22

PolisaccaridiPolisaccaridi ProteineProteine

Acidi nucleiciAcidi nucleici LipidiLipidi

Le macromolecole Le macromolecole biologichebiologiche

33

CARBOIDRATICARBOIDRATI

MONOSACCARIDIMONOSACCARIDI

POLISACCARDIPOLISACCARDI

44

La sintesi biologica dei carboidrati avviene La sintesi biologica dei carboidrati avviene attraverso il processo di fotosintesiattraverso il processo di fotosintesi

Energia luminosa

Energia chimica

6CO2+6H2O C6H12O6+6O2

55

AldeideAldeide

RR CC

OO

HH

AldosiAldosi

GliceraldeideGliceraldeide ,,l’l’aldosioaldosio più più

semplicesemplice

,,

Catena lineare diCatena lineare diatomi di carbonioatomi di carbonio

GlucosioGlucosio

Funzione Funzione carbonilicacarbonilica adaduna estremità della catenauna estremità della catena

CC OOHHHH

CC

CC

OOHHHH

HH

OOHHCC

CC

CC

CC

CC

CC

OOHH

HH

OOHH

OOHH

HH

HHOO

HH

HH

HH OO

OOHH

HH

HH

11

22

33

11

22

33

44

55

66

RR11 CC RR22

OO

ChetoneChetone

ChetosiChetosi

DiidrossiacetoneDiidrossiacetone ,,il il chetosiochetosio piùpiù

semplicesemplice

Catena lineare diCatena lineare diatomi di carbonioatomi di carbonio

Funzione Funzione carbonilicacarbonilica nonnonalle estremità della catenaalle estremità della catena

HH CC OOHH

HH

CC

CC OOHH

HH

HH

OO

FruttosioFruttosio

CC

CC

CC

CC

CC

CC

OO

HH

OOHH

OOHH

HHOO

HH

HH

OOHH

HH

HH

OOHH

HH

HH

11

22

33

11

22

33

44

55

66

Struttura dei monosaccaridiStruttura dei monosaccaridi

66

N° di atomi diN° di atomi diC nelloC nello

scheletroscheletroNomeNome N° di isomeriN° di isomeri

33

44

55

66

33

44

55

66

aldotriosialdotriosi

aldotetrosialdotetrosi

aldopentosialdopentosi

aldoesosialdoesosi

chetotriosichetotriosi

chetotetrosichetotetrosi

chetopentosichetopentosi

chetoesosichetoesosi

N° di isomeriN° di isomeriotticiottici

11

22

44

88

11

11

22

44

22

44

88

1616

11

22

44

88

aldosialdosi

chetosichetosi

Nomenclatura dei Nomenclatura dei monosaccarridimonosaccarridi e e numero dei loro possibili isomerinumero dei loro possibili isomeri

77

Tutti i monosaccaridi tranne il Tutti i monosaccaridi tranne il diidrossiacetonediidrossiacetone contengono contengono uno o più atomi di carbonio asimmetrici, cioè atomi di uno o più atomi di carbonio asimmetrici, cioè atomi di carbonio con quattro sostituenti diversi.carbonio con quattro sostituenti diversi.

Un composto che contiene un atomo di carbonio Un composto che contiene un atomo di carbonio asimmetrico può essere presente sotto forma di due asimmetrico può essere presente sotto forma di due stereoisomeristereoisomeri, detti isomeri ottici o , detti isomeri ottici o enantiomerienantiomeri..

88

Gli Gli stereoisomeristereoisomeri sono composti che pur avendo la stessa sono composti che pur avendo la stessa formula di struttura, ovvero la stessa sequenza di legami, formula di struttura, ovvero la stessa sequenza di legami, differiscono per la diversa disposizione dei vari atomi o differiscono per la diversa disposizione dei vari atomi o raggruppamenti di atomi nello spazio.raggruppamenti di atomi nello spazio.

Si definiscono Si definiscono enantiomerienantiomeri le particolari coppie di le particolari coppie di stereoisomeristereoisomeri, correlati dalla caratteristica di essere l’uno , correlati dalla caratteristica di essere l’uno l’immagine speculare dell’altro, con la peculiarità che le due l’immagine speculare dell’altro, con la peculiarità che le due immagini non sono sovrapponibili tra loro.immagini non sono sovrapponibili tra loro.

99

Molecola con quattro sostituenti diversi:la molecola è chirale

Molecola con quattro sostituenti diversi:la molecola è chirale

A

B

C

D

D

B C

A

A

B

CD

Molecolaoriginale

Molecola originaleruotata

Immagine speculare dellamolecola originale

Specchio

La molecola ruotata non sisovrappone all’immagine specularedella molecola originale

Molecola con tre sostituenti diversi:la molecola non è chirale

Molecola con tre sostituenti diversi:la molecola non è chirale

A

B

C

B

B

B C

A

A

B

CB

Molecolaoriginale

Molecola originaleruotata

Immagine speculare dellamolecola originale

Specchio

La molecola ruotata si sovrapponeall’immagine speculare dellamolecola originale

Le molecole che hanno la caratteristica di possedere immagini Le molecole che hanno la caratteristica di possedere immagini speculari non sovrapponibili sono dette speculari non sovrapponibili sono dette molecole molecole chiralichirali

1010

aa

SorgenteSorgente

00ºº++ --

PolarizzatorePolarizzatore

CampioneCampioneAnalizzatoreAnalizzatore

Due Due enantiomerienantiomeri differiscono tra loro per una specifica differiscono tra loro per una specifica proprietà fisica: la capacità di ruotare il piano della luce proprietà fisica: la capacità di ruotare il piano della luce polarizzata. Essa prende il nome di polarizzata. Essa prende il nome di attività otticaattività ottica. .

Quando la soluzione di uno degli Quando la soluzione di uno degli enantiomerienantiomeri ruota il piano ruota il piano della luce polarizzata verso destra, la soluzione dell’altro della luce polarizzata verso destra, la soluzione dell’altro ruota tale piano verso sinistra.ruota tale piano verso sinistra.

1111

La La gliceraldeidegliceraldeide contiene un solo centro contiene un solo centro chiralechirale, costituito , costituito dall’atomo di carbonio centrale, essa possiede due diversi dall’atomo di carbonio centrale, essa possiede due diversi enantiomerienantiomeri, che per convenzione vengono indicati l’uno , che per convenzione vengono indicati l’uno con la lettera D, l’altro con la lettera con la lettera D, l’altro con la lettera L.L.

1212

D- gliceraldeide L- gliceraldeide

CHO CHO

H OH HHO

CH 2OH CH 2OH

Specchio

Modelli a palle ebastoncini

Modelli a sfere ebastoncini

Formule in prospettivaFormule in prospettiva

C OHH

CHO

CH 2OH

CHO H

CHO

CH2OH

Formule di proiezionedi Fischer

Formule di proiezionedi Fischer

C OHH

CHO

CH 2OH

CHO H

CHO

CH2 OH

Gli Gli stereoisomeristereoisomeri della della gliceraldeidegliceraldeide

1313

Sempre per convenzione, gli Sempre per convenzione, gli stereoisomeristereoisomeri degli altri degli altri monosaccardimonosaccardi, indipendentemente dalla lunghezza della , indipendentemente dalla lunghezza della catena di atomi di carbonio e dalla loro configurazione, catena di atomi di carbonio e dalla loro configurazione, vengono divisi in due gruppi in base alla configurazione vengono divisi in due gruppi in base alla configurazione intorno all’atomo di carbonio intorno all’atomo di carbonio chiralechirale più distante dal più distante dal gruppo gruppo carbonilicocarbonilico..

I composti appartenenti al gruppo che ha una I composti appartenenti al gruppo che ha una configurazione, a livello del centro configurazione, a livello del centro chiralechirale, identica a , identica a quella della quella della DD--gliceraldeidegliceraldeide sono detti isomeri D.sono detti isomeri D.

Quelli del gruppo con configurazione identica alla Quelli del gruppo con configurazione identica alla LL--gliceraldeidegliceraldeide, sono denominati isomeri , sono denominati isomeri L.L.

