Introduzione alla Biochimica

Introduzione alla Biochimica

Rappresenta più del 70% del peso degli organismi viventi Notevoli Forze di attrazione Bassa tendenza a ionizzarsi

I protoni liberi in soluzione non esistono

Ione Ossidrile Ione Idronio

tetraedro regolare Legame H-O-H 104.45 O è ibridato sp3 Z=8 è una molecola polare

Legame idrogeno Interazione elettrostatica tra l atomo di O di una molecola di H 2 O e l atomo di H di una molecola di H 2 O adiacente. Ogni molecola forma legami idrogeno con altre 4 molecole vicine

Legame idrogeno nell acqua libera

Legame idrogeno nel ghiaccio: Struttura regolare a reticolo

Comuni legami idrogeno nei sistemi biologici I legami Idrogeno si formano tra un atomo elettronegativo ( O o N) e un atomo di H legato covalentemente ad un altro atomo elettronegativo Accettore di idrogeno (atomo elettronegativo) Donatore di idrogeno (atomo elettronegativo)

Comuni legami idrogeno nei sistemi biologici FORTE

Legami idrogeno di importanza biologica I legami Idrogeno si formano tra un atomo elettronegativo ( O o N) e un atomo di H legato covalentemente ad un altro atomo elettronegativo

Comuni legami idrogeno nei sistemi biologici: Le BASI AZOTATE NEL DNA CITOSINA Ξ GUANINA TIMINA = ADENINA

I soluti polari sono dissolti facilmente dall acqua LEGAME IONICO INTERAZIONE ELETTROSTATICA PONTE SALINO I legami Idrogeno soluto- soluto vengono sostituiti da I legami Idrogeno acqua-soluto

I soluti polari sono dissolti facilmente dall acqua

I soluti polari sono dissolti facilmente dall acqua Interazioni IONE- DIPOLO Interazioni DIPOLO- DIPOLO

Salto Protonico Il trasferimento di protoni tra molecole d acqua unite da legami Idrogeno consente un rapido movimento di un protone anche per lunghe distanze

FORZE DI VAN DER WAALS Le variazioni casuali della posizione degli elettroni attorno ad un nucleo possono generare un dipolo elettrico transitorio che a sua volta induce un altro dipolo elettrico transitorio ma opposto, nell atomo vicino 1) molecole non polari: in istanti definiti, il movimento degli elettroni provoca la formazione di dipoli istantanei che cambiano continuamente e polarizzano le molecole vicine. 2) molecole polari: l estremità positiva di una molecola attrae l estremità negativa di un altra dipolo elettrico transitorio

Alla forza di Van der Waals si attribuisce l'abilità del geco di camminare su superfici lisce senza l'uso di secrezioni adesive (le estremità delle sue zampe sono ricoperte da milioni di peli che moltiplicano le deboli forze elettromagnetiche di interazione con la superficie)

LEGAME IDROFOBICO: forza che tiene unite molecole che non riescono a formare legami con molecole d acqua senza che tra di esse si istauri un tipico legame chimico. Nell acqua ogni molecola è legata ad altre 4 da forti legami H. Per inserire in acqua un composto (incapace di formare legami con le molecole di acqua), dobbiamo rompere questi legami e quindi consumare energia. Se il composto con l'acqua formasse legami (ionici, ione-dipolo, H, dipolari etc) l'energia che ricaveremmo dalla formazione di questi nuovi legami compenserebbe quella spesa per rompere i legami tra le molecole dell'acqua, quindi il processo sarebbe energeticamente favorito e il composto si scioglierebbe in acqua.

Immaginiamo ora di mettere in acqua 2 molecole di benzene Ognuna di queste 2 molecole, insinuandosi tra le molecole di acqua, rompe legami acqua-acqua. Immaginiamo che ognuna ne rompa 6. Abbiamo avuto la rottura di 12 legami senza che se ne formino altri, quindi il processo è energeticamente sfavorevole. Ma se le 2 molecole,invece di esser separate si mettono adiacenti, l'una attaccata all'altra, senza molecole di acqua tra di esse il n dei legami acqua-acqua rotti è 6 e non 12. Per evitare di rompere molti legami acqua-acqua, le 2 molecole rimangono attaccate tra loro come se fossero legate, come se vi fosse un legame chimico, che non c'è Le molecole rimangono attaccate non perché formano un legame chimico, ma perché non riescono a formare legami con le molecole del solvente, che le respingono. LEGAME IDROFOBICO: forza che tiene unite molecole che non riescono a formare legami con molecole d acqua.

I composti non polari non si solubilizzano in acqua Interazione idrofobica

Quando mettiamo in acqua goccioline di olio (fatto da composti chimici che non riescono a formare legami con le molecole di acqua), queste goccioline non si sciolgono in acqua e non restano separate tra loro, ma si riuniscono per formare gocce più grandi, che, avendo una densità minore di quelle dell'acqua, salgono alla superficie e formano uno strato formato da solo olio. Legame idrofobico: enorme importanza in biologia - stabilizza la struttura delle proteine e degli acidi nucleici - mantiene la struttura delle membrane biologiche

Molecole ANFIPATICHE Contengono contemporaneamente: REGIONI POLARI o CARICHE IDROFILICHE Interagiscono favorevolmente con l acqua REGIONI NON POLARI IDROFOBICHE Evitano il contatto con l acqua

Molecole ANFIPATICHE: Dispersione dei Lipidi in acqua Interazioni IDROFOBICHE

Molecole ANFIPATICHE: Interazioni IDROFOBICHE Tengono unite le regioni non polari delle molecole

Esempi di biomolecole polari, non polari e anfipatiche

Legame idrogeno Interazione ionica Interazione ione-dipolo Interazione dipolo-dipolo + - + + - + - Interazioni deboli tra le biomolecole in soluzioni acquose interazioni idrofobiche Interazioni di van der Waals (tra dipoli transitori) + - + -

Biomolecole Macromolecole, cioè polimeri con peso molecolare elevato che si formano a partire da precursori relativamente semplici POLISACCARIDI: polimeri di zuccheri semplici con funzione di struttura, di riserva o di riconoscimento cellulare. Il GLICOMA di una cellula è costituito da tutto l insieme di glucidi di una cellula. ACIDI NUCLEICI: DNA e RNA sono polimeri dei nucleotidi. il GENOMA è l intera sequenza di DNA di una cellula mentre la genomica è la scienza che si occupa della caratterizzazione dei genomi

Biomolecole PROTEINE: macromolecole formate da amminoacidi, l insieme di tutte le proteine di un organismo è detto PROTEOMA e la proteomica è la caratterizzazione della serie completa di proteine presenti in una determinata condizione. LIPIDI: derivati da idrocarburi insolubili con funzione di componenti strutturali delle membrane biologiche, riserve di energia, pigmenti, segnali intracellulari Il LIPIDOMA è l insieme delle molecole che contengono lipidi all interno della cellula

lipidi