Modulo di Biochimica 3 CFU (30 ore) Orario delle Lezioni: 1 semestre (settembre-dicembre) Lunedì 14-17

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1 Corso di laurea in ingegneria Biomedica A.A. 2017/2018 Modulo di Biochimica 3 CFU (30 ore) Orario delle Lezioni: 1 semestre (settembre-dicembre) Lunedì Dott.ssa Morena Arba PhD. morena.arba@unica.it Per il ricevimento studenti contattare il docente

2 Programma del corso: Fondamenti di chimica organica (6 ore): Alcani Ibridizzazioni del carbonio: Nomenclatura. Isomeria di posizione e conformazionale. Ciclo alcani. Il cicloesano. Isomeria conformazionale e geometrica nei ciclo alcani, alcheni, alchini, gruppi funzionali Introduzione alla biochimica (2ore): I costituenti chimici degli esseri viventi L'acqua: proprietà chimiche e fisiche il legame a idrogeno, i legami deboli

3 Programma del corso: Carboidrati (3ore) struttura, nomenclatura classificazione: monosaccaridi, disaccaridi, polisaccaridi polisaccaridi strutturali e di riserva: cellulosa, amido, glicogeno glicosamminoglicani proteoglicani, glicoproteine, glicolipidi, gruppi sanguigni (cenni) Basi azotate e nucleotidi (1ora) Amminoacidi, peptidi e proteine (4 ore) struttura e proprietà ottiche e funzionali degli amminoacidi proprietà acido-base degli amminoacidi, legame peptidico generalità delle proteine, livelli di struttura: primaria, secondaria, terziaria e quaternaria

4 Programma del corso: Enzimi (3 ore) generalità e classificazione, cofattori, coenzimi e vitamine idrosolubili, fattori che influenzano l attività enzimatica, modalità di regolazione dell attività enzimatica Proteine respiratorie: (4 ore) Mioglobina ed Emoglobina: Struttura e funzione, allosteria e cooperatività, modulatori allosterici negativi, patologie Proteine fibrose (1 ora) collagene: struttura, proprietà, cheratina, fibroina della seta Lipidi (2 ore) acidi grassi e triacilgliceroli, lipidi delle membrane biologiche

5 Programma del corso: Membrane Biologiche (2 ore) Struttura e funzione, Meccanismi di trasporto attraverso le membrane Introduzione al metabolismo (2 ore) definizione di metabolismo, catabolismo e anabolismo. Catabolismo dei glucidi come esempio di via metabolica (Glicolisi cenni)

6 Introduzione alla biochimica di Lehninger D. Nelson M. Cox Zanichelli (quarta edizione) Per la consultazione: Chimica Organica arold art, Leslie E. Craine, David J.art Zanichelli I Principi di biochimica di Lehninger D. Nelson M. Cox Zanichelli (quarta edizione)

7 Modalità di superamento dell esame: 1 Verifica scritta 2 Verifica scritta (per chi supera la prima) Esame scritto a fine corso nella prima data disponibile riportata nel calendario degli esami (per chi NON ha superato o NON ha sostenuto la verifica in itinere) ATTENZIONE!!! Chi non avrà seguito almeno il 75% delle lezioni NON può sostenere le verifiche in itinere!!! Esami orali in tutte le altre date degli appelli riportate nel calendario degli esami

8 Modalità di superamento dell esame: 1 Verifica scritta 2 Verifica scritta (per chi supera la prima) VOTO I VERIFICA Esame scritto a fine corso nella prima data disponibile riportata nel calendario degli esami (per chi NON ha superato o NON ha sostenuto la verifica in itinere) VOTO II VERIFICA VOTO FINALE = ( )/2=

9 Fondamenti di Chimica Organica

10 CIMICA ORGANICA BIOCIMICA Spiega la struttura e la funzione delle forme biologiche in termini chimici

11 Elementi essenziali per la vita La chimica degli organismi è organizzata intorno al CARBONIO Il numero atomico (Z) corrisponde al numero di protoni contenuti in un nucleo atomico. In un atomo neutro è pari anche al numero di elettroni

12 Chimica Organica : chimica dei composti del CARBONIO Z=6 Configurazione elettronica 1s 2 2s 2 2p 2 Stato fondamentale Stato eccitato promozione il carbonio forma Gli ELETTRONI DI VALENZA sono direttamente coinvolti nel legame chimico sempre 4 legami covalenti non possiede coppie di elettroni non condivise un orbitale atomico : regione dello spazio attorno al nucleo atomico in cui vi è la massima probabilità di trovare un elettrone

13 Chimica Organica : chimica dei composti del CARBONIO Caratteristica: capacità di condividere elettroni C C C 4 legami semplici 1 legame doppio 2 legami semplici 1 legame triplo 1 semplice il carbonio forma sempre 4 legami covalenti non possiede coppie di elettroni non condivise

