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LOGICA MOLECOLARE DELLA VITA
Tutti gli organismi viventi hanno gli stessi tipi di subunità monomeriche che vanno a costituire le macromolecole biologiche
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LE BIOMOLECOLE: COMPOSIZIONE CHIMICA
IN ARANCIO I COMPONENTI STRUTTURALI DEGLI ORGANISMI: DEVONO ESSERE
ASSUNTI IN QUANTITA’ NOTEVOLI
IN GIALLO ELEMENTI LA CUI NECESSITA’ E’ LIMITATA (SONO PRESENTI IN BASSISSIMEQUANTITA’ MA HANNO RUOLI ESSENZIALI)
SOLO 30 DEI 90 ELEMENTI NATURALI SONO ESSENZIALI PER GLI ORGANISMI VIVENTI
IDROGENO, OSSIGENO AZOTO E CARBONIO RAPPRESENTANO IL 99% DELLA MASSATOTALE DELLA MAGGIOR PARTE DELLE CELLULE
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Il carbonio può formare
legami singoli o doppi conatomi di ossigeno o di azoto.
Si possono formare catenecarbonio-carbonio moltostabili.
Due atomi di C possonocondividere due o tre coppiedi elettroni, formando doppio tripli legami
Un C può
legare altri quattroC
Scheletri di atomi di C cuipossono essere legatigruppi funzionali
LA CHIMICA DEGLI ORGANISMI VIVENTI E’ ORGANIZZATAINTORNO AL CARBONIO, CHE RAPPRESENTA OLTRE LAMETA’ DEL PESO SECCO DELLE CELLULE
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I quattro legami singoli che un C può generare sonodisposti secondo una struttura a tetraedro
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La rotazione intorno ad un legame C-C può essereinfluenzata dal tipo di gruppo funzionale legato
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Un doppio legame C=C è più corto e rigido e tutti gliatomi giacciono sullo stesso piano
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I gruppi funzionali determinano le proprietà chimichedelle biomolecole
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Molte molecole sono polifunzionali, cioè contengonogruppi funzionali diversi, con proprieta’ diverse
Es. istidina:
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REATTIVITA’ CHIMICA
LA DISTRIBUZIONE DEI GRUPPI FUNZIONALI ALTERA LADISTRIBUZIONE DEGLI ELETTRONI E LA GEOMETRIA DIATOMI VICINI, MODIFICANDO LA REATTIVITA’DELL’INTERA MOLECOLA
E’ POSSIBILE ANALIZZARE E PREDIRE ILCOMPORTAMENTO CHIMICO E LE REAZIONI DELLEBIOMOLECOLE IN BASE AI GRUPPI FUNZIONALI CHEPOSSIEDONO
LA ROTTURA E LA FORMAZIONE DI LEGAMI CHIMICIDURANTE IL METABOLISMO CELLULARE RILASCIAENERGIA, UNA PARTE IN FORMA DI CALORE
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STRUTTURA TRIDIMENSIONALE DELLEBIOMOLECOLE:
SOLO SPECIFICHE FORME TRIDIMENSIONALI DI UNABIOMOLECOLA, TRA LE TANTE POSSIBILI, SONOQUELLE BIOLOGICAMENTE ATTIVE
LA STRUTTURA TRIDIMENSIONALE DI UNABIOMOLECOLA E’ DETERMINANTE PER L’INTERAZIONE
BIOSPECIFICA
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TRE DIVERSI MODI DI RAPPRESENTARE LA STRUTTURATRIDIMENSIONALE DI UNA MOLECOLA
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ASIMMETRIA: QUANDO AL C SONO LEGATI QUATTRODIVERSI GRUPPI
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ESISTE DI CONSEGUENZA UN ENANTIOMERO
I DUE ENANTIOMERI SONO STEREOISOMERI
CONFIGURAZIONALI
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La molecola b è sovrapponibile alla immaginespeculare della molecola a
CHIRALITA’
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ISOMERIA CIS - TRANS
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ISOMERIA DI POSIZIONE E DI CATENANEGLI ALCHENI
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STEREOISOMERIACONFIGURAZIONALE CIS-TRANS
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ISOMERI CIS – TRANSPOSSONO ESSERE ISOLATI E PURIFICATI
LE INTERAZIONI TRA LE BIOMOLECOLE
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LE INTERAZIONI TRA LE BIOMOLECOLESONO STEREOSPECIFICHE
STEREOSPECIFICITA’: CAPACITA’ DI DISTINGUEREDUE ISOMERI
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Odore dellamenta
Odore delcomino
Stereoisomeri che vengono riconosciuti da recettorisensoriali dell’olfatto
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Aspartame(sapore dolce) (sapore amaro)
Stereoisomeri che vengono riconosciuti da recettorisensoriali del gusto
L f di l di d
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La forza di legame dipende: Dalla elettronegatività relativa degli atomi impegnati nellegame
Dalla distanza degli elettroni di legame da ogni nucleo Dalla carica nucleare
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LA FORZA DI LEGAME VIENE ESPRESSA COME ENERGIA DI LEGAME.
