: Ioni di carica opposta separati da una membrana permeabile formano un gradiente elettrico transmembrana o POTENZIALE DI MEMBRANA (Vm). Il movimento del soluto carico è dettato da una combinazione tra Vm e la differenza di concentrazione. Il movimento continuerà fino a quando Vm = 0

33 Trasporto di soluti attraverso le membrane Soluti polari Diffusione facilitata trasporto passivo

34 Trasporto di soluti attraverso le membrane Velocità ridotte, Saturabili Alta stereospecificità Velocità elevate non saturabili Minore stereospecificità Diffusione contro gradiente di concentrazione Diffusione secondo gradiente di concentrazione

35 Trasporto di soluti attraverso le membrane: I trasportatori differiscono per il numero di soluti trasportati e per la direzione in cui vengono trasportati

36 Trasporto di soluti attraverso le membrane Diffusione contro gradiente di concentrazione I accumulo del soluto (X) è accoppiato direttamente a una reazione esoergonica come la conversione di ATP in ADP+Pi

37 Trasporto di soluti attraverso le membrane Diffusione contro gradiente di concentrazione II trasporto contro gradiente (endoergonico) di un soluto (S) è accoppiato ad un flusso secondo gradiente (esoergonico) di un altro soluto (X) che era stato precedentemente accumulato su un lato della membrana da un trasporto attivo primario

38 Trasporto di soluti attraverso le membrane Un esempio di trasporto attivo primario è dato dalle ATPasi: Na + K + ATPasi ha la funzione di mantenere la differenza di composizione ionica tra il citosol e il mezzo extracellulare intracellulare[na + ] intracellulare [K + ]

39 Corso di laurea in ingegneria Biomedica A.A. 2017/2018 Quesito n. 6 Sapendo che : a) il ΔG di idrolisi dell ATP ( ATP ADP + Pi) corrisponde a -31 KJ/n b) il ΔG di idrolisi della reazione Fruttosio 1,6 bisfosfato Pi + fruttosio 6-fosfato corrisponde a KJ/n Calcolare il ΔG della reazione ATP + Fruttosio 6 fosfato ADP + Pi + fruttosio 1,6-bisfosfato

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43 Reazioni accoppiate Somma :

44 Reazioni accoppiate 1 semireazione endoergonica 2 semireazione esooergonica Reazione complessiva accoppiata

45 Corso di laurea in ingegneria Biomedica A.A. 2017/2018 Quesito n. 7 Spiegare in che cosa consiste la fosforilazione a livello del substrato. Fai un esempio

46 7) Fosforilazione a livello del substrato: ADP riceve un fosfato da un intermedio metabolico

47 10) Fosforilazione a livello del substrato: ADP riceve un fosfato da un intermedio metabolico

48 Corso di laurea in ingegneria Biomedica A.A. 2017/2018 Quesito n. 8 Ciclizzare la molecola del fruttosio partendo dalla sua forma lineare. a) Che tipo di reazione è? b) Che gruppi funzionali sono coinvolti?

49 CICLIZZAZIONE DEL FRUTTOSIO: Il fruttosio forma un anello facendo reagire il gruppo aldeidico con un ossidrile nella catena β

50 I COMUNI MONOSACCARIDI HANNO STRUTTURE CICLICHE *

51 Corso di laurea in ingegneria Biomedica A.A. 2017/2018 Quesito n. 9 Disegnare in forma ciclica: a) un dimero del glucosio con un legame β (1 4) (entrambe le molecole di glucosio nella configurazione β) b) un dimero del glucosio con legame α (1 6)

52 a) Cellobiosio O-β-D-glucopiranosil (1 4) β-d-glucopiranosio b) Isomaltosio O-α-D-glucopiranosil (1 6) α-d-glucopiranosio

53 Corso di laurea in ingegneria Biomedica A.A. 2017/2018 Quesito n. 10 Disegnare una molecola del disaccaride Lattosio. Da quali monosaccaridi è costituito? Di che tipo di reazione si tratta? Che legame si forma tra le unità monosaccaridiche?

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55 DISACCARIDI Due MONOSACCARIDI uniti da legame O-glicosidico Estremità riducente

56 Corso di laurea in ingegneria Biomedica A.A. 2017/2018 Quesito n. 11 Scrivere la proiezione di Fisher del D-ribosio e del suo enantiomero. Come si chiama?

