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CHIMICADELLA

CELLULA

CHIMICADELLA

CELLULA

Chimica della CellulaChimica della Cellula

ATOMI1 atomo:- nucleo di

circondato da ELETTRONI NEGATIVI

PROTONI POSITIVINEUTRONI

n° protoni = n° elettronile cariche si bilanciano

n° protoni --> n° atomico

n° neutroni --> ………………………………. contribuiscono allamassa atomica dell’atomo

PESO ATOMICO

Chimica della CellulaChimica della Cellula

Chimica della CellulaChimica della Cellula

Principali atomi dei composti biologici

8 - Azoto (N)7 – Ossigeno (O)6 – Carbonio (C)1 – Idrogeno (H)

Pes

o at

omic

o

Num

ero

atom

ico

Chimica della CellulaChimica della Cellula

ELETTRONI --> DUE x ORBITALE

DIVERSO LIVELLO ENERGETICOTRA GLI ORBITALI

LIVELLO 1 = 1 ORBITALE --> 2e-

LIVELLO 2 = 4 ORBITALI --> 8e-

LIVELLO 3 = 4 ORBITALI --> 8e-

LIVELLO 4 = 2 ORBITALI --> 4e-

Chimica della CellulaChimica della Cellula

H C N P O S. .

.. . . .. ... .. ..

. .. .. . . .. .. .

UN

leg

am

e

QU

ATTR

O leg

am

i

TR

E leg

am

i

CIN

QU

E leg

am

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DU

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am

i

S

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leg

am

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orm

ali +

DU

E d

op

pi)

Chimica della CellulaChimica della Cellula

H C N P O S. .

.. . . .. ... .. ..

. .. .. . . .. .. .

H H

..H C H..

....

H

H

O O......H C

....

H

H

.. C H..

....

H

H

..

..H C

....

H

H

.. C O H..

....

H

H

..

Chimica della CellulaChimica della Cellula

H C N P O S. .

.. . . .. ... .. ..

. .. .. . . .. .. .

..H NH

H....H N

H

H

Chimica della CellulaChimica della Cellula

H C N P O S. .

.. . . .. ... .. ..

. .. .. . . .. .. .

Metile Idrossile Carbossile Amminico Fosfato Carbonile Sulfidrilein chetone o aldeidi

Chimica della CellulaChimica della Cellula

H C N P O S. .

.. . . .. ... .. ..

. .. .. . . .. .. .

Legame covalente singolo

Doppio Legame Triplo Legame

Chimica della CellulaChimica 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 CellulaChimica della Cellula

H C N P O S. .

.. . . .. ... .. ..

. .. .. . . .. .. .

..H O H..

.... ..

H H

. .O

Chimica della CellulaChimica della Cellula

LEGAME IDROGENO:

Il 70% della cellula e’ costituita da acqua -->

l’acqua influenza tutte

le interazioni tra macromolecole

Chimica della CellulaChimica della Cellula

LEGAME IDROGENO:

L’acqua e’ una molecola POLAREH -> debole carica positivaO -> debole carica negativa

Chimica della CellulaChimica della Cellula

LEGAME IDROGENO:

L’interazione tra H δ+ e O δ- porta alla formazione dei

LEGAMI IDROGENO

Chimica della CellulaChimica della Cellulai 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 CellulaChimica della Cellulai 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 CellulaChimica della Cellula

: D H + :A

: D H --- :A

δ- δ-δ+

Chimica della CellulaChimica della Cellula

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

Chimica della CellulaChimica 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 CellulaChimica della Cellula

QUATTRO TIPI DI LEGAME NON COVALENTI

- Legame IDROGENO- Legame IONICO- Interazioni di “WAN DER WAALS”- Interazioni di Legami IDROFOBICI

Chimica della CellulaChimica della Cellula

LEGAME IONICO

I legami covalenti sono spesso DIPOLARI

Alcuni legami covalenti dipolari possono ROMPERSI originando un:

ANIONE - ed un CATIONE +

Chimica della CellulaChimica della Cellula

LEGAME IONICO

ANIONE – trattiene gli elettroniCATIONE +

perde gli elettroni

Gli elettroni rimangono all’atomo piu’ ELETTRONEGATIVO

Chimica della CellulaChimica della Cellula

LEGAME IONICO

Gli IONI esistono facilimente in soluzioneacquosa stabilizzati dalla polarita’ dell’acqua

Chimica della CellulaChimica della Cellula

Lo ione H+ determina l’acidita’ di una soluzione[H+] elevata --> ACIDO

pH = -Log10 [H+]

pH < 7 ACIDI // pH > 7 BASICI

HCl H+ + Cl-HCl H+ + Cl-

Chimica della CellulaChimica della Cellula

Lisosomi =pH ACIDO

Matrice mitocondriale =pH BASICO

Chimica della CellulaChimica della Cellula

MOLECOLE NON POLARIprive di ioniprive di dipoli

NON IDRATABILI Insolubili in H2O

Chimica della CellulaChimica della Cellula

Nelle MOLECOLE NON POLARINon si possono formare le interazioni dipolo-dipolo tra atomi di

C-H C-C

Chimica della CellulaChimica 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”

Chimica della CellulaChimica della Cellula

Interazioni di “Van Der Waals”

O2 --> O=O non polareDue 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-

Chimica della CellulaChimica della Cellula

Le Interazioni di “Van Der Waals” sono dovute quindi a

CARICHE TEMPORANEE

O=O O=Oδ- δ+ δ-δ+

Chimica della CellulaChimica della Cellula

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+

Chimica della CellulaChimica 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-

Chimica della CellulaChimica della Cellula

Le Interazione di Van Der Waals

Sono importanti perReazioni antigene / anticorpo

Reazioni enzimaticheEcc….