SI MISURA IN JOULE (J)
1 CALORIA = 4,18 J
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NELLA CELLULA AVVENGONO CINQUE TIPI DITRASFORMAZIONI CHIMICHE
TRASFERIMENTO DI GRUPPI FUNZIONALI
OSSIDAZIONI E RIDUZIONI
REAZIONI CHE RIORGANIZZANO LA DISPOSIZIONEDEI LEGAMI INTORNO AD UNO O PIU’ ATOMI DI C
REAZIONI CHE ROMPONO O FORMANO LEGAMI C-C
REAZIONI DI CONDENSAZIONE, CON ELIMINAZIONE DIUNA MOLECOLA DI ACQUA
IN MOLTE REAZIONI BIOCHIMICHE SONO COINVOLTE INTERAZIONI
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IN MOLTE REAZIONI BIOCHIMICHE SONO COINVOLTE INTERAZIONITRA NUCLEOFILI (GRUPPI FUNZIONALI RICCHI DI ELETTRONI ED INGRADO DI DONARLI) ED ELETTROFILI (GRUPPI FUNZIONALI CARENTIDI ELETTRONI E CHE POSSONO CATTURARLE)
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LE MACROMOLECOLEBIOLOGICHE
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Nelle proteine, negli acidi nucleici e neipolisaccaridi i monomeri sono legati tra loro
tramite legami covalenti.
Le strutture tridimensionali ed i complessi
sopramolecolari sono tenuti insieme dainterazioni non covalenti, deboli seconsiderate singolarmente
Le interazioni deboli sono fondamentaliper il funzionamento delle macromolecolebiologiche
I quattro tipi di interazioni deboli tra
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4Interazioni di van der
Waals
4-8Interazioniidrofobiche
-21-NH3+ NH3+Interazioni ioniche
repulsive
42NH3+ : : :COO-Interazioni ionicheattrattive
8-21C=O::::H-NLegame idrogeno tra
legami peptidici
8-21C=O::::H-O-Legame idrogeno tragruppi neutri
Interazioni deboli
Energia distabilizzazione
KJ/mole
I quattro tipi di interazioni deboli trabiomolecole
Legame ad
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Legame adidrogeno
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Legami idrogeno di importanza biologica
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L’attrazione tra le due cariche elettriche parziali è massima quando i tre atomi coinvolti sono allineati
Interazioni di van der Waals
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RAGGIO DI VAN DER WAALS
Quando due atomi non carichi vengono a trovarsi moltovicini le loro nuvole elettroniche si influenzano a vicenda.Le variazioni casuali della posizione degli elettroni intornoal nucleo possono generare dipoli elettrici transitori che
inducono dipoli elettrici transitori ed opposti nell’atomovicino. I due dipoli si attraggono portando i due atomiancora più vicini. Man mano che i nuclei si avvicinano ledue nubi elettroniche cominciano a respingersi fino a chesi arriverà ad un punto in cui attrazione e repulsione è esattamente bilanciata
LE INTERAZIONI NON COVALENTI TRA LE
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LE INTERAZIONI NON COVALENTI TRA LEBIOMOLECOLE SONO INFLUENZATE DALLE PROPRIETA’DEL SOLVENTE
PROPRIETA’ SOLVENTI DELL’ACQUA
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Nel ghiaccio ogni molecola di acqua forma un massimo di quattro legamiidrogeno, generando un reticolo cristallino regolare. Allo stato liquido eda temperatura ambiente, ogni molecola di acqua forma in media 3,4legami idrogeno con altre molecole di acqua.La struttura del ghiaccio è rigida e regolare.Allo stato liquido le molecole sono in continuo movimento e quindi ilegami idrogeno si formano e si rompono continuamente
L’acqua forma legami idrogeno con i soluti
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L acqua forma legami idrogeno con i soluti
L’acqua interagisce elettrostaticamente con i soluti carichi
Composti idrofili
Composti idrofobici
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L’acqua scioglie i sali come il Cloruro di sodioidratando e stabilizzando gli ioni Na+ e Cl- . Le cariche
ioniche vengono parzialmente annullate ed il reticolocristallino si indebolisce.
In termini di entropia, aumenta il disordine (entropia) e
si ha una variazione di energia libera favorevole (Δ
G =ΔH -TΔS
I composti non polari determinano variazioni energetiche
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non favorevoli nella struttura dell’acqua
Gli acidi grassi a lunga catena hanno catene alchiliche idrofobiche chevengono circondate da uno strato altamente ordinato di acqua.
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Raggruppandosi in micelle espongono una minore superfiche per cui lo
strato ordinato d’acqua diminuisce
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LE INTERAZIONI DEBOLI SONO FONDAMENTALI
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LE INTERAZIONI DEBOLI SONO FONDAMENTALIPER LA STRUTTURA E LA FUNZIONE DELLEMACROMOLECOLE
Il DNA e le proteine contengono tanti siti potenzialiper la formazione di legami idrogeno, van derWaals, idrofobici, (ionici)
L’effetto cumulativo di tutti questi legami debolidiventa enorme
La struttura più stabile è quella in cui il maggiornumero di possibilità di formazione di legamideboli è soddisfatta