Tutor per gli studenti di Farmacia, CTF, e Ing. Chim.: da nominare Tutor per gli studenti di Tossicologia: Dr. Valentina Piras

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1 Testi adottati: - Tymoczko, Berg, Stryer, Biochimica, (VII ed.) Zanichelli (2010) - Nelson e Cox, I principi di Biochimica di Lehninger (V o VI ed.) Zanichelli - Horton, Moran, Scrimgeour, Perry, Rawn, Principi di biochimica (IV ed.) Pearson-Prentice Hall (2008). - Voet, Voet, Pratt, Fondamenti di Biochimica (III ed.) Zanichelli (2013). Ricevimento: MARTEDI ore 15:00-17:00 o per appuntamento: tel tcabras@unica.it Dip. Scienze della Vita e dell Ambiente, Sez. Biomedica, Cittadella Monserrato, primo piano (sopra la portineria) Tutor per gli studenti di Farmacia, CTF, e Ing. Chim.: da nominare Tutor per gli studenti di Tossicologia: Dr. Valentina Piras ORAGNIZZAZIONE DEL CORSO 1 SEMESTRE: strutture, enzimologia, coenzimi, bioenergetica 2 SEM.: metabolismo

2 È previsto 1 compito scritto che può essere considerate come parziale d esame, a discrezione dello studente. Gennaio: strutture (amminoacidi, proteine, emoproteine, lipidi, zuccheri, acidi nucleici), enzimologia, coenzimi, bioenergetica Solo chi frequenta il 65% delle lezioni può partecipare al compito di gennaio. Il voto della verifica (se sufficiente) concorre al voto finale dell esame che si conclude con un interrogazione orale sul metabolismo. La verifica è valida sino a settembre 2016 compreso. La chimica organica è propedeutica alla biochimica, coloro che non hanno sostenuto la Chim. Organica possono fare la verifica scritta ma completeranno l esame di Biochimica solo dopo aver sostenuto l organica. Gli studenti che non hanno intenzione di partecipare al parziale scritto daranno l esame completo che consiste in un compito scritto + un interrogazione orale (scritto e orale sono congiunti).

3 ESERCITAZIONI TOSSICOLOGIA/ING. Chim NOVEMBRE DICEMBRE GENNAIO MARTEDì 15, 22, 29 ORE 11:00-13:00 Aula Gamma asse 2 MARTEDì 6, 13, 20 ORE 11:00-13:00 Aula Gamma asse 2 MARTEDì 10, 17 ORE 11:00-13:00 Aula Gamma asse 2 FARMACIA/CTF/ ING.Chim NOVEMBRE DICEMBRE GENNAIO MERCOLEDì 16, 23, 30 ORE 9:00-11:00 Aula Gamma asse 2 MERCOLEDì 7, 14, 21 ORE 9:00-11:00 Aula Gamma asse 2 MERCOLEDì 11, 18 ORE 9:00-11:00 Aula Gamma asse 2