1414

ββ--DD--glucopiranosioglucopiranosio

CC CC

OO

HHHH

HHOOOOHH

HH

HH

OOHH

HH

OOHHCC11

2233

CC44

CC55

CCHH22OOHH66

CC

CC CC

OO

HHHH

HHOOOOHH

HH

HH

OOHH

OOHH

HH

CCHH22OOHH66

CC55

44

33 22

CC11

66

11CCHHOO

22CC

33CC

44CC

55CC

CCHH22OOHH

OOHH

HH

OOHH

OOHH

HH

HHOO

HH

HH

CC

CC

HHHH

HHOOOOHH

HH OOHH

HH

HH

OO

OOHH

CCHH22OOHH66

CC55

44

33 CC22

CC11

αα--DD--glucopiranosioglucopiranosio

DD--glucosioglucosio

I monosaccaridi con una catena di cinque o più atomi di I monosaccaridi con una catena di cinque o più atomi di carbonio assumono in soluzione una forma ciclica ad anello.carbonio assumono in soluzione una forma ciclica ad anello.

La chiusura della catena lineare in un ciclo avviene per La chiusura della catena lineare in un ciclo avviene per formazione di un legame covalente formazione di un legame covalente intramolecolareintramolecolare tra il tra il carbonio del gruppo carbonio del gruppo carbonilicocarbonilico e l’atomo di ossigeno di un e l’atomo di ossigeno di un gruppo gruppo ossidrilicoossidrilico lungo la catena.lungo la catena.

1515

Le ragioni chimiche di questa reazione sono legate al fatto Le ragioni chimiche di questa reazione sono legate al fatto che aldeidi e i chetoni reagiscono con gli alcoli per dare che aldeidi e i chetoni reagiscono con gli alcoli per dare come prodotti, chiamati rispettivamente, come prodotti, chiamati rispettivamente, emiacetaliemiacetali ed ed emichetaliemichetali..

HHOO RR22RR11 CCHH

OO

AldeideAldeide AlcoolAlcool

CC OORR22RR11

OOHH

HH

EmiacetaleEmiacetale

++ CC OORR22RR11

OORR22

HH

RR22OOHH

AcetaleAcetale

EmiacetaliEmiacetali ed emichetalied emichetali possono reagire con una seconda possono reagire con una seconda molecola di alcol producendo, rispettivamente, molecola di alcol producendo, rispettivamente, acetaliacetali e e chetali.chetali.

1616

CC

CC CC

CC

OOCC

HH

HHHH

HH HH

HH

PiranoPirano

Nel caso del glucosio, la reazione tra il gruppo Nel caso del glucosio, la reazione tra il gruppo ossidrilicoossidrilicosul Csul C--5 con il carbonio 5 con il carbonio aldeidicoaldeidico CC--1 conduce alla 1 conduce alla formazione di un anello a sei atomi caratterizzato da un formazione di un anello a sei atomi caratterizzato da un legame legame emiacetalicoemiacetalico intramolecolareintramolecolare..

Tale forma è definita Tale forma è definita piranosicapiranosica, dal momento che , dal momento che ricorda la struttura ciclica a sei atomi caratteristica del ricorda la struttura ciclica a sei atomi caratteristica del piranopirano..

1717

La chiusura del ciclo comporta la formazione di due diversi La chiusura del ciclo comporta la formazione di due diversi stereoisomeristereoisomeri, che differiscono tra loro unicamente per la , che differiscono tra loro unicamente per la configurazione intorno all’atomo di carbonio configurazione intorno all’atomo di carbonio emiacetalicoemiacetalico CC--1.1.

I due I due anomerianomeri del Ddel D--glucosio sono chiamati:glucosio sono chiamati:αα--DD--glucopiranosioglucopiranosio e e ββ--DD--glucopiranosioglucopiranosio..

Tale atomo è chiamato Tale atomo è chiamato carbonio carbonio anomericoanomerico, mentre i due , mentre i due stereoisomeristereoisomeri sono chiamati sono chiamati anomerianomeri e vengono indicati e vengono indicati con le letterecon le lettere αα ee β.β.

αα--DD--glucopiranosioglucopiranosio

CC

CC CC

OO

HHHH

HHOOOOHH

HH

HH

OOHH

OOHH

HH

CCHH22OOHH66

CC55

44

33 22

CC11 αα

ββ--DD--glucopiranosioglucopiranosio

CC CC

OO

HHHH

HHOOOOHH

HH

HH

OOHH

HH

OOHHCC11

2233

CC44

CC55

CCHH22OOHH66

ββ

1818

CC

CC CC

OO

HHHH

HHOOOOHH

HH

HH

OOHH

OOHH

HH

CCHH22OOHH66

CC55

44

33 22

CC11

αα--DD--glucopiranosiglucopiranosioo

ββ--DD--glucopiranosioglucopiranosio

CC CC

OO

HHHH

HHOOOOHH

HH

HH

OOHH

HH

OOHHCC11

2233

CC44

CC55

CCHH22OOHH66

CC

CC

HHHH

HHOOOOHH

HH OOHH

HH

HH

OO

OOHH

CCHH22OOHH66

CC55

44

33 CC22

CC11

Le forme cicliche del DLe forme cicliche del D--glucosio subiscono in soluzione glucosio subiscono in soluzione un processo di interconversione che comporta l’apertura un processo di interconversione che comporta l’apertura e la successiva e la successiva richiusurarichiusura dell’anello dell’anello piranosicopiranosico, detto , detto mutarotazionemutarotazione..

1919

Nel caso di un Nel caso di un chetoesosochetoesoso come il Dcome il D--fruttosio, le due forme fruttosio, le due forme anomericheanomeriche αα ee ββ si formano per reazione tra il gruppo si formano per reazione tra il gruppo ossidrilicoossidrilico sul Csul C--5 e il gruppo 5 e il gruppo chetonicochetonico sul Csul C--2.2.

OO

HH

HHHH

HH

FuranoFurano

Esse sono costituite da un anello Esse sono costituite da un anello emichetalicoemichetalico a cinque atomi che a cinque atomi che ricorda il ricorda il furanofurano, e viene pertanto , e viene pertanto denominato forma denominato forma furanosicafuranosica..

OO

HH

OOHH

HH HHOO

HH

OOHH

HHOOCCHH2266

55

44 33

22

CCHH22OOHH11

ββ--DD--fruttofuranosiofruttofuranosio

22

3344

55

OO66

HHOOCCHH22

HH

OOHH

HH HHOO

HH

CCHH22OOHH11

OOHH

DD--ffrruuttttoossiioo

11

22

3344

55

66

CC CC

CCCC

OO HH

HH

HH

OO HH

CC HH22OO HH

OO

OO HH

HH

HHOO HH22CC

αα--DD--fruttofuranosiofruttofuranosio

2020

Per rappresentare le forme ad anello dei monosaccaridi sono Per rappresentare le forme ad anello dei monosaccaridi sono spesso usate formule di prospettiva dette proiezioni di spesso usate formule di prospettiva dette proiezioni di HaworthHaworth..

OO

OOHH

HH

HH

OOHH

HH

HHOO

HHOO

HH

HH

CCHH22OOHH

11

2233

44

55

66

OO

OOHH

HH

OOHH

HH

HH

HHOO

HHOO

HH

HH

CCHH22OOHH66

55

44

33 22

11

L’anello L’anello piranosicopiranosico, tuttavia, non è esattamente planare, ma , tuttavia, non è esattamente planare, ma assume le due conformazioni a barca e a sedia.assume le due conformazioni a barca e a sedia.

