BIOCHIMICA
DELLA CELLULA
DI COS’È FATTA UNA
CELLULA
• H2O costituisce il 70% del
peso di una cellula
• C, H, N, O, P, S
costituiscono il 99% della
massa di una cellula
– Altri costituenti sono Ca,
Mg, Si, K
Carbonio
• Piccole dimensioni, base della vita
• Possiede 4 elettroni
– Può formare 4 legami forti, covalenti,
con altri atomi
• Può creare molecole grandi e
complesse, senza limite di dimensioni
• H, N & O sono anch’essi atomi piccoli
in grado di formare legami covalenti
Gruppi chimici più diffusi
• Metile
• Idrossile
• Carbossile
• Amino
-CH3
-OH
-COOH
-NH2
Questi gruppi si ritrovano
in tutte le molecole
biologiche
• Una molecola si definisce organica se
contiene un atomo di C
– Le molecole organiche piccole hanno un
peso molecolare di 100-1000 dalton
• Corrisponde più o meno a 30 atomi di C
• Macromolecole sono generalmente dei
polimeri
– Ripetizioni di molecole più piccole
– Non ci sono limiti superiori alle dimensioni
• Le cellule contengono 4 famiglie
di piccole molecole organiche
– Zuccheri
– Lipidi
– Aminoacidi
– Nucleotidi
Zuccheri
• Monosaccaride è l’unità base
• La formula generale è (CH2O)n
– n è un numero intero da 3 a 8
– Glucosio è C6H12O6
• Sono molecole sia ad anello sia a catena
aperta
• Contengono gruppi idrossilici e
alternativamente
– O un’aldeide
– O un chetone
• Il gruppo aldeide ed il chetone possono
– Reagire con un gruppo idrossile della stessa
molecola convertendola in un anello
• Gli anelli così formati possono unirsi in
modo da formare
– Disaccaridi
– Oligosaccaridi
– Polisaccaridi
Funzione degli Zuccheri
• Sono la principale fonte di energia per la
cellula
– Polisaccaridi semplici come Glicogeno o Amido
servono per immagazzinare energia
• Sono componenti della Matrice Extra Cellulare
(ECM)
• Possono essere legati a proteine e a lipidi per
dare origine a
– Glicoproteine
– Glicolipidi
Lipidi
• Gruppo eterogeneo di composti
• Essenzialmente atomi di
Carbonio ed Idrogeno
• Biologicamente importanti sono
– Grassi
– Fosfolipidi
– Steroidi
Lipidi
• Due regioni distinte
– Coda Idrofobica
• Lunga catena Idrocarburica
• La lunghezza e la posizione dei legami C=C
determina il tipo di lipide
– Testa Idrofilica
• Solubile in acqua, formata dai gruppi funzionali
Testa
Coda
Funzione dei Lipidi
• Fonte di energia
– Producono il doppio dell’energia
rispetto agli zuccheri
• Immagazzinati nel citoplasma
sotto forma di gocce lipidiche
– Trigliceridi sono i più abbondanti negli
organismi viventi
• Glicerolo + 3 Acidi Grassi
Acidi Grassi
• Acidi Grassi Insaturi
– Atomi di C legati tra loro C=C, non
completamente saturati da H
– Mono- e Poli-insaturi
– Liquidi a temperatura ambiente
– Grassi “buoni”
• Acido Linoleico e Arachidonico, assunti dalla dieta
• Acidi Grassi Saturi
– Maggior numero possibile di atomi H
– Grassi animali e vegetali solidi a temperatura
ambiente
Aminoacidi
• Gruppo Carbossilico e Gruppo Amminico
legati allo stesso atomo di carbonio
• Sono le unità fondamentali delle Proteine
– Lunghi polimeri lineari di aminoacidi, legati
testa-coda dal Legame Peptidico tra il gruppo
carbossilico di uno ed il gruppo amminico di un
altro
• Gli aminoacidi sono 20, ognuno con una
catena laterale differente
• Vengono raggruppati in base alla
carica delle loro catene laterali:
– 2 sono acidi
– 3 sono basici
– 5 sono polari neutri
– 10 sono non polari
• Tutti hanno struttura comune:
H
Gruppo Amminico
Carbonio
H2N-C-COOH
R
Gruppo Carbossilico
Catena Laterale
Nucleotidi
• Composti ad anello contenenti
Azoto legati ad uno zucchero a 5
atomi di carbonio ed un gruppo
fosfato
– Gli anelli vengono chiamati Base