4 CARBOIDRATI GRUPPI FUNZIONALI CARATTERISTICI: CARBONILE GRUPPO ALCOLICO (OSSIDRILE) idrilico Ossidrilico R-OH >>>>>>>ETANOLO R-OH H 3 C HCH 3 C 2 CH OH 2 OH eidico Aldeidico R-C-H R-C-H >>>>>>>ACETALDEIDE H 3 C HC 3 C H C H ΙΙ ΙΙ ΙΙ ΙΙ O O OssidrilicoO O R-OH >>>>>>>ETANOLO Chetonico R-C-R R-C-R >>>>>>>ACETONE Ossidrilico HR-OH 3 C HC >>>>>>>ETANOLO H Aldeidico 3 C CH C 3 CH 3 R-C-H >>>>>>>ACETALDEID 3 C CH 2 OH ΙΙ ΙΙ ΙΙ ΙΙ O O ΙΙ Aldeidico R-C-H O>>>>>>>ACETALDEIDE O O H 3 C C H Carbossilico R-C-OH R-C-OH >>>>>>>AC >>>>>>>AC ACETICO ACETICO H ΙΙ H ΙΙ 3 C C O 3 C OH C OH organici) (ac. organici) ΙΙ ΙΙ Chetonico ΙΙ ΙΙ R-C-R >>>>>>>ACETONE O O O O O ΙΙ I CARBOIDRATI Chetonico SI POSSONO DIVIDERE R-C-R >>>>>>>ACETONE IN 2 GRANDI FAMIGLIE: O H 3 C C CH 3 ΙΙ ΙΙ O Carbossilico R-C-OH >>>>>>>AC O ACETICO (ac. organici) ΙΙ O ALDOSI (poliidrossialdeidi) Carbossilico R-C-OH CHETOSI >>>>>>>AC (poliidrossichetoni) ACETICO H 3 C C OH (ac. organici) ΙΙ ΙΙ (gruppo aldeidico R R C=O) O (gruppo chetonico R C O R ) ) H H O Sempre in posizione 1 Sempre in posizione 2

5 Gli aldosi e i chetosi MONOSACCARIDI (CH 2 O) n sono classificati in base al n di atomi di carbonio: minimo 3 massimo 9 (triosi, tetrosi, pentosi, esosi ). TRIOSI = Monosaccaridi o Zuccheri più semplici (3 atomi di carbonio) aldotrioso chetotrioso

6 STEREOISOMERIA DEGLI ZUCCHERI Molecole con gli stessi legami chimici ma diversa CONFIGURAZIONE. Nella classe dei carboidrati esistono due tipi di stereoisomeri: ENANTIOMERI DIASTEREOISOMERI Presenza di 1 o più atomi di carbonio tetraedrici ASIMMETRICI (CHIRALI)

7 * * La gliceraldeide è un composto chirale, il diidrossiacetone è achirale. 1 centro chirale = 2 stereoisomeri possibili, la D- gliceraldeide e la L-gliceraldeide che sono tra loro immagini speculari non sovrapponibili (ENANTIOMERI). Nelson Cox, I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER, Zanichelli editore S.p.A. Copyright

8 Si definisce uno zucchero D o L in base alla configurazione dell ultimo centro chirale (cioè il centro chirale più lontano dal C-carbonilico). Nella proiezione lineare dello zucchero (proiezione di Fisher), posto in alto il carbonio più ossidato: l -OH legato all ultimo centro chirale va a destra nei D-zuccheri l -OH legato all ultimo centro chirale va a sinistra negli L-zuccheri * * Ad eccezione del diidrossiacetone tutti gli altri monosaccaridi sono composti chirali: hanno reattività chimica simile ma proprietà fisiche e ruoli biologici differenti. Per, es. interagiscono diversamente con la luce polarizzata, sono otticamente attivi (possono ruotare il piano della luce polarizzata verso destra (+) o verso sinistra (-))

9 «Idealmente» possiamo ottenere aldosi più complessi a partire dalla gliceraldeide per inserimento di gruppi alcolici secondari a seguito del C * * * * D-treosio D-eritrosio 3 4 * D-aldotetrosi diastereoisomeri, precisamente EPIMERI: differiscono per la configurazione di un solo centro chirale (C2)

10 Se n è il numero dei centri chirali in una molecola, per essa saranno possibili 2 n stereoisomeri. Gli ALDOSI a 4 atomi di carbonio, per es., hanno 2 CENTRI CHIRALI 2 2 = 4 aldosi stereoisomeri che differiscono per la configurazione dei loro centri chirali due D-aldotetrosi (D-eritrosio e D-treosio) e i loro due corrispondenti L-aldotetrosi (L-eritrosio e L-treosio) cioè 2 coppie di enantiomeri

11 Aldotetrosi: 2 centri chirali (C-2 e C-3): 4 STEREOISOMERI D-eritrosio D-treosio L-treosio L-eritrosio diastereoisomeri enantiomeri diastereoisomeri enantiomeri Ciascuno di questi zuccheri ha proprietà differenti e funzioni diverse. Infatti, ogni monosaccaride ha una disposizione UNICA degli atomi legati ai suoi centri chirali, che gli dà caratteristiche specifiche.