αα--DD--gglluuccooppiirraannoossiioo ββ --DD--gglluuccooppiirraannoossiioo

OO

OOHH HH

OOHH

HHOO

HH HH

OOHH

11

22

HH33

44

55

CCHH22OOHH66

HH

OO

HH

OOHH HH

OOHH

HHOO

HH

CCHH22OOHH

OOHH

HH

11

2233

44

55

66

HH

2121

RibosioRibosio 22--DeossiDeossi--ribosioribosio

11

2233

44

55

OOOOHH

OOHHOOHH

CHCH22OOHH

HH

HH HH

HH

OOOOHH

HHOOHH

CHCH22OOHH

HH

HH HH

HH

11

2233

44

55

Gli zuccheri degli acidi nucleiciGli zuccheri degli acidi nucleici

2222

Alcuni derivati del DAlcuni derivati del D--glucosioglucosio

DD--glucosioglucosio

CCHHOO

CC

CC

CC

CC

CCHH22OOHH

OOHH

HH

OOHH

OOHH

HH

HHOO

HH

HH

11

22

33

44

55

66

ββ--DD--glucosioglucosio

OO

HH

OOHH HH

OOHH

HHOO

HH

CCHH22OOHH

OOHH

HH

11

2233

44

55

66

HH

OO

HH

OOHH HH

NNHH

HHOO

HH

CCHH22OOHH

OOHH

HH

CC OO

11

2233

44

55

66

CCHH33

HH

NN--acetilacetil--ββ--DD--glucosamminaglucosammina

OO

HH

OOHH HH

OOHH

HHOO

HH

CCOOOOHH

OOHH

HH

11

2233

44

55

66

HH

Acido Acido ββ--DD--glucuronicoglucuronico

OO

HH

OOHH HH

NNHH22

HHOO

HH

CCHH22OOHH

OOHH

HH

11

2233

44

55

66

HH

ββ--DD--glucosamminaglucosammina

2323

Alcuni derivati del DAlcuni derivati del D--galattosiogalattosio

OO

HH

OOHH HH

OOHH

HH

HHOO

CCHH22OOHH

OOHH

HH

11

2233

44

55

66

HH

ββ--DD--galattosiogalattosio

OO

HH

OOHH HH

NNHH22

HH

HHOO

CCHH22OOHH

OOHH

HH

11

2233

44

55

66

HH

ββ--DD--galattosamminagalattosammina

CCHHOO

CC

CC

CC

CC

CCHH22OOHH

OOHH

HH

HH

OOHH

HH

HHOO

HHOO

HH

11

22

33

44

55

66

DD--galattosiogalattosio

2424

Disaccaridi comuniDisaccaridi comuni

ββ

66

55

44

33 22

11

OO

HH

OOHH HH

OOHH

HH

CCHH22OOHH

OHOH

HH

11

66

55

44

33 22

αα

OO

HH

OOHH HH

OOHH

HHOO

HH

CCHH22OOHH

HH

OOHH HH

αα

66

55

44

33 22

11

OO

HH

OOHH HH

OOHH

HH

CCHH22OOHH

HH

OOHH

11

66

55

44

33 22

αα

OO

HH

OOHH HH

OOHH

HHOO

HH

CCHH22OOHH

HH

OO

HH HH

αα--MaltosioMaltosio ββ--CellobiosioCellobiosio

OOHHOOCCHH22

OOHH

HH HHOO

HH

HH

CCHH22OOHH11

22

33 44

55

66

ββ11

66

55

44

33 22

αα

OO

HH

OOHH HH

OOHH

HHOO

HH

CCHH22OOHH

HH

OO

HH

ββ

66

55

44

33 22

1111

66

55

44

33 22

ββ

OO

HH

OOHH HH

OOHH

HH

HHOO

CCHH22OOHH

HH

OO

OO

HH

OOHH HH

OOHH

HH

CCHH22OOHH

OOHH

HH

HH HH

ββ--LattosioLattosio SaccarosioSaccarosio

2525

OOCCHH22OOHH

OOOO

HHOO

HHOO

CCHH22OOHH

OOOO

HHOO

HHOO

CCHH22OOHH

OO

HHOO

HHOO

OOOO

HHOO

HHOO

CC HH22OOHH

AmilosioAmilosio

OOOO

HHOO

HHOO

CCHH22OOHH

OOOO

HHOO

HHOO

CCHH22OOHH

OOOO

HHOO

HHOO

CCHH22

OOOO

HHOO

HHOO

CCHH22OOHH

AmilopectinaAmilopectinaOOOO

HHOO

HHOO

CCHH22OOHH

OOOO

HHOO

HHOO

CCHH22OOHH

OOOO

HHOO

HHOO

CCHH22OOHH

OO

2626

OOOO

HHOO

CCHH22OOHH

OOHH

OOOO

HHOO

CCHH22OOHH

OOHH

OOOO

HHOO

CCHH22OOHH

OOHH

CellulosaCellulosa

2727

Struttura tridimensionale della cellulosaStruttura tridimensionale della cellulosa

2828

AMMINOACIDI E AMMINOACIDI E PROTEINEPROTEINE

2929

ProteineProteine

Proteine di protezione (anticorpi, Proteine di protezione (anticorpi, trombinatrombina))

Proteine strutturaliProteine strutturali

glicoproteineglicoproteine, collagene, elastina, cheratina, collagene, elastina, cheratina

Proteine catalitiche (enzimi)Proteine catalitiche (enzimi)

Proteine di regolazione (ormoni)Proteine di regolazione (ormoni)

Proteine di trasportoProteine di trasporto

emoglobina, siero albuminaemoglobina, siero albumina

3030

CC CCOOOO --++HH33NN

HH

RR

αα

Dal punto di vista chimico, le proteine sono poliammidi Dal punto di vista chimico, le proteine sono poliammidi composte da unità composte da unità monomerichemonomeriche rappresentate da circa 20 rappresentate da circa 20 diversi diversi αα--amminoacidi.amminoacidi.

Nelle proteine, gli amminoacidi sono legati tra di loro da Nelle proteine, gli amminoacidi sono legati tra di loro da legami ammidici, chiamati legami peptidici.legami ammidici, chiamati legami peptidici.

++ ++ HH22OOHH NN

HH

CCHH

RR22

CCOOOO--HH33NN CCHH

RR11

CC OOHH

OO

HH33NN CCHH

RR11

CC NN

OO

HH

CCHH

RR22

CCOOOO--

Legame Legame peptidicopeptidico

AAAA11 AAAA22 DipeptideDipeptide AAAA11-- AAAA22

3131

In tutti gli amminoacidi l’atomo di carbonio In tutti gli amminoacidi l’atomo di carbonio αα è un è un centro centro chiralechirale, dato che possiede quattro sostituenti , dato che possiede quattro sostituenti diversi: essi sono dunque otticamente attivi e presenti in diversi: essi sono dunque otticamente attivi e presenti in due due enantiomerienantiomeri denominati L e D.denominati L e D.

Fa eccezione la Fa eccezione la glicinaglicina, nella quale l’atomo di carbonio , nella quale l’atomo di carbonio ααpossiede tre sostituenti diversi:possiede tre sostituenti diversi:

α

L-Alanina

HH3N+

COO-

CH3

D-Alanina

H

COO -

CH3

NH3+

α

3232

Le forme L e D hanno la stessa configurazione assoluta Le forme L e D hanno la stessa configurazione assoluta al carbonio asimmetrico rispettivamente della Lal carbonio asimmetrico rispettivamente della L-- e e DD--GliceraldeideGliceraldeide..

Solo la forma LSolo la forma L-- partecipa alla costruzione delle partecipa alla costruzione delle proteine.proteine.

3333

Gli amminoacidi sono Gli amminoacidi sono composti composti bifunzionalibifunzionali, dal , dal momento che contengono sia la momento che contengono sia la funzione amminicafunzione amminica che che quella quella carbossilicacarbossilica e possono pertanto esistere come ioni e possono pertanto esistere come ioni dipolari.dipolari.

La concentrazione dello ione dipolare risulta massima in La concentrazione dello ione dipolare risulta massima in corrispondenza di un particolare valore di pH, detto corrispondenza di un particolare valore di pH, detto punto punto isoelettricoisoelettrico, che è caratteristico di ciascun amminoacido., che è caratteristico di ciascun amminoacido.

CH COOHH3N

R

CH COOH3N

R

CH COOH2N

R

+ +

3434

Amminoacidi non polariAmminoacidi non polari

3535

Amminoacidi polari non carichiAmminoacidi polari non carichi

3636

Amminoacidi polari carichiAmminoacidi polari carichi

3737

Sequenze di un numero relativamente piccolo di Sequenze di un numero relativamente piccolo di amminoacidi sono chiamate amminoacidi sono chiamate oligopeptidioligopeptidi..

Sequenze più lunghe, fino ad un peso molecolare di circa Sequenze più lunghe, fino ad un peso molecolare di circa 5000 Da, sono dette invece 5000 Da, sono dette invece polipeptidipolipeptidi o più o più semplicemente semplicemente peptidipeptidi..

Le unità Le unità monomerichemonomeriche di un peptide sono in genere di un peptide sono in genere chiamate residui chiamate residui amminoacidiciamminoacidici..

I due residui alle estremità della catena hanno l’uno un I due residui alle estremità della catena hanno l’uno un gruppo amminico libero, l’altro un gruppo carbossilico gruppo amminico libero, l’altro un gruppo carbossilico libero; sono chiamati rispettivamente residui libero; sono chiamati rispettivamente residui amminoammino--terminaleterminale ((NN--terminaleterminale) e ) e carbossicarbossi--terminaleterminale ((CC--terminaleterminale).).