perché possono legare H+
– Lo zucchero a 5 carbonii è un
Ribosio o un Deossiribosio
Pirimidine
Purine
Funzioni dei Nucleotidi
• ATP (Adenosina Trifosfato)
– Rilascia energia quando convertita ad ADP
• AMP Ciclico
– Molecola segnale all’interno della cellula
• Possono combinarsi con altri elementi e
formare i coenzimi (Coenzima A)
• Trasmettono l’informazione genetica
– Sono i costituenti degli Acidi Nucleici
Dalle Molecole piccole alle
Macromolecole
• Macromolecole
– Peso molecolare da 10,000 a 1 milione di Dalton
• Normalmente ripetizioni di zuccheri,
amminoacidi, nucleotidi e lipidi e/o acidi grassi
• La formazione di macromolecole prevede la
formazione di legami covalenti, la cui forza è
tale da preservare la sequenza di sub-unità
per un lungo periodo di tempo
Macromolecole
• Dimensioni e complessità intermedie tra
le molecole piccole e gli organelli cellulari
• Polimeri di sub-unità, che possono anche
combinarsi tra loro
– Nucleoproteine = nucleotidi + proteine
– Proteoglicani = carboidrati + catene laterali
delle proteine
– Glicoproteine = proteine + carboidrati
– Glicolipidi = lipidi + carboidrati
Macromolecole
• Acidi Nucleici
• Proteine
• Lipidi
• Carboidrati
Acidi Nucleici
• Polimeri lunghi
– Nucleotidi legati
covalentemente da
Legame
Fosfosdiesterico
• 3’ OH dello
zucchero
• 5’ fosfato del
nucleotide
successivo
• RNA - Acido Ribonucleico
– L’impalcatura è basata sul ribosio
– Adenina, Uracile, Guanina, Citosina
– Nucleolo, Ribosomi
• DNA - Acido Deossiribonucleico
– L’impalcatura è basata sul deossiribosio
– Adenina, Timina, Guanina, Citosina
– Nucleo, Mitocondri
• Appaiamenti
– A con T (o U) e G con C
Adenosina Trifosfato (ATP)
• L’energia chimica derivante dal glucosio
viene trasferita all’ATP
– Legami specializzati, detti legami fosfato ad
alta energia
• Questo tipo di energia può essere usata
subito dalla cellula per il proprio lavoro
– Sintesi delle proteine
– Trasporto attivo attraverso la membrana
– Contrazione (muscolo)
Proteine
• 50% della materia organica del
corpo umano
• Eseguono praticamente tutte le
funzioni cellulari
– Proteine strutturali
– Proteine funzionali
Proteine Strutturali
• Proteine Fibrose
– Struttura semplice allungata
– Possono essere molto lunghe
– Filamenti intermedi, cheratine
• Interne alla cellula
– Collagene
• Esterno alla cellula
• Tutte le proteine extracellulari
sono stabilizzate da Ponti
Disolfuro
– Legami covalenti S-S
Proteine Funzionali
• Proteine Globulari
– La catena polipeptidica si ripiega a formare una
struttura compatta di forma sferica irregolare
• Proteine Mobili
• Fanno tutto il lavoro nella cellula e fuori
– Anticorpi
– Ormoni
– Trasporto Cellulare
– Catalizzatori ed enzimi
• Praticamente tutto il lavoro che avviene nel corpo
Lipidi
• Grassi Neutri
– Trigliceridi, maggior fonte di energia
• Fosfolipidi
– Principali costituenti delle membrane cellulari
• Steroidi, basati sul colesterolo
– La maggior parte degli ormoni
• Altre sostanze lipidiche
– Vitamine solubili nei grassi
– Prostaglandine
• Mediatori dell’infiammazione, basati su acidi grassi,
bersaglio farmaci FANS
Carboidrati
• Grandi molecole insolubili
• 1-2% della massa cellulare
• Metabolizzati a glucosio, quindi a biossido
di carbonio (CO2), acqua e ATP
– Metabolizzati a livello mitocondriale
(respirazione)
• Amido
– Tessuti vegetali
• Glicogeno
– Tessuti animali
Oltre l’energia…
• Zuccheri ed acqua
rendono le cose
“scivolose”
– Muco
• Azione protettiva in
condizioni difficili
– Glicocalice e Muco
• Agiscono da siti di
riconoscimento sulle
membrane
– Riconoscimento cellulare,
virus, ormoni, batteri