O=O O=O

δ- δ+ δ-δ+

Chimica della CellulaChimica 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 CellulaChimica della Cellula

CH3CH2CH2CH3 --> BUTANOinsolubile in

H2O

CH3CH2CH2CH2OH --> BUTANOLO completamente solubile in H2O

Chimica della CellulaChimica della Cellula

Principali costituenti cellulari

. CARBOIDRATI

. LIPIDI

. PROTEINE

. ACIDI NUCLEICI

Chimica della CellulaChimica della Cellula

ZUCCHERIZUCCHERIEE

POLIPOLISACCARIDISACCARIDI

Chimica della CellulaChimica della CellulaCARBOIDRATIcarbo (=C) + idrati (=H2O) -> C/H2O

Zuccheri polisaccaridisemplici

GLUCOSIOPrincipale nutriente cellulare

DEPOSITO e RISERVA degli ZUCCHERI

Chimica della CellulaChimica 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 CellulaChimica della Cellula

GLUCOSIO e’ il Principale nutriente cellulare --> FONTE DI ENERGIA

Substrato per la sintesi di altri componenti cellulari

Chimica della CellulaChimica della Cellula

Sintesi di altrizuccheri

Sintesi di altrizuccheri

Sintesi di aminoacidiSintesi di aminoacidi

Sintesi di Acidi grassi

Sintesi di Acidi grassi

Componentidi nucleotidiComponentidi nucleotidi GLUCOSIO

Chimica della CellulaChimica della Cellula

2 zuccheri -> DISACCARIDE

più zuccheri -> OLIGOSACCARIDE

molti zuccheri ->POLISACCARIDE

Chimica della CellulaChimica della Cellula

POLISACCARIDIGlucosio α

Glicogeno (animali)

Amido (vegetali)

Chimica della CellulaChimica della CellulaGLUCOSIO

Legame 1-4 lineareLegame 1-6 non lineare

Chimica della CellulaChimica della Cellula

POLISACCARIDIGlucosio β

Cellulosa (vegetali)

Chimica della CellulaChimica della Cellula

Cellulosa (vegetali) = FUNZIONI STRUTTURALInon e’ ramificata

non viene metabolizzata dall’uomo

Glicogeno (animali) ed Amido (vegetali) = IMMAGAZZINAMENTO

del GLUCOSIOpuò dare forme ramificate

Chimica della CellulaChimica della Cellula

Cellulosa (vegetali) = FUNZIONI STRUTTURALIforma la parete della

cellulavegetale

Il legame β (1-4) non viene attaccato dagli enzimi umaniFIBRE AD ELEVATA RESISTENZA

MECCANICALa struttura non e’ ramificata e le catene di cellulosa si impilano l’una sull’altra

Chimica della CellulaChimica della Cellula

ACIDI ACIDI GRASSIGRASSI

EELIPIDILIPIDI

Chimica della CellulaChimica della Cellula

Chimica della CellulaChimica della Cellula

LIPIDI

Acidi Grassi

Catene idrocarburiche di (n) atomi di carbonio (16-18) con un gruppo carbossile

…… – CH2 – C – OH

O

– –

Chimica della CellulaChimica della Cellula

CH3 – (CH2)n – C – OH

O– –

Acido Grasso Saturo

Chimica della CellulaChimica della Cellula

CH3 – (CH2)n – CH = CH – C – OH

O

– –Acido Grasso Insaturo

DOPPIOLEGAME

Chimica della CellulaChimica della Cellula

C = C C – – C

HH

C = C H – C

C –H

CIS

TRANS

Chimica della CellulaChimica della Cellula

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

Chimica della CellulaChimica della Cellula

Esterificazione degli Acidi Grassi

O

X – C – OH + HO – CH2 – X – –

X – C – O – CH2 – X

O– –

+ H2O

Chimica della CellulaChimica della Cellula

GLICEROLO

OH

CH2 – CH – CH2 – – –

OH OH

Chimica della CellulaChimica della Cellula

3 x (acido grasso) + Glicerolo -->

--> TriglicerideI Trigliceridi

vengono depositati in

vescicole lipidiche nel citoplasma

Chimica della CellulaChimica della Cellula

3 x (acido grasso) + Glicerolo -->

--> TriglicerideDEPOSITO

DI ENERGIA

Chimica della CellulaChimica della Cellula

Interna alla cellula “flip/flop” in apoptosi

Genera DAG + I3PSecondi

messaggeri

Tipico del SistemaNervoso Centrale

RNApol II

mRNA

mRNAnewproteins

responsiveGENE

ARETFIID

E

hystone acetyl transferase

co-activators

FB

hsphsp

hsphsp

TT

T DHT5α-RII

H

TATA

Mechanism of activation of the androgen Mechanism of activation of the androgen receptorreceptor