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58 n centri chiralici =2 n stereoisomeri H H Enantiomeri CHO CHO C C OH OH CH 2 OH HO C H HO C H CH 2 OH Enantiomeri CHO C HO H C OH H O C H H O C H H C OH CH 2 OH C H 2 OH D-Eritrosio L-Eritrosio L-Treosio D-Treosio Epimeri differiscono tra loro soltanto per la configurazione attorno ad un atomo di C chiralico

59 ATTENZIONE!!! NON SONO ENANTIOMERI Se Differiscono per la configurazione attorno ad un solo carbonio chirale sono anche detti EPIMERI

60 Corso di laurea in ingegneria Biomedica A.A. 2017/2018 Quesito n. 12 Quali sono le funzioni dei carboidrati in natura?

61 Carboidrati: funzioni Fornire energia chimica Sostegno (parete cellulare vegetale) Protezione (parete batterica) Lubrificanti delle giunture scheletriche Adesione tra cellule "Riconoscimento" cellulare

62 Corso di laurea in ingegneria Biomedica A.A. 2017/2018 Quesito n. 12 Data la seguente sequenza per uno dei filamenti di un oligonucleotide a doppia elica: 5 ACCGTAAGGCTTTAG 3 scrivete la sequenza del filamento del DNA complementare

63 Nel DNA I contenuti di adenina sono sempre uguali a quelli di timina I contenuti di citosina sono sempre uguali a quelli di guanina Regola di Chargaff

64 Questa osservazione ha condotto ad una conclusione: Il DNA e costituito da due filamenti Ogni base di un filamento e legata con una base dell altro filamento (base complementare) mediante legami idrogeno L adenina si lega sempre alla timina, la guanina si lega sempre alla citosina Tra le coppie A-T si possono formare due legami idrogeno Tra le coppie C-G si possono formare tre legami idrogeno

65 Disposizione dei legami Idrogeno nelle coppie di basi

66 Data la seguente sequenza per uno dei filamenti di un oligonucleotide a doppia elica: 5 ACCGTAAGGCTTTAG 3 scrivete la sequenza del filamento del DNA complementare 5 ACCGTAAGGCTTTAG 3 3 TGGCATTCCGAAATC 5

67 Corso di laurea in ingegneria Biomedica A.A. 2017/2018 Quesito n. 13 9) I due filamenti complementari del DNA a doppia elica: (Rispondete V o F) a) sono tenuti insieme da interazioni idrofobiche. b) sono tenuti insieme da legami a idrogeno. c) contengono una quantità uguale di ciascuna delle quattro basi azotate in ciascun filamento. d) L adenina e la timina di eliche complementari sono tenute insieme da tre legami idrogeno.

68 Corso di laurea in ingegneria Biomedica A.A. 2017/2018 Quesito n. 14 Scrivete la struttura di una porzione di amido che consenta di evidenziare le parti funzionali, indicando quali tipi di legami sono coinvolti. Quali sono le differenze strutturali con la cellulosa?

69 POLISACCARIDI OMOPOLISACCARIDI ETEROPOLISACCARIDI 1 solo tipo di unità monomerica 2 o più tipi di unità monomeriche

70 Omopolisaccaridi di riserva: Amido polimeri di α-glucosio amilosio: catena lineare amilopectina: catena ramificata (ramificazioni ogni 24/30 residui)

71 Omopolisaccaridi con funzione strutturale: CELLULOSA polimeri di β-glucosio Legami β1 4 Non presenta ramificazioni

72 Corso di laurea in ingegneria Biomedica A.A. 2017/2018 Quesito n. 15 Quale è il nome della molecola qui rappresentata? A quale classe di biomolecole appartiene? Elenca tutte le molecole che conosci che contengono la struttura qui rappresentata

73 Nucleotidi: Basi azotate

74 Adenosina MonoFosfato AMP Legame FOSFOESTERE mostra le proprietà dei normali esteri fosforici, relativamente resistenti all idrolisi Adenosina DiFosfato ADP ADP e ATP hanno gruppi fosforilici addizionali uniti per mezzo di legami a ponte di ossigeno P O P, che hanno le caratteristiche dei legami fosfoanidridici. Legami FOSFOANIDRIDICI Adenosina TriFosfato ATP Tali legami possiedono una energia Libera di idrolisi molto elevata, e vengono definiti legami ricchi di energia. La scissione di tali legami rende quindi disponibile molta energia, utilizzabile per rendere possibili reazioni endoergoniche.

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