14 Chimica del Carbonio L atomo di Carbonio può formare legami singoli, legami doppi e legami tripli

15 Generalmente l ossigeno forma in totale 2 legami O O 2 legami semplici 1 legame doppio Generalmente l azoto forma in totale 3 legami N 3 legami semplici N 1 legame doppio 1 legame semplice N 1 legame triplo

16 L idrogeno forma sempre 1 solo legame. 1 legame semplice generalmente lo zolfo forma in totale 2 legami S S 2 legami semplici 1 legame doppio gli alogeni (F, Cl, Br, I) formano 1 legame. X X= F, Cl, Br, I 1 legame semplice

17 IDROCARBURI formati solo da carbonio e idrogeno Si dividono in 3 classi: 1) SATURI Legami semplici C-C 2) INSATURI 3) AROMATICI Legami multipli C=C CΞC composti ciclici, presenza anelli benzenici

18 IDROCARBURI formati solo da carbonio e idrogeno Si dividono in 3 classi: 1) SATURI 2) INSATURI 3) AROMATICI Alifatici catena aperta Ciclici Alcani Alcheni Alchini cicloalcani cicloalcheni cicloalchini

19 Idrocarburi alifatici

20 ALCANI Idrocarburi saturi (non possiedono doppi legami) formano una serie omologa costruzione regolare e ripetitiva in cui ogni termine della serie differisce dal successivo e dal precedente per un gruppo metilenico (-C 2 -) Metano C 4 C n 2n+2 109,5 C 1 carbonio

21 Nomenclatura ALCANI: Desinenza: -ano prendono il nome dal numero di atomi di Carbonio che contengono

22 Nomenclatura ALCANI con ramificazioni: ,2,4-trimetilpentano 1) Individuare la catena carboniosa più lunga PENTANO 2) Individuare i SOSTITUENTI ( gruppi legati alla catena principale) 3) La catena principale viene numerata in modo che il sostituente che si incontra per primo lungo la catena assuma il numero più basso possibile. 4) Quando due o più gruppi identici sono legati alla catena principale, vengono usati i prefissi di-, tri-, tetra-.

23 Esercizio: denominare i seguenti composti 1) La catena con maggior numero di atomi di carbonio ne contiene 8 pertanto si tratta di un ottano; 2) numeriamo da destra a sinistra: la prima ramificazione con due atomi di carbonio corrispondente a un gruppo etilico compare sul terzo carbonio, mentre sul quarto e sul quinto carbonio vi sono due gruppi con tre atomi di corrispondenti a gruppi propile. 3-etil, 4,5-dipropilottano

24 Esercizio: denominare i seguenti composti 1) La catena con maggior numero di atomi di carbonio ne contiene 8 pertanto si tratta di un ottano; 2) numeriamo da destra a sinistra: la prima ramificazione con due atomi di carbonio corrispondente a un gruppo etilico compare sul quarto carbonio a cui è legato anche un gruppo metilico. Sul quinto carbonio vi è un gruppo con tre atomi di carbonio corrispondente a un gruppo n- propile. 4-etil,4-metil,5- propilottano

25 Esercizio: denominare i seguenti composti 3-etil, 4,5-dipropilottano 4-etil, 4-metil, 5- propilottano 4,5-dietil,3,4-dimetil, 5-propilottano 3,5-dietil, 4,4- dipropilottano

26 ISOMERIA : molecole con lo stesso numero e tipo di atomi ma con diverse disposizioni degli atomi nello spazio ISOMERI CONFORMAZIONALI: forme diverse della stessa molecola che possono trasformarsi le une nelle altre per rotazioni intorno a legami semplici ETANO: C 3 C 3

27 STEREOISOMERIA CONFORMAZIONALE dell ETANO ETANO: C 3 C 3 CONFORMAZIONI: possibili forme tridimensionali interconvertibili per semplice rotazione intorno al legame C C 60 Sfalsata/Stellata Eclissata Sono STEREOISOMERI: isomeri nei quali gli atomi sono legati nello stesso ordine ma con diverse allocazioni nello spazio

28 Isomeria di conformazione 60 Sfalsata/Stellata Eclissata

29 Orbitali ibridi del CARBONIO 2s 2p x p y p z promozione 2s 2p x p y p z ibridazione Ibridazione sp 3 1s 1s 1s

30 2s 2p x p y p z Orbitali ibridi del CARBONIO promozione 2s 2p x p y p z ibridazione Ibridazione sp 3 1s 1s 1s 109,5 TETRAEDRO REGOLARE