Chimica della CellulaChimica della Cellula

AMINOACIDIAMINOACIDIEE

PROTEINEPROTEINE

Chimica della CellulaChimica della Cellula

Gli acidi nucleici sono il depositodelle informazioni genetiche nella cellula

Le PROTEINE eseguono i processiindotti dall’informazione genetica

Chimica della CellulaChimica 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 CellulaChimica della Cellula

PROTEINE servono per funzioni:- enzimatiche

- recettoriali

- trasporto molecole

- trasmissione informazioni

-difesa da infezioni

-ecc…..ecc….ecc…..ecc….

Chimica della CellulaChimica della Cellula

Il gruppo R e’ variabile e definisce l’aminoacido. Es.:R = H --> glicinaR = CH3 --> alanina

Chimica della CellulaChimica della Cellula

Il gruppo R e’ variabile e definisce l’aminoacido. Es.:R = H --> glicinaR = CH3 --> alanina

Chimica della CellulaChimica della Cellula

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)

The Single-Letter Amino Acid Code:

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)

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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 CellulaChimica 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 CellulaChimica 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 -PO4

3-

Chimica della CellulaChimica della Cellula

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 OHR1 R2 R3

O O O

α α α

Chimica della CellulaChimica 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 CellulaChimica della Cellula

Conformazione delle proteine

POLIPEPTIDE = catena lineare

H2N-C -------------------------- COOH

N-terminale C-terminale

----------> direzione della sintesi

Chimica della CellulaChimica della Cellula

Conformazione delle proteine

STRUTTURA PRIMARIA DELLE PROTEINE

E’ LA SEQUENZA AMINOACIDICA DETERMINATA DALLE INFORMAZIONI DEL GENOMA

Chimica della CellulaChimica della Cellula

Conformazione delle proteine

STRUTTURA PRIMARIA DELLE PROTEINE

Chimica della CellulaChimica della Cellula

Conformazione delle proteine

STRUTTURA SECONDARIADELLE PROTEINE

Distribuzione regolare degli amminoacidi in particolari regioni del polipeptide

DUE tipi imposte dai legami idrogeno

α-elicafoglietto β

Chimica della CellulaChimica della Cellula

Conformazione delle proteine

STRUTTURA SECONDARIADELLE PROTEINE

Organizzano i DOMINI

α-elica --> stessa catena avvolta su se stessa

foglietto β --> due catene vicine dellastessa proteina

α-elica e foglietto β

Chimica della CellulaChimica della Cellula

Conformazione delle proteine

STRUTTURA TERZIARIADELLE PROTEINE

Ripiegamento dovuto alle catene laterale (R) degli amminoacidi in regioni diverse di sequenze primarie strutturate nella conformazione secondaria

- formati da più domini -

Chimica della CellulaChimica della Cellula

Conformazione delle proteine

STRUTTURA TERZIARIADELLE PROTEINE

Chimica della CellulaChimica della Cellula

Conformazione delle proteine

STRUTTURA TERZIARIADELLE PROTEINE

Stabilizzata da:- Legami idrogeno- Legami ionici- Legami idrofobici- Ponti DISOLFURO

Chimica della CellulaChimica della Cellula

Conformazione delle proteine

STRUTTURA TERZIARIADELLE PROTEINE

I DOMINI PROTEICI sono spesso associati ad una (o più) particolari funzioni di una proteina.

Chimica della CellulaChimica della Cellula

Conformazione delle proteine

STRUTTURA QUATERNARIADELLE PROTEINE

Interazioni tra proteine diverse a formare complessi funzionali

Chimica della CellulaChimica della Cellula

Conformazione delle proteine

STRUTTURA QUATERNARIADELLE PROTEINE

EMOGLOBINA -->

Chimica della CellulaChimica della Cellula

Conformazione delle proteine

STRUTTURA QUATERNARIADELLE PROTEINE

COLLAGENE -->

Chimica della CellulaChimica della Cellula

LE PROTEINE SONO COSTITUITE DA DOMINI FUNZIONALI

N- -C

FUNZIONEX

FUNZIONEY

FUNZIONEZ

FUNZIONEK

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ACIDINUCLEICI

ACIDINUCLEICI

Chimica della CellulaChimica della CellulaACIDI NUCLEICI

Acido Desossiribonucleico (DNA)materiale genetico

Acido Ribonucleico (RNA)RNA messaggeroRNA ribosomialeRNA transferpiccoli RNA

Chimica della CellulaChimica della CellulaACIDI NUCLEICIDNA/RNA sono polimeri di nucleotidi

BASI + Puriniche zuccheroPirimidiniche fosforilato

P

ribosio

base