3838

Livelli di struttura delle proteineLivelli di struttura delle proteine

La sequenza degli amminoacidi che danno origine alla La sequenza degli amminoacidi che danno origine alla catena proteica rappresenta la catena proteica rappresenta la struttura primariastruttura primaria della della proteina; è la struttura primaria che determina il modo e la proteina; è la struttura primaria che determina il modo e la forma secondo i quali la catena forma secondo i quali la catena amminoacidicaamminoacidica si organizza, si organizza, sia localmente che globalmente, nello spazio, contribuendo sia localmente che globalmente, nello spazio, contribuendo ad assegnare ad ogni proteina la particolare struttura ad assegnare ad ogni proteina la particolare struttura tridimensionale necessaria a svolgere le specifiche funzioni tridimensionale necessaria a svolgere le specifiche funzioni biologiche.biologiche.

La La struttura secondariastruttura secondaria è costituita dal modo in cui la è costituita dal modo in cui la proteina si organizza localmente, ad esempio, in tratti di proteina si organizza localmente, ad esempio, in tratti di αα--elica o in segmenti estesi detti foglietti elica o in segmenti estesi detti foglietti β.β.

3939

Livelli di struttura delle proteineLivelli di struttura delle proteine

L’avvolgimento globale assunto dalla catena proteica in L’avvolgimento globale assunto dalla catena proteica in virtù delle interazioni che si stabiliscono tra i gruppi virtù delle interazioni che si stabiliscono tra i gruppi presenti in catena laterale degli amminoacidi, si presenti in catena laterale degli amminoacidi, si chiama chiama struttura terziariastruttura terziaria..

In alcuni casi, più catene primarie diverse, ciascuna In alcuni casi, più catene primarie diverse, ciascuna dotata della sua particolare struttura secondaria e dotata della sua particolare struttura secondaria e terziaria, si aggregano per formare complessi terziaria, si aggregano per formare complessi funzionali più grandi, nei quali si individua dunque una funzionali più grandi, nei quali si individua dunque una struttura quaternariastruttura quaternaria..

4040

Struttura primariaStruttura primaria LysLys LysLys GlyGly GlyGly LeuLeu ValVal AlaAla HisHis

Struttura SecondariaStruttura Secondaria

Struttura quaternariaStruttura quaternaria

Struttura terziariaStruttura terziaria

4141α-elica β-sheet

Strutture secondarie nelle proteineStrutture secondarie nelle proteine

4242

α αGruppo

eme

β β

Struttura quaternaria dell’emoglobinaStruttura quaternaria dell’emoglobina

22

ACIDI NUCLEICIACIDI NUCLEICI

33

Acidi nucleiciAcidi nucleici

Acido ribonucleico (RNA)Acido ribonucleico (RNA)

Svolge ruoli fondamentali nei Svolge ruoli fondamentali nei complessi processi di espressione complessi processi di espressione dell’informazione genetica che dell’informazione genetica che portano alla sintesi proteica.portano alla sintesi proteica.

Acido desossiribonucleico (DNA)Acido desossiribonucleico (DNA)

Conserva le informazioni ereditarie.Conserva le informazioni ereditarie.

44

ZuccheroZucchero

Gruppo Gruppo fosfatofosfato

BBaassee eetteerroocciicclliiccaaOOPP

OO

OOHH

OOHH OO

HHHHHH

OOHH OOHH//HH

HH

CCHH22

1'1'

2'2'3'3'

4'4'

5'5'

Struttura delle unità Struttura delle unità monomerichemonomerichedegli acidi nucleici: i degli acidi nucleici: i nucleotidinucleotidi

55

Gli zuccheri degli acidi nucleiciGli zuccheri degli acidi nucleici

RibosioRibosio

11

2233

44

55

OOOOHH

OOHHOOHH

CHCH22OOHH

HH

HH HH

HHRNARNA

22--DeossiDeossi--ribosioribosio

OO OOHH

HHOOHH

CHCH22OOHH

HH

HH HH

HH

11

2233

44

55

DNADNA

66

Le basi Le basi eterociclicheeterocicliche degli acidi nucleicidegli acidi nucleici

RNARNA

GuaninaGuanina (G)(G)

AdeninaAdenina (A)(A)

CitosinaCitosina (C)(C)

UracileUracile (U) (U)

DNADNA

GuaninaGuanina (G)(G)

AdeninaAdenina (A)(A)

CitosinaCitosina (C)(C)

TiminaTimina (T)(T)

77

NN

NNNN

NN

NNHH22

HH

AdeninaAdenina

GuaninaGuanina

NN

NNNN

NN

HH

HH

OO

NNHH22

Basi Basi purinichepuriniche

NN

NN

OO

OO

HH

HH

UracileUracile

NN

NN

OO

HH

NNHH22

CitosinaCitosina

NN

NN

OO

HH

HH

OO

HH33CC

TiminaTimina

Basi Basi pirimidinichepirimidiniche

Struttura delle basi Struttura delle basi eterociclicheeterocicliche

88

Gli acidi nucleici sono poliesteri dato che le diverse Gli acidi nucleici sono poliesteri dato che le diverse unità unità monomerichemonomeriche sono collegate le une alle altre sono collegate le une alle altre mediante ponti fosfato di natura mediante ponti fosfato di natura estereaesterea tra il tra il carbonio Ccarbonio C--5' e il carbonio C5' e il carbonio C--3' di due anelli zuccherini 3' di due anelli zuccherini consecutivi.consecutivi.

Essi sono caratterizzati da lunghe catene lineari con Essi sono caratterizzati da lunghe catene lineari con un ossidrile libero in posizione 5' ad un’estremità ed un ossidrile libero in posizione 5' ad un’estremità ed un ossidrile libero in posizione 3' all’altra estremità.un ossidrile libero in posizione 3' all’altra estremità.

La sequenza delle basi è variabile e questo La sequenza delle basi è variabile e questo aspetto risulta di grande importanza per le aspetto risulta di grande importanza per le funzioni biologiche svolte dagli acidi nucleicifunzioni biologiche svolte dagli acidi nucleici. .

99

DNADNA

1010

Nu

cleo

sid

eN

ucl

eosi

de

OO

HHHHHH

OO HH

HH

BBaasseeCCHH22

OO

PP

PP

OO--OO OO

--OO

OO

CCHH22 BBaassee

HH

HHOO

HHHH HH

OO

OO

PP--OO

OO

OO

CCHH22 BBaassee

HH

HHOO

HHHH HH

OO

Nu

cleo

tid

eN

ucl

eoti

de

Struttura di una catena di DNAStruttura di una catena di DNA

1111

La macromolecola di DNA consiste di La macromolecola di DNA consiste di due catene di due catene di nucleotidinucleotidi antiparalleleantiparallele che si avvolgono a spirale che si avvolgono a spirale attorno ad un asse centrale, dando origine ad una attorno ad un asse centrale, dando origine ad una doppia elica destrorsadoppia elica destrorsa che rappresenta la struttura che rappresenta la struttura secondaria del DNA.secondaria del DNA.

Lo scheletro Lo scheletro zuccherozucchero--fosfatofosfato--zuccherozucchero--fosfatofosfato è posto è posto all’esterno.all’esterno.

Le basi sono dirette verso l’interno e sono Le basi sono dirette verso l’interno e sono approssimativamente perpendicolari all’asse della approssimativamente perpendicolari all’asse della molecola stessa.molecola stessa.

1212

A

G

A

T

C

A

T

C

T

AG

T

5'

3'

5'

3' Rappresentazione della Rappresentazione della

doppia elica destrorsa doppia elica destrorsa formata formata dall’avvolgimento a dall’avvolgimento a spirale attorno ad un spirale attorno ad un asse centrale di due asse centrale di due catene antiparallele di catene antiparallele di nucleotidinucleotidi

Struttura secondaria del DNAStruttura secondaria del DNA

1313

AAGG AA

TT

CC

TTCCAA

CC

TT

5'3'

Rappresentazione di Rappresentazione di una singola catena di una singola catena di nucleotidinucleotidi

Struttura secondaria del DNAStruttura secondaria del DNA

1414

La stabilità dell’intera macromolecola dipende dalle La stabilità dell’intera macromolecola dipende dalle interazioni interazioni idrofobicheidrofobiche e dalle forze di e dalle forze di vanvan derderWaalsWaals che si instaurano tra le basi impilate e dai che si instaurano tra le basi impilate e dai legami legami ad idrogenoad idrogeno che si formano tra le basi delle catene che si formano tra le basi delle catene complementari.complementari.