12 Gli aldosi con catena più lunga sono estensioni della gliceraldeide, che si possono ottenere inserendo gruppi H-C-OH dopo il carbonio carbonilico. 1 C* serie D 2 C* D-aldotetrosi (2) D-aldopentosi (4) 3 C* D-aldoesosi (8) 4 C* Tymoczko et al., PRINCIPI DI BIOCHIMICA zanichelli editore S.p.A Copyright 2010

13 D-glucosio L-glucosio Devo invertire la configurazione di ogni centro chirale

14 EPIMERI: stereoisomeri che differiscono tra loro solo per la configurazione di 1 centro chirale IL GLUCOSIO HA 2 EPIMERI: MANNOSIO E GALATTOSIO

15 CHETOSI (serie D) Gruppo carbonilico in posizione 2 achirale 1 C* D-chetotetroso (1) 2 C* D-chetopentosi (2) 3 C* D-chetoesosi (4)

17 ANOMERIA In soluzione acquosa gli aldosi con almeno 5 atomi di carbonio e i chetosi con almeno 6 atomi di carbonio vanno incontro ad un processo di CICLIZZAZIONE REVERSIBILE con la formazione di un legame interno emiacetalico o emichetalico.. Aldeide + Alcool emiacetale + alcool acetale.. Chetone + Alcool emichetale + alcool chetale

18 Ciclizzazione dei monosaccaridi aldosi. Glucosio: Legame emiacetalico fra il carbonio carbonilico in 1 e il gruppo alcolico in 5. Il carbonio carbonilico C-1 diventa asimmetrico e viene chiamato ANOMERICO H + δ- δ+ Attacco nucleofilo dell ossigeno sul C1 C-1 negli aldosi diventa chirale H O Ossigeno del C-5 Idrogeno liberato come H + D-glucosio

19 Poiché viene introdotto un nuovo centro chirale in posizione 1 si otterranno due forme cicliche stereoisomere: ANOMERI α e β, che sono in equilibrio in soluzione con la forma aperta dello zucchero 4 1 ~ 33% ANOMERO α = L -OH legato al carbonio anomerico è sotto il piano dell anello rispetto al gruppo alcolico primario. ANOMERO β = l -OH del C-anomerico è sopra il piano dell anello rispetto al gruppo alcolico primario. H O < 1% Proiezione di Haworth ~ 66%

20 α-d-glucopiranosio D-glucosio β-d-glucopiranosio Configurazione dei Carboni chirali nella struttura ciclica: posto il gruppo alcolico primario (-CH 2 OH in 6) sopra il piano dell anello, gli -OH che nella proiezione di Fisher stanno a destra si scrivono sotto il piano dell anello, Gli OH che stanno a sinistra si scrivono sopra il piano dell anello.

21 Ciclizzazione dei monosaccaridi chetosi. 6 O Fruttosio: legame emichetalico fra il carbonio carbonilico 5 in C-2 e il gruppo alcolico in C-5: anello a 5 atomi H + δ- δ+ Attacco nucleofilo dell ossigeno sul C2 4 3 Il carbonio ANOMERICO del fruttosio è il C-2, diventa un Carbonio sp 3 chirale H 6 OH Idrogeno liberato come H + O 4 3 Tymoczko et al., PRINCIPI DI BIOCHIMICA zanichelli editore S.p.A Copyright 2010

22 L introduzione di un nuovo centro chirale in posizione 2 genera due forme cicliche stereoisomere: ANOMERI α e β. La forma ciclica più comune del fruttosio è quella furanosica 5 6 O OH H O Carbonio anomerico in posizione 2 Tymoczko et al., PRINCIPI DI BIOCHIMICA zanichelli editore S.p.A Copyright 2010

