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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
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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
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QU
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am
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am
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orm
ali +
DU
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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
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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
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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
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LEGAME IDROGENO:
L’acqua e’ una molecola POLAREH -> debole carica positivaO -> debole carica negativa
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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)
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: D H + :A
: D H --- :A
δ- δ-δ+
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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
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LEGAMI NON COVALENTI
-Stabilizzano grosse strutture molecolari
-A 37°C sono molto deboli e temporanei
-COOPERANO dando origine a STRUTTURE STABILI
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QUATTRO TIPI DI LEGAME NON COVALENTI
- Legame IDROGENO- Legame IONICO- Interazioni di “WAN DER WAALS”- Interazioni di Legami IDROFOBICI
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LEGAME IONICO
I legami covalenti sono spesso DIPOLARI
Alcuni legami covalenti dipolari possono ROMPERSI originando un:
ANIONE - ed un CATIONE +
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LEGAME IONICO
ANIONE – trattiene gli elettroniCATIONE +
perde gli elettroni
Gli elettroni rimangono all’atomo piu’ ELETTRONEGATIVO
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LEGAME IONICO
Gli IONI esistono facilimente in soluzioneacquosa stabilizzati dalla polarita’ dell’acqua
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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-
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Lisosomi =pH ACIDO
Matrice mitocondriale =pH BASICO
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MOLECOLE NON POLARIprive di ioniprive di dipoli
NON IDRATABILI Insolubili in H2O
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Nelle MOLECOLE NON POLARINon si possono formare le interazioni dipolo-dipolo tra atomi di
C-H C-C
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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”
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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-
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Le Interazioni di “Van Der Waals” sono dovute quindi a
CARICHE TEMPORANEE
O=O O=Oδ- δ+ δ-δ+
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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+
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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-
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Le Interazione di Van Der Waals
Sono importanti perReazioni antigene / anticorpo
Reazioni enzimaticheEcc….
O=O O=O
δ- δ+ δ-δ+
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Le molecole non polari
Tendono a ridurre al minimo il contatto con l’H2O
Si associano tra loro grazie alle forze di VDW
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CH3CH2CH2CH3 --> BUTANOinsolubile in
H2O
CH3CH2CH2CH2OH --> BUTANOLO completamente solubile in H2O
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Principali costituenti cellulari
. CARBOIDRATI
. LIPIDI
. PROTEINE
. ACIDI NUCLEICI
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ZUCCHERIZUCCHERIEE
POLIPOLISACCARIDISACCARIDI
Chimica della CellulaChimica della CellulaCARBOIDRATIcarbo (=C) + idrati (=H2O) -> C/H2O
Zuccheri polisaccaridisemplici
GLUCOSIOPrincipale nutriente cellulare
DEPOSITO e RISERVA degli ZUCCHERI
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POLISACCARIDI hanno altre funzioni oltre a quella di deposito delle sostanze nutrizionali:Es - formazione glicocalice- Proteine di adesione- modificazione delle proteine- ecc.
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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
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POLISACCARIDIGlucosio α
Glicogeno (animali)
Amido (vegetali)
Chimica della CellulaChimica della CellulaGLUCOSIO
Legame 1-4 lineareLegame 1-6 non lineare
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POLISACCARIDIGlucosio β
Cellulosa (vegetali)
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Cellulosa (vegetali) = FUNZIONI STRUTTURALInon e’ ramificata
non viene metabolizzata dall’uomo
Glicogeno (animali) ed Amido (vegetali) = IMMAGAZZINAMENTO
del GLUCOSIOpuò dare forme ramificate
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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
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ACIDI ACIDI GRASSIGRASSI
EELIPIDILIPIDI
Chimica della CellulaChimica della Cellula
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LIPIDI
Acidi Grassi
Catene idrocarburiche di (n) atomi di carbonio (16-18) con un gruppo carbossile
…… – CH2 – C – OH
O
– –
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CH3 – (CH2)n – C – OH
O– –
Acido Grasso Saturo
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CH3 – (CH2)n – CH = CH – C – OH
O
– –Acido Grasso Insaturo
DOPPIOLEGAME
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C = C C – – C
HH
C = C H – C
C –H
CIS
TRANS
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Gli Acidi Grassi contengono solo legami non polari (C-H) e sono incapaci di interagire con l’H2O
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Esterificazione degli Acidi Grassi
O
X – C – OH + HO – CH2 – X – –
X – C – O – CH2 – X
O– –
+ H2O
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GLICEROLO
OH
CH2 – CH – CH2 – – –
OH OH
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3 x (acido grasso) + Glicerolo -->
--> TriglicerideI Trigliceridi
vengono depositati in
vescicole lipidiche nel citoplasma
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3 x (acido grasso) + Glicerolo -->
--> TriglicerideDEPOSITO
DI ENERGIA
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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
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AMINOACIDIAMINOACIDIEE
PROTEINEPROTEINE
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Gli acidi nucleici sono il depositodelle informazioni genetiche nella cellula
Le PROTEINE eseguono i processiindotti dall’informazione genetica
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Le PROTEINE sono macromolecole costituite da aminoacidi (20 aa)
E mediano quasi tutte le azioni biologiche all’interno ed all’esterno della cellula.
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PROTEINE servono per funzioni:- enzimatiche
- recettoriali
- trasporto molecole
- trasmissione informazioni
-difesa da infezioni
-ecc…..ecc….ecc…..ecc….
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Il gruppo R e’ variabile e definisce l’aminoacido. Es.:R = H --> glicinaR = CH3 --> alanina
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Il gruppo R e’ variabile e definisce l’aminoacido. Es.:R = H --> glicinaR = CH3 --> alanina
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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)
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R : a proprietà idrofobiche (10 aa)
aa idrofobici: si dispongono all’interno delle proteine per evitare il contatto con l’acqua
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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-
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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
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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
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Conformazione delle proteine
POLIPEPTIDE = catena lineare
H2N-C -------------------------- COOH
N-terminale C-terminale
----------> direzione della sintesi
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Conformazione delle proteine
STRUTTURA PRIMARIA DELLE PROTEINE
E’ LA SEQUENZA AMINOACIDICA DETERMINATA DALLE INFORMAZIONI DEL GENOMA
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Conformazione delle proteine
STRUTTURA PRIMARIA DELLE PROTEINE
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Conformazione delle proteine
STRUTTURA SECONDARIADELLE PROTEINE
Distribuzione regolare degli amminoacidi in particolari regioni del polipeptide
DUE tipi imposte dai legami idrogeno
α-elicafoglietto β
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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
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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 -
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Conformazione delle proteine
STRUTTURA TERZIARIADELLE PROTEINE
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Conformazione delle proteine
STRUTTURA TERZIARIADELLE PROTEINE
Stabilizzata da:- Legami idrogeno- Legami ionici- Legami idrofobici- Ponti DISOLFURO
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Conformazione delle proteine
STRUTTURA TERZIARIADELLE PROTEINE
I DOMINI PROTEICI sono spesso associati ad una (o più) particolari funzioni di una proteina.
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Conformazione delle proteine
STRUTTURA QUATERNARIADELLE PROTEINE
Interazioni tra proteine diverse a formare complessi funzionali
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Conformazione delle proteine
STRUTTURA QUATERNARIADELLE PROTEINE
EMOGLOBINA -->
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Conformazione delle proteine
STRUTTURA QUATERNARIADELLE PROTEINE
COLLAGENE -->
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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
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