L’insieme di queste forze tiene uniti i due filamenti.L’insieme di queste forze tiene uniti i due filamenti.

Queste forze sono tuttavia sufficientemente deboli da Queste forze sono tuttavia sufficientemente deboli da permettere alle due catene di DNA di separarsi facilmente permettere alle due catene di DNA di separarsi facilmente durante lo svolgimento di alcune attività fondamentali.durante lo svolgimento di alcune attività fondamentali.

1515

La La pirimidinapirimidina di una catena è sempre appaiata con una di una catena è sempre appaiata con una purinapurina di un’altra catena.di un’altra catena.

La complementarietà (La complementarietà (adeninaadenina--timinatimina e e guaninaguanina--citosinacitosina) ) comporta che quando è specificata la sequenza comporta che quando è specificata la sequenza nucleotidicanucleotidica su un filamento, anche la sequenza sull’altro su un filamento, anche la sequenza sull’altro è fissata automaticamente.è fissata automaticamente.

1616

Legami ad idrogeno tra le basi complementariLegami ad idrogeno tra le basi complementari

NN

NN

NN

NN

NN HH

HH

HH NN

NN

OO CCHH33

OO

CCHH22

HH

HHOO

HH

HH HHOO

OO

CCHH22

HH

HH OO

HH

HH

HHOOAdeninaAdenina--TiminaTimina

OO

CCHH22

HH

HHOO

HH

HH HHOO

OO

CCHH22

HH

HH OO

HH

HH

HHOO

NN

NN

NN

NN

OO

HH

NN HH

HH

NN

NN

NNHH

HH

OO

GuaninaGuanina--CitosinaCitosina

1717

La struttura secondaria del DNA risulta determinante ai La struttura secondaria del DNA risulta determinante ai fini della comprensione dei meccanismi attraverso i quali fini della comprensione dei meccanismi attraverso i quali le informazioni genetiche vengono conservate e le informazioni genetiche vengono conservate e trasmesse.trasmesse.

La complementarietà tra le catene è la chiave mediante La complementarietà tra le catene è la chiave mediante cui il DNA si duplica, trasferendo le informazioni dalla cui il DNA si duplica, trasferendo le informazioni dalla cellula madre alle cellule figlie.cellula madre alle cellule figlie.

1818

La sequenza delle basi è responsabile della La sequenza delle basi è responsabile della conservazione delle informazioni geneticheconservazione delle informazioni genetiche

Particolari sequenze di 3 Particolari sequenze di 3 basi basi nucleotidichenucleotidiche, , triplette nel DNA, triplette nel DNA, codonicodoninell’nell’mRNAmRNA ed nell’ed nell’rRNArRNA, , identificano e codificano i identificano e codificano i diversi amminoacidi.diversi amminoacidi.

1919

RNARNA

2020

•• RNA transfer (RNA transfer (tRNAtRNA))

I tre tipi principali di RNA presenti nelle celluleI tre tipi principali di RNA presenti nelle cellule

•• RNA RNA ribosomialeribosomiale ((rRNArRNA))

•• RNA messaggero (RNA messaggero (mRNAmRNA))

2121

L’espressione del messaggio genetico che porta alla L’espressione del messaggio genetico che porta alla sintesi delle proteine si realizza in due fasi:sintesi delle proteine si realizza in due fasi:

•• la prima, chiamata la prima, chiamata trascrizionetrascrizione, prevede che il , prevede che il messaggio contenuto nel gene sia trascritto in termini di messaggio contenuto nel gene sia trascritto in termini di mRNAmRNA. La sintesi di quest’ultimo è catalizzata da uno . La sintesi di quest’ultimo è catalizzata da uno specifico enzima, la RNA specifico enzima, la RNA polimerasipolimerasi, che si serve di un , che si serve di un filamento di DNA come stampo;filamento di DNA come stampo;

•• la seconda fase, detta la seconda fase, detta traduzionetraduzione, richiede l’intervento , richiede l’intervento dell’dell’mRNAmRNA che funge da stampo e del che funge da stampo e del tRNAtRNA che trasporta i che trasporta i singoli amminoacidi sul singoli amminoacidi sul ribosomaribosoma dove avviene la sintesi dove avviene la sintesi della catena proteica.della catena proteica.

2222

5'3'

mRNARibosoma

5'

3'

Codone dell’arginina

Legame tra anticodonedel tRNA e codone

dell’mRNA

tRNA

tRNA

TyrSer

Leu

Phe5'

5'

3' Scorrimento del ribosoma verso il

codone successivo

3' Scorrimento del ribosoma verso il

codone successivo

TyrSer

Leu

Phe

Arg

LeuTyr

Phe

ArgSer

Meccanismo Meccanismo della sintesi della sintesi proteica che proteica che avviene a avviene a livello dei livello dei ribosomiribosomi

2323

Legami ad idrogeno

BasiCatena zucchero-fosfato

Struttura dell’Struttura dell’mRNAmRNA

2424

LIPIDILIPIDI

2525

Lipidi di Lipidi di riserva riserva (neutri)(neutri)

Lipidi di Lipidi di membrana membrana

(polari)(polari)

TriacilgliceroliTriacilgliceroli

CereCere

FosfolipidiFosfolipidi

SfingolipidiSfingolipidi

SteroliSteroli

SfingomielineSfingomieline

CerebrosidiCerebrosidi

GangliosidiGangliosidi

Classificazione dei lipidiClassificazione dei lipidi

2626

I lipidi di riserva o lipidi neutriI lipidi di riserva o lipidi neutri

Sono costituiti da esteri del Sono costituiti da esteri del glicerologlicerolo con acidi grassi, con acidi grassi, ossia con acidi carbossilici caratterizzati da lunghe ossia con acidi carbossilici caratterizzati da lunghe catene idrocarburiche comprendenti da 4 a 36 atomi di catene idrocarburiche comprendenti da 4 a 36 atomi di carbonio.carbonio.

Quelli che a temperatura ambiente sono liquidi vengono Quelli che a temperatura ambiente sono liquidi vengono generalmente denominati generalmente denominati oliiolii..

Quelli che nelle medesime condizioni hanno consistenza Quelli che nelle medesime condizioni hanno consistenza solida vengono denominati grassi.solida vengono denominati grassi.

2727

I I triacilglicerolitriacilgliceroli sono esteri del sono esteri del glicerologlicerolo con tre molecole di con tre molecole di acidi grassi; dal momento che non contengono gruppi acidi grassi; dal momento che non contengono gruppi funzionali elettricamente carichi o gruppi fortemente polari, funzionali elettricamente carichi o gruppi fortemente polari, vengono spesso definiti vengono spesso definiti trigliceriditrigliceridi oo grassi neutri. grassi neutri.

++

CCHH22 OOHH

CCHH

CCHH22

OOHH

OOHH

RRxx CC

OO

OOHH

CCHH22 OO CC RR11

OO

CCHH

CCHH22

OO CC

OO

RR22

OO CC RR33

OO

GliceroloGlicerolo Acido grassoAcido grasso TriglicerideTrigliceride

esterificazioneesterificazione

2828

Gli acidi carbossilici che si ottengono per idrolisi dei grassi Gli acidi carbossilici che si ottengono per idrolisi dei grassi e degli e degli oliiolii hanno generalmente catene lineari con un hanno generalmente catene lineari con un numero pari di atomi di carbonio. numero pari di atomi di carbonio.

I più comuni acidi carbossilici sono quelli con 14, 16 e 18 I più comuni acidi carbossilici sono quelli con 14, 16 e 18 atomi di carbonio.atomi di carbonio.

Le proprietà fisiche, ed in particolare i punti di fusione degliLe proprietà fisiche, ed in particolare i punti di fusione degliacidi grassi e dei composti che li contengono, sono acidi grassi e dei composti che li contengono, sono fortemente influenzate dalla lunghezza della catena fortemente influenzate dalla lunghezza della catena idrocarburica e dal numero di doppi legami presenti nella idrocarburica e dal numero di doppi legami presenti nella molecola.molecola.

2929

Test

a po

lare

Test

a po

lare Acidi grassi comuniAcidi grassi comuni

CC

CC

CCCC

CCCC

CCCC

CCCC

CCCC

CCCC

CCCC

HH

HH

HH

HHHH

HH

HH

HHHH

HH

HH

HHHH

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HHHH

HH

OO

--OO

--OO

CC

CC

CC

CC

CC

CC

CC

CC

CC

CC

CC

CC

CC

CC

CC

CC

CC

CC

HH

HH

HH

HHHH

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HHHH

HH

OO

Coda

Co

da id

rofo

bica

idro

fobi

ca

Conf

igur

azio

ne

Conf

igur

azio

ne c

iscis

3030

Nei composti completamente saturi, la libera rotazione Nei composti completamente saturi, la libera rotazione attorno ad ogni legame carbonioattorno ad ogni legame carbonio--carbonio conferisce alla carbonio conferisce alla catena idrocarburica una grande flessibilità; di catena idrocarburica una grande flessibilità; di conseguenza la conformazione più stabile risulta quella in conseguenza la conformazione più stabile risulta quella in cui le catene idrocarburiche sono cui le catene idrocarburiche sono completamente completamente esteseestese; ciò permette un migliore ; ciò permette un migliore impaccamentoimpaccamento tra catene tra catene vicine.vicine.

Negli acidi grassi insaturi i doppi legami non sono quasi Negli acidi grassi insaturi i doppi legami non sono quasi mai coniugati ed adottano la configurazione mai coniugati ed adottano la configurazione ciscis. Tale . Tale configurazione è responsabile del basso punto di fusione configurazione è responsabile del basso punto di fusione dei grassi in quanto la non linearità delle catene dei grassi in quanto la non linearità delle catene idrocarburiche, idrocarburiche, impedisce l’impedisce l’impaccamentoimpaccamento compattocompattoed ordinato tipico dello stato solido.ed ordinato tipico dello stato solido.

3131

Acidi saturi Acidi insaturi

Le possibilità d’Le possibilità d’impaccamentoimpaccamento delle catene degli delle catene degli acidi grassi dipende dal grado d’acidi grassi dipende dal grado d’insaturazioneinsaturazione

3232

Lipidi di membranaLipidi di membrana

Le membrane biologiche sono costituite da un doppio strato Le membrane biologiche sono costituite da un doppio strato formato da lipidi strutturalmente caratterizzati di una testa formato da lipidi strutturalmente caratterizzati di una testa polare polare idrofilicaidrofilica e da una coda non polare e da una coda non polare idrofobicaidrofobica..

3333

L’orientamento delle regioni L’orientamento delle regioni idrofobicheidrofobiche ed ed idrofilicheidrofilichedetermina la disposizione e l’determina la disposizione e l’impaccamentoimpaccamento dei lipidi che dei lipidi che caratterizzano il doppio strato della membrana. caratterizzano il doppio strato della membrana.

Le molecole nelle quali sono contemporaneamente presenti Le molecole nelle quali sono contemporaneamente presenti proprietà antitetiche come l’proprietà antitetiche come l’idrofilicitàidrofilicità e l’e l’idrofobicitàidrofobicità sono sono dette dette anfipaticheanfipatiche..

Pertanto, a differenza dei lipidi di riserva, i lipidi di membraPertanto, a differenza dei lipidi di riserva, i lipidi di membrana na sono, in generale, sono, in generale, anfipaticianfipatici..

3434

Lipidi di Lipidi di membrana membrana

(polari)(polari)

FosfolipidiFosfolipidi

SfingolipidiSfingolipidi

SteroliSteroli

SfingomielineSfingomieline

CerebrosidiCerebrosidi

GangliosidiGangliosidi

Classificazione dei lipidi di membranaClassificazione dei lipidi di membrana

3535

GLICEROFOSFOLIPIDIGLICEROFOSFOLIPIDI

3636

I I glicerofosfolipidiglicerofosfolipidi sono caratterizzati dalla presenza di una sono caratterizzati dalla presenza di una molecola di molecola di glicerologlicerolo, le cui funzioni alcoliche sono , le cui funzioni alcoliche sono esterificate rispettivamente con una molecola di acido esterificate rispettivamente con una molecola di acido fosforico e da due code fosforico e da due code apolariapolari, rappresentate da acidi grassi , rappresentate da acidi grassi a lunga catena.a lunga catena.

L’acido fosforico, a sua volta, può essere esterificato con L’acido fosforico, a sua volta, può essere esterificato con particolari alcoli (particolari alcoli (serinaserina, , etanolamminaetanolammina, colina o ancora , colina o ancora glicerologlicerolo,, inositoloinositolo) dando così origine ai diversi ) dando così origine ai diversi glicerofosfolipidiglicerofosfolipidi..

GliceroloGlicerolo

Acido grasso saturoAcido grasso saturo

Acido grasso insaturoAcido grasso insaturo

CCHH22 OO CC

OO

CCHH

CCHH22

OO CC

OO

OO PP

OO

OO XX

OO--

Gruppo alcolico polareGruppo alcolico polare

Acido fosforicoAcido fosforico

3737

Glicerolo

Acido grasso saturo

Acido grasso insaturo

CH2 O C

O

CH

CH2

O C

O

O P

O

O X

O-

Gruppo alcolico polare

Acido fosforico

X

EtanolamminaEtanolammina

ColinaColina

SerinaSerina

GliceroloGlicerolo

InositoloInositolo

HH

FosfatidiletanolamminaFosfatidiletanolammina

Acido fosfatidicoAcido fosfatidico

FosfatidilcolinaFosfatidilcolina

FosfatidilserinaFosfatidilserina

FosfatidilgliceroloFosfatidilglicerolo

FosfatidilinositoloFosfatidilinositolo

HO CH2 CH2 NH3

HO CH2 CH2 N(CH3)3

Colina

HO CH2 CH NH3

COO-

Serina

Etanolammina

HO CH CH2 OH

OH

Glicerolo

OH

H HO

H

H

OH

H

OH

OH

H HOH

Inositolo

X

Struttura generale dei Struttura generale dei glicerofosfolipidiglicerofosfolipidi

3838

C OCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3

OCHH

C OCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CHCHCH2CH2CH2CH2CH2CH3

OC H

CH2

OPO OO

C OCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CHCHCH2CH2CH2CH2CH2CH3

OC H

C OCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3

OCHH

C OCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CHCHCH2CH2CH2CH2CH2CH3

OC H

C OCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3

OCHH

C OCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CHCHCH2CH2CH2CH2CH2CH3

OC H

C OCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3

OCHH

CH2

OPO OOCH2

CH2

NH3+

CH2

OPO OOCH2

CH2

N(CH3)3+

CH2

OPO OOCH2

CH NH3+

COOco

de n

on p

olar

ite

ste

pola

ri

Acido fosfatidico Fosfatidiletanolamina Fosfatidilcolina Fosfatidilserina

C OCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3

OCHH

C OCH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CHCHCH2CH2CH2CH2CH2CH3

OC H

CH2

OPO OO

OH OH

OH

OH

OHH

HH

HH

Fosfatidilnositolo

3939

Il composto capostipite dei Il composto capostipite dei glicerofosfolipidiglicerofosfolipidi é l’é l’acido acido fosfatidicofosfatidico, che non ha testa alcolica. Si trova solo in , che non ha testa alcolica. Si trova solo in piccole quantità in forma libera ma costituisce un piccole quantità in forma libera ma costituisce un importante intermedio nella biosintesi dei importante intermedio nella biosintesi dei glicerofosfolipidiglicerofosfolipidi..

Gli acidi grassi presenti nei Gli acidi grassi presenti nei glicerofosfolipidiglicerofosfolipidi hanno, in hanno, in genere, da 16 a 18 atomi di carbonio.genere, da 16 a 18 atomi di carbonio.

Solitamente uno degli acidi grassi è saturo, mentre Solitamente uno degli acidi grassi è saturo, mentre l’altro è insaturo ed è sempre esterificato al gruppo l’altro è insaturo ed è sempre esterificato al gruppo ossidrilicoossidrilico in posizione 2 del in posizione 2 del glicerologlicerolo. .

L’atomo di carbonio 2 del L’atomo di carbonio 2 del glicerologlicerolo dei dei glicerofosfolipidiglicerofosfolipidiè un centro è un centro chiralechirale di configurazione di configurazione L.L.

4040

A pH fisiologico, tutti i A pH fisiologico, tutti i glicerofosfolipidiglicerofosfolipidi hanno una carica hanno una carica negativa sul gruppo fosforico; inoltre, sempre intorno a negativa sul gruppo fosforico; inoltre, sempre intorno a pH 7, il gruppo alcolico di testa può fornire una o più pH 7, il gruppo alcolico di testa può fornire una o più cariche elettriche.cariche elettriche.

I I glicerofosfolipidiglicerofosfolipidi, per riscaldamento in presenza di acidi , per riscaldamento in presenza di acidi o basi, si idrolizzano liberando i componenti di base: acidi o basi, si idrolizzano liberando i componenti di base: acidi grassi, grassi, glicerologlicerolo, acido fosforico ed alcol., acido fosforico ed alcol.

Possono anche venire idrolizzati Possono anche venire idrolizzati enzimaticamenteenzimaticamente da da specifiche specifiche fosfolipasifosfolipasi, che catalizzano l’idrolisi di particolari , che catalizzano l’idrolisi di particolari legami nella molecola di legami nella molecola di fosfogliceridefosfogliceride..

4141

SFINGOLIPIDISFINGOLIPIDI

4242

Gli Gli sfingolipidisfingolipidi, come i , come i glicerofosfolipidiglicerofosfolipidi, sono , sono anch’essi caratterizzati da una testa polare e da due anch’essi caratterizzati da una testa polare e da due code non polari.code non polari.

A differenza dei A differenza dei glicerofosfolipidiglicerofosfolipidi, invece del , invece del glicerologlicerolo, , contengono un particolare contengono un particolare amminoalcolamminoalcol, caratterizzato , caratterizzato da una lunga catena da una lunga catena idrofobicaidrofobica che presenta una che presenta una insaturazioneinsaturazione, la , la diidrosfingosinadiidrosfingosina..

HHOO CCHH CCHH CCHH ((CCHH22))1122 CCHH33

CCHH

CCHH22

NN CC

OO

OO XX

DiidrosfingosinaDiidrosfingosina

Acido grassoAcido grasso

Testa polareTesta polare

4343

CHCH22

HHOO CHCH

CHCH22

OOHH

OOHH

GliceroloGlicerolo, , un alcol un alcol

trifunzionaletrifunzionale

CHCH

HHOO CHCH

CHCH22

OOHH

NNHH22

CHCH CHCH (CH(CH22))1212 CHCH33

DiidrosfingosinaDiidrosfingosina, , un un amminoalcolamminoalcol che contiene che contiene

una lunga catena idrocarburica una lunga catena idrocarburica insaturainsatura

4444

HO CH CH CH (CH2)12 CH3

CH

CH2

N C

O

O X

Diidrosfingosina

Acido grasso

Testa polare HH

FosfocolinaFosfocolina

GalattosioGalattosio

LattosioLattosio

Oligosaccaride complessoOligosaccaride complesso

CeramideCeramide

SfingomielinaSfingomielina

GalattocerebrosideGalattocerebroside

LattosilceramideLattosilceramide

GangliosideGanglioside

X

HO P

O

O

O

CH2 CH2 N(CH3)3

Fosfocolina

Struttura generale degli Struttura generale degli sfingolipidisfingolipidi

4545

CeramideHHOO CCHH CCHH CCHH ((CCHH22))1122 CCHH33

CCHH

CCHH22

NN CC

OO

OO HH

SfingomielinaSfingomielina

PP

OO

OO

OO

CCHH22 CCHH22 NN((CCHH33))33

La formazione di un legame ammidico tra la funzione La formazione di un legame ammidico tra la funzione amminica della amminica della diidrosfingosinadiidrosfingosina ed il gruppo carbossilico di ed il gruppo carbossilico di un acido grasso da luogo alla formazione del un acido grasso da luogo alla formazione del ceramideceramide; ; esso rappresenta l’unità comune fondamentale che serve a esso rappresenta l’unità comune fondamentale che serve a costruire gli costruire gli sfingolipidisfingolipidi più complessi: le più complessi: le sfingomielinesfingomieline, i , i cerebrosidicerebrosidi ed i ed i gangliosidigangliosidi..

L’esterificazione della funzione L’esterificazione della funzione idrossilicaidrossilicadel del ceramideceramide con con fosfocolinafosfocolina o o fosfoetanolamminafosfoetanolammina, porta alla formazione , porta alla formazione delle delle sfingomielinesfingomieline..

HO P

O

O

O

CH2 CH2 N(CH3)3

Fosfocolina

4646

Le Le sfingomielinesfingomieline, a differenza di , a differenza di cerebrosidicerebrosidi e e gangliosidigangliosidi, possiedono teste polari, contengono fosforo , possiedono teste polari, contengono fosforo e rappresentano la classe più semplice ed abbondante e rappresentano la classe più semplice ed abbondante di di sfingolipidisfingolipidi..

La guaina mielinica che circonda alcune cellule nervose La guaina mielinica che circonda alcune cellule nervose è molto ricca di è molto ricca di sfingomielinesfingomieline..

4747

La La glicosilazioneglicosilazione del gruppo del gruppo ossidriliciossidrilici del del ceramideceramide porta porta invece alla formazione di invece alla formazione di cerebrosidicerebrosidi e e gangliosidigangliosidi che che non contengono fosforo e hanno gruppi di testa neutri; non contengono fosforo e hanno gruppi di testa neutri; poiché il gruppo di testa consiste di una o più unità poiché il gruppo di testa consiste di una o più unità glucosidicheglucosidiche, i , i cerebrosidicerebrosidi ed i ed i gangliosidigangliosidi sono spesso sono spesso chiamati chiamati glicosfingolipidiglicosfingolipidi. .

CCHH22 CCHH22 CCHH22 CCHH22 CCHH22 CCHH22 CCHH22 CCHH22 CCHH22 CCHH22 CCHH22 CCHH22 CCHH33CCHHCCHHCCHHOOHH

CCHH

CCHH22 NNHH

CCOO

acido grasso a catena lungaacido grasso a catena lungaCHCH22OHOH

OO

OOHH

OOHH

OOOHOH

HHHH

HHHH

HH

GalattocerebrosideGalattocerebroside

I I galattocerebrosidigalattocerebrosidi contengono Dcontengono D--galattosio e sono galattosio e sono caratteristici delle membrane cellulari del cervello, mentre i caratteristici delle membrane cellulari del cervello, mentre i glucocerebrosidiglucocerebrosidi contengono Dcontengono D--glucosio e sono presenti glucosio e sono presenti nelle membrane cellulari dei tessuti non neurali.nelle membrane cellulari dei tessuti non neurali.

4848

I I cerebrosidicerebrosidi possono contenere fino a 6 unità possono contenere fino a 6 unità saccaridichesaccaridiche, , dando luogo alla formazione di dando luogo alla formazione di cerebrosidicerebrosidi più complessi, più complessi, localizzati sulla superficie esterna della membrana cellulare, localizzati sulla superficie esterna della membrana cellulare, che interagiscono con enzimi, tossine, virus e batteri e che interagiscono con enzimi, tossine, virus e batteri e sono inoltre coinvolti in specifici processi di adesione. sono inoltre coinvolti in specifici processi di adesione.

4949

OO

OOHH

OOHH

HH

HH

HHOOHH

OOHHCCHH22OOHH

OOOOHH

CCHH22OOHH

NNHHCCCCHH33

OO

HHHH

HH

HHHH

OO OO

HH

CCHH22OOHH

HH

HH

HHHH

OO

OOHH

OO

HH

HHHH

HHCCHH22OOHH

OOHH

OOHH

OO CCHH22

CC

CC

HH

HH

CCHH

OOHH

CC HH

NNHH

CCOO

OO

OOHH

HH

HH

HH

HH

NNHHCCCCHH33

OO

CCOOOOOO

CCCCCCHH22OOHH

OOHHOOHH

HHHH

acido stearicoacido stearico

sfingosinasfingosina

GangliosideGanglioside GM GM

I I gangliosidigangliosidi, contengono teste polari molto grandi formate , contengono teste polari molto grandi formate da numerose unità da numerose unità glucosidicheglucosidiche, solitamente , solitamente derivatizzatederivatizzatecon acido con acido NN--acetilneuramminicoacetilneuramminico, detto anche acido , detto anche acido sialicosialico; ; quest’ultima molecola che è anche presente nelle porzione quest’ultima molecola che è anche presente nelle porzione saccaridicasaccaridica di alcune di alcune glicoproteineglicoproteine di membrana.di membrana.

5050

I I gangliosidigangliosidi, di gran lunga gli , di gran lunga gli sfingolipidisfingolipidi più complessi, più complessi, sono importanti componenti dei siti sono importanti componenti dei siti recettorialirecettoriali specifici e specifici e sono coinvolti nei processi di riconoscimento molecolare.sono coinvolti nei processi di riconoscimento molecolare.

I I gangliosidigangliosidi sono particolarmente abbondanti nella sono particolarmente abbondanti nella materia grigia del cervello, ma sono pure presenti, anche materia grigia del cervello, ma sono pure presenti, anche se in minore quantità, sulla superficie delle membrane se in minore quantità, sulla superficie delle membrane cellularicellulari della maggior parte dei tessuti. della maggior parte dei tessuti.

Essi si trovano, ad esempio, in siti specifici sulle Essi si trovano, ad esempio, in siti specifici sulle terminazioni nervose cui si legano i terminazioni nervose cui si legano i neurotrasmettitorineurotrasmettitoridurante la trasmissione di impulsi da una cellula nervosa durante la trasmissione di impulsi da una cellula nervosa alla successiva.alla successiva.

5151

STEROIDISTEROIDI

5252

Chimicamente gli steroidi sono Chimicamente gli steroidi sono molecole complesse molecole complesse caratterizzate da quattro caratterizzate da quattro anelli: tre anelli: tre esaatomiciesaatomici ed uno ed uno pentaatomicopentaatomico, condensati tra , condensati tra loro.loro.

Gli steroidi sono lipidi strutturali presenti nella membrana Gli steroidi sono lipidi strutturali presenti nella membrana di molte cellule di molte cellule eucarioticheeucariotiche..

11

22

33

44

5353

Il nucleo Il nucleo steroideosteroideo, derivato dal , derivato dal ciclopentanoperidrofenantreneciclopentanoperidrofenantrene, , è quasi planare e relativamente rigido in quanto gli anelli è quasi planare e relativamente rigido in quanto gli anelli condensati non consentono alcuna rotazione attorno ai legami condensati non consentono alcuna rotazione attorno ai legami CC--C.C.

5454

CCHH33

HHOO

CCHH33

CCHHCCHH33

CCHH22

CCHH22

CCHH22

CCHHCCHH33 CCHH33

ColesteroloColesterolo

Il colesterolo avendo una testa Il colesterolo avendo una testa polare, rappresentata dal gruppo polare, rappresentata dal gruppo ossidrilicoossidrilico in posizione 3, ed una in posizione 3, ed una coda idrocarburica non polare coda idrocarburica non polare costituita dal nucleo costituita dal nucleo steroideosteroideo e e dalla catena laterale alchilica dalla catena laterale alchilica legata al Clegata al C--17, è 17, è anfipaticoanfipatico..

Gli steroidi più abbondanti sono gli Gli steroidi più abbondanti sono gli alcoli alcoli steroideisteroidei,, dettidetti sterolisteroli. .

Il colesterolo è il principale Il colesterolo è il principale sterolosterolodei tessuti animali. dei tessuti animali.

5555

Il colesterolo ed i suoi esteri con acidi grassi a lunga catena Il colesterolo ed i suoi esteri con acidi grassi a lunga catena sono componenti importanti delle sono componenti importanti delle lipoproteinelipoproteine plasmaticheplasmatichee della membrana cellulare esterna.e della membrana cellulare esterna.

5656

I I glicerofosfolipidiglicerofosfolipidi, gli , gli sfingolipidisfingolipidi e gli e gli sterolisteroli sono composti sono composti anfipaticianfipatici, praticamente insolubili in acqua; a contatto con , praticamente insolubili in acqua; a contatto con questo solvente formano microscopici aggregati lipidici in questo solvente formano microscopici aggregati lipidici in una fase separata dall’ambiente acquoso circostante. una fase separata dall’ambiente acquoso circostante.

Le molecole lipidiche si raggruppano in modo che le parti Le molecole lipidiche si raggruppano in modo che le parti idrofobicheidrofobiche siano in contatto tra loro, mentre i gruppi siano in contatto tra loro, mentre i gruppi idrofiliciidrofilici interagiscono con la fase acquosa. interagiscono con la fase acquosa.

Il raggruppamento dei lipidi ha lo scopo di ridurre la Il raggruppamento dei lipidi ha lo scopo di ridurre la quantità di superficie quantità di superficie idrofobicaidrofobica esposta all’acqua e di esposta all’acqua e di minimizzare il numero di molecole di acqua che si trovano minimizzare il numero di molecole di acqua che si trovano nello strato organizzato all’interfaccia acquanello strato organizzato all’interfaccia acqua--lipide, lipide, producendo un aumento di entropia. producendo un aumento di entropia.

5757

AGGREGATI AGGREGATI DI LIPIDI ANFIPATICIDI LIPIDI ANFIPATICI

5858

Quando lipidi Quando lipidi anfipaticianfipatici vengono mescolati con acqua, si vengono mescolati con acqua, si possono ottenere tre tipi di aggregati, a seconda delle possono ottenere tre tipi di aggregati, a seconda delle condizioni e della natura chimica dei lipidi utilizzati:condizioni e della natura chimica dei lipidi utilizzati:

MicelleMicelle

Doppi stratiDoppi strati

LiposomiLiposomi

5959

Le micelle sono strutture sferiche relativamente piccole nelle Le micelle sono strutture sferiche relativamente piccole nelle quali le molecole di lipidi disposte in modo che le loro parti quali le molecole di lipidi disposte in modo che le loro parti idrofobicheidrofobiche siano all’interno della struttura, nascoste siano all’interno della struttura, nascoste all’acqua, e le parti all’acqua, e le parti idrofilicheidrofiliche siano esposte sulla superficie, a siano esposte sulla superficie, a contatto con l’acqua.contatto con l’acqua.

La formazione di micelle è La formazione di micelle è favorita quando l’area della favorita quando l’area della sezione trasversale della sezione trasversale della testa polare è superiore a testa polare è superiore a quella della catena quella della catena idrofobicaidrofobica, come accade nei , come accade nei sali degli acidi grassi, negli sali degli acidi grassi, negli isofosfolipidiisofosfolipidi (che mancano di (che mancano di un acido grasso) e nel un acido grasso) e nel detergente sodio detergente sodio dodecilsolfatododecilsolfato (SDS).(SDS).

6060

Nel doppio stratoNel doppio strato i due strati lipidici si combinano in modo i due strati lipidici si combinano in modo da formare un foglietto bidimensionale; le porzioni da formare un foglietto bidimensionale; le porzioni idrofobicheidrofobiche dei due dei due monostratimonostrati interagiscono tra loro interagiscono tra loro escludendo l’acqua; le teste escludendo l’acqua; le teste idrofilicheidrofiliche si dispongono sulle si dispongono sulle due superfici esterne del doppio strato a contatto con due superfici esterne del doppio strato a contatto con l’acqua.l’acqua.

La formazione del doppio La formazione del doppio strato ha luogo quando le strato ha luogo quando le aree delle sezioni trasversali aree delle sezioni trasversali delle teste polari e delle delle teste polari e delle catene catene idrofobicheidrofobiche sono sono simili, come per i simili, come per i glicerofosfolipidiglicerofosfolipidi e gli e gli sfingolipidisfingolipidi..

6161

Il terzo tipo di aggregato lipidico si forma quando un Il terzo tipo di aggregato lipidico si forma quando un doppio strato lipidico si richiude su se stesso generando doppio strato lipidico si richiude su se stesso generando una sfera chiamata una sfera chiamata liposomaliposoma o o vescicolavescicola. .

Mediante la formazione delle vescicole, i doppi strati Mediante la formazione delle vescicole, i doppi strati perdono l’perdono l’idrofobicitàidrofobicità dei bordi che nella struttura aperta dei bordi che nella struttura aperta restano scoperti e acquistano la massima stabilità restano scoperti e acquistano la massima stabilità nell’ambiente acquoso. nell’ambiente acquoso.

Queste vescicole a doppio Queste vescicole a doppio strato includono acqua strato includono acqua formando un formando un compartimento acquoso compartimento acquoso separato dall’ambiente separato dall’ambiente circostante. circostante.

6262

Come si vedrà più avanti, i doppi strati lipidici Come si vedrà più avanti, i doppi strati lipidici svolgono un ruolo fondamentale per la struttura di svolgono un ruolo fondamentale per la struttura di tutte le membrane biologiche.tutte le membrane biologiche.

I doppi strati I doppi strati fosfolipidicifosfolipidici e i e i liposomiliposomi sono molto sono molto studiati sia perché le loro proprietà sono molto simili studiati sia perché le loro proprietà sono molto simili a quelle delle membrane naturali sia per le crescenti a quelle delle membrane naturali sia per le crescenti applicazioni in campo farmaceutico. applicazioni in campo farmaceutico.