23 Il nome degli zuccheri deriva dall'analogo strutturale eterociclico

24 D-RIBOSIO: aldopentoso Carbonile in posizione 1 Ciclizzazione: Legame emiacetalico fra il C 1 e il C 4 Si forma un anello a 5 atomi di tipo furanosico, che esiste in due forme anomeriche α e β 5 Carbonio anomerico in posizione1 H 5 4 H 1 4 H OH OH α - D- Ribofuranosio β- - D- Ribofuranosio H

25 Derivati dei monosaccaridi 1) ZUCCHERI ACIDI Possono derivare dall ossidazione del gruppo aldeidico degli aldosi (ACIDI ALDONICI) ad opera di un agente ossidante (ione rameico Cu 2+, complesso argento-ione ammonio Ag(NH 3 ) 2+ ) Gli zuccheri con il carbonio anomerico ossidabile sono detti zuccheri riducenti. OH Cu 2+ D-glucosio Ac. D-gluconico

26 In soluzione acida gli acidi aldonici formano LATTONI (esteri intramolecolari fra il Carbossile in posizione 1 e il gruppo alcolico in posizione 5) Viene persa H 2 O 5 1 Ac. D-Gluconico D-glucono-δ-lattone 1) ZUCCHERI ACIDI Possono derivare anche dall ossidazione del gruppo alcolico primario (ACIDI ALDURONICI). Dal glucosio si ottiene, per ossidazione del CH 2 OH in posizione 6, l AC. β-d-glucuronico Ac. β-d-glucouronico

27 2) AMMINOZUCCHERI Un gruppo OH è sostituito da un gruppo amminico, in alcuni casi il gruppo amminico è acetilato. Gli ammino-derivati di glucosio e galattosio sono abbondanti nei glicoconiugati (glico-proteine, proteoglicani, glicolipidi) β-d-galattosammina

28 3) ZUCCHERI FOSFORILATI Esteri tra un gruppo alcolico dello zucchero e l acido fosforico, nelle vie metaboliche i monosaccaridi sono spesso convertiti in esteri fosforilati β-d-glucosio-6- fosfato

29 4) ZUCCHERI RIDOTTI - riduzione del gruppo aldeidico o chetonico porta alla formazione di polialcoli Dal D-ribosio Dalla D-gliceraldeide o dal diidrossiacetone - riduzione di un gruppo alcolico porta alla formazione dei deossi-zuccheri (un gruppo OH è sostituito da un atomo d idrogeno 5 β-2-deossi-d-ribosio Costituente del DNA 4 H H β-6-deossi-l-galattosio Nelle glicoproteine

30 LEGAME GLICOSIDICO È un legame acetalico in cui il carbonio anomerico di uno zucchero condensa con un alcol, un ammina o un tiolo, ne consegue la perdita di 1 molecola di H 2 O Attacco nucleofilo sul C anomerico.. emiacetale acetale I composti che si ottengono dai legami glicosidici sono detti GLICOSIDI il legame glicosidico blocca lo zucchero nella struttura ciclica

31 La formazione di legami glicosidici fra monosaccaridi permette la produzione di DISACCARIDI (2 residui monosaccaridici) OLIGOSACCARIDI (sino a 20 residui) POLISACCARIDI o GLICANI (>20 residui) I monosaccaridi si legano fra loro con legami O-GLICOSIDICI I carboni anomerici impegnati nei legami glicosidici non possono più essere ossidati.

32 Formazione di disaccaridi: legame O-glicosidico, il C-anomerico condensa con un gruppo alcolico Emiacetale Emiacetale α-d-glucosio β-d-glucosio Il residuo che impegna il C-anomerico nel legame glicosidico, ha la configurazione bloccata, in questo caso è alfa. Acetale MALTOSIO α-d-glucopiranosil-(1 4)-D-glucopiranosio estremità riducente Il 2 residuo ha il C anomerico impegnato in un legame emiacetalico che può aprirsi liberando la funzione aldeidica