31 CICLOALCANI: Formula Generale: C n 2n

32 STEREOISOMERIA : Gli atomi sono legati nella stessa sequenza ma con diverse disposizioni nello spazio ISOMERIA cis-trans : Nei cicloalcani che hanno almeno due sostituenti NON SI POSSONO INTERCONVERTIRE cis Sostituenti dalla stessa parte trans Sostituenti da parti opposte ISOMERI CONFIGURAZIONALI STEREOISOMERI GEOMETRICI Sono composti diversi, con proprietà fisiche e chimiche differenti

33 IDROCARBURI Si dividono in 3 classi: 1) SATURI 2) INSATURI ALCANI Legami semplici C-C ALCENI e ALCINI Legami multipli C=C CΞC 3) AROMATICI composti ciclici, presenza anelli benzenici

34 ALCENI Formula generale: C n 2n n=2,3,4 Sono idrocarburi insaturi contengono lungo la catena 1 o più doppi legami carbonio-carbonio Etene C 2 4 C 2 C 2 C C Desinenza: -ene Quando ci sono più doppi legami diene, -triene

35 I doppi legami possono essere: 1) CUMULATI: I doppi legami si trovano in successione 2) CONIUGATI: I doppi legami si trovano alternati con legami semplici 3) ISOLATI: (non CONIUGATI) I doppi legami si trovano separati da più legami semplici

36 Alcheni Ibridazione sp 2 2s p x p y p z 2s p x p y p z promozione ibridazione 1s 1s 1s Legame σ: a origine dalla sovrapposizione dei due orbitali sp2 Legame π: a origine dalla sovrapposizione laterale degli orbitali p situati su atomi adiacenti sp 2 sp 2 Trigonale planare 120

37 Legame π : Origina dalla sovrapposizione laterale di orbitali p situati su atomi adiacenti È impedita la rotazione intorno al doppio legame C=C Gli orbitali sp 2 giacciono tutti sullo stesso piano Il legame C=C è più corto del legame C-C: doppietti elettronici condivisi = nuclei più vicini

38 - Il doppio legame C=C è costituito da un legame σ e da un legame π. - I due elettroni del legame σ si trovano lungo la linea che congiunge i nuclei - I due elettroni del legame π si trovano in una zona dello spazio situata al di sopra e al di sotto del piano individuato dai due atomi di C e dai 4 atomi ad essi legati

39 Isomeria cis-trans STEREOISOMERIA GEOMETRICA: Ogni C del doppio legame deve essere legato a due atomi o gruppi differenti C 3 C C 3 C C 3 3 C C C

40 Formula generale: C C n 2n-2 n=2,3,4 1 2 C Idrocarburi insaturi Presenza di tripli legami C Ξ C Desinenza -ino C CC 3 Etino ALCINI Propino

41 I due alchini più semplici: 180 Entrambe le molecole contengono 4 atomi su una linea retta Molecole lineari, non è possibile l isomeria cis-trans

42 2s p x p y p z Ibridazione sp 2s p x p y p z sp 1s promozione 1s ibridazione 1s

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44 - Il triplo legame C C ha origine dalla sovrapposizione coassiale di due orbitali ibridi sp (per formare un legame σ) e dalla sovrapposizione laterale di quattro orbitali p, paralleli a due a due che porta alla formazione di due legami π perpendicolari tra loro

45 ETEROCICLICI: Composti organici ciclici nei quali almeno un atomo di C è stato rimpiazzato da ETEROATOMI (atomi diversi dal C) Aromatici Composti ciclici con uno o più eteroatomi che sostituiscono un atomo di C nella molecola del BENZENE atomi C C 6 6 Piridina

46 ETEROCICLICI: Composti organici ciclici nei quali almeno un atomo di C è stato rimpiazzato da ETEROATOMI atomi C Non aromatici C 6 6

47 eterocicli penta-atomici 1 eteroatomo pirrolo furano tiofene N Si trova nell eme 2 eteroatomi O Anello degli zuccheri a 5 atomi N N S tiofeni sono importanti composti eterociclici utilizzati nella sintesi farmaceutica per produrre molecole più complesse Imidazolo Si trova nell istidina

48 ETEROCICLICI AROMATICI composti ciclici con l anello formato non solo da atomi di C e ma con eteroatomi es O,N,S anello a 6 atomi anello a 5 atomi piridina pirimidina Eterociclici con anelli condensati N Benzene+pirrolo = INDOLO imidazolo N N N N N N Pirimidina + Imidazolo = PURINA

49 Riassunto nomenclatura: ALCANO, Suffisso -ano ESEMPI: ALCENE Suffisso -ene ALCINO Suffisso -ino

50 Riassunto nomenclatura: Alcani-Alcheni-Alchini ramificati Regole IUPAC 1) Individuare la catena carboniosa più lunga 2) Individuare il doppio/triplo legame e il sostituente 3) Numerare la catena

51 ESERCIZIO:

52 Orto meta para

53 ESERCIZIO: