Il principale ciclo energetico della biosfera

si basa sul metabolismo dei carboidrati

L’ossidazione

dei carboidrati

è la più

importante via

di produzione

dell’energia

nelle cellule

non

fotosintetiche

1. Sostegno (parete cellulare vegetale)

2. Protezione (parete batterica)

3. Lubrificanti delle giunture

scheletriche

4. Adesione tra cellule

5. Fornire energia chimica

6. "Riconoscimento" cellulare

Carboidrati: funzioni

Monosaccaridi

Oligosaccaridi Polisaccaridi

carboidrati

aldeide

chetone

(CH2O)n

aldosi chetosi

3 classi

Formule lineari

SONO STEREOISOMERIn centri chiralici =2n stereoisomeri

Differiscono per la configurazione intorno al centro

chiralico più lontano dal gruppo carbonilico

Formule in prospettiva

C OHH

CHO

C

CH2OH

OHH

C

CHO

C

CH2OH

OHH

HOH

D-Eritrosio D-Treosio

CO HH

CHO

C

CH2OH

O HH

C

CHO

C

CH2OH

O HH

HOH

L-Eritrosio L-Treosio

Epimeri

EnantiomeriEnantiomeri

n centri chiralici =2n stereoisomeri

differiscono tra loro soltanto per la configurazione

attorno ad un atomo di C chiralico

ATTENZIONE!!!NON SONO ENANTIOMERISe Differiscono per la configurazione attorno ad un solo carbonio chirale sono detti EPIMERI

pentosi

2-Deossi-ribosio

Componente dell’acido

deossiribonucleico: DNA

D-ribosio

Componente dell’acido

ribonucleico: RNA

C

C

C OHH

H

C

CH2OH

OHH

HO

CH2OH

OC OHH

C

C OHH

C=O

H

C

C

H

C

CH2OH

OHH

HO

HO H

C

C=O

C

C OHH

H

C

CH2OH

OHH

HO

HHOC OHH

C O

C

C OHH

H

C

CH2OH

OHH

HO

C OHH

C=O

H

O

D-GlucosioD-Galattosio D-Mannosio

D-Fruttosio

Aldoesosi

Epimeri del Glucosio

Chetoesoso

Attenzione !!! Mannosio e Galattosio NON sono EPIMERI tra loro !!!

H

Reattività del carbonile:

δ -

δ+

Reazione di

Addizione

Allo stesso atomo di C sono legati il

gruppo funzionale degli alcoli e il gruppo

funzionale degli eteri

●●

●●

●●

Nucleofilo: è una specie che prende parte ad una reazione donando un doppietto

elettronico ad un'altra specie (l'elettrofilo) e legandosi ad esso

Reattività del carbonile: Reazione di

Condensazione

CICLIZZAZIONE DEL GLUCOSIO:

Il glucosio

forma un anello

facendo reagire

il gruppo

carbonilico

aldeidico con

l’ossidrile sul C5

I COMUNI

MONOSACCARIDI

ASSUMONO FORME

CICLICHE:

Il gruppo carbonilico

forma un legame covalente con l’atomo di

O di un gruppo ossidrilico

lungo la catena

EMIACETALI

Anomeri

Nuovo C

Assimetrico:

Stereoisomeri

CICLIZZAZIONE DEL

GLUCOSIO:

Il glucosio forma un

anello facendo

reagire il gruppo

aldeidico con un

ossidrile nella catena

Mutarotazione:

interconversione tra l’anomero α e

l’anomero β

CICLIZZAZIONE DEL RIBOSIO:

Il Ribosio forma un anello facendo reagire il gruppo

aldeidico con un ossidrile nella catena

1

1

2

3

4

5

23

4

5

CICLIZZAZIONE DEL FRUTTOSIO:

Il Ribosio forma un anello facendo reagire il gruppo aldeidico con un

ossidrile nella catena

β

Derivati degli esosi

Mannosio

Galattosio

Glucosio

Acidi Urici Acidi aldonici

parete

cellulare

batteri

I monosaccaridi sono agenti riducenti :ossidazione del carbonio carbonilico

riduzione dello ione rameico Cu2+e ferrico Fe3+

Reazione di Fehling

Determinazione quantitativa degli zuccheri

Agente

ossidant

e

β-D-Glucosio D-Glucosio

(forma lineare)

D-Gluconato

ossidazione

Monosaccaridi Oligosaccaridi

disaccaridi

Polisaccaridi

carboidrati

DISACCARIDI

Due MONOSACCARIDI

uniti da legame

O-glicosidico

DISACCARIDI

Estremità

riducente

Due MONOSACCARIDI

uniti da legame

O-glicosidico

β-galattosio + β-glucosio

DISACCARIDI: Lattosio

DISACCARIDI:

Saccarosio

α-glucosio + β-fruttosio

DISACCARIDI:Saccarosio

ATTENZIONE!!!

Il saccarosio È uno zucchero NON RIDUCENTE

Non ha atomi di C Anomerici liberi

Monosaccaridi

glucosio

Oligosaccaridi

disaccaridi

Polisaccaridi

amido

carboidrati

8 | 28Nelson-Cox, INTRODUZIONE ALLA BIOCHIMICA DI LEHNINGER 4/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2010

OMOPOLISACCARIDI

POLISACCARIDI

ETEROPOLISACCARIDI

2 o più tipi di

unità

monomeriche

1 solo tipo di

unità

monomerica

8 | 29Nelson-Cox, INTRODUZIONE ALLA BIOCHIMICA DI LEHNINGER 4/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2010

OMOPOLISACCARIDI

1 solo tipo di unità

monomerica

STRUTTURALI

Cellulosa (piante)

Chitina (insetti)

FUNZIONI

DI RISERVA

Amido (piante)

Glicogeno (animali)

POLISACCARIDI

ETEROPOLISACCARIDI

2 o più tipi di unità

monomeriche

Omopolisaccaridi di riserva: Amido polimeri di α-glucosio

amilopectina:

catena ramificata (ramificazioni ogni 24/30 residui)

amilosio: catena lineare

Omopolisaccaridi di riserva: Glicogeno

polimeri di α-glucosio

la struttura del

glicogeno è uguale a

quella dell’amilopectina,

con ramificazioni ogni 8-

12 residui

Omopolisaccaridi con funzione strutturale:

CELLULOSA

polimeri di β-glucosio

Legami β1→4

Non presenta

ramificazioni

ETEROPOLISACCARIDIGLICOSAMMINOGLICANI

formano una matrice gelatinosa extracellulare capace

di tenere insieme i componenti proteici della pelle e del

tessuto connettivo

Polimeri lineari costituiti da ripetizioni di unità

disaccaridiche

N-acetilglucosammina o N-acetilgalattosammina

Acido urico

GLICOSAMMINOGLICANI

catene molto lunghe

liquido sinoviale articolazioni,

umor vitreo

Resistenza alle

cartilagine tendini

cornea, osso,

unghie

Glicoconiugati:.

carboidrati “informazionali” legati covalentemente ad

una proteina o ad un lipide

Proteoglicani

Glicoproteine

Glicolipidi

Alcuni proteoglicani interagiscono molto

saldamente con il collageno contribuendo allo

sviluppo e alla resistenza meccanica del tessuto

connettivo

macromolecole della

superficie cellulare e della

matrice extracellulare.

Uno o più Glicosamminoglicani

sono legati covalentemente ad

una proteina di membrana o

secreta.

Proteoglicani

• Glicosilazione: modificazione post-

traduzionale

• Coniugati glucidi-proteine

• Parte glucidica da 1 a 70% della massa

Es: mucine

Glicoproteine

Nucleotidi

Nucleotidi Forma di energia utilizzata nelle attività

metaboliche

Segnali chimici

Componenti strutturali di cofattori enzimatici e

intermedi metabolici

Costituenti degli acidi nucleici DNA & RNA

3 componenti caratteristici dei nucleotidi

Gli acidi nucleici (DNA-RNA) sono costituiti da

una lunga sequenza di molecole legate tra loro,

denominate NUCLEOTIDI

Contengono tre composti caratteristici:

Una base

azotata

Uno zucchero

(pentosio)

Un gruppo

fosforicoP

B

Z P

B

Z

Nucleotidi: struttura generale

nucleoside

P

B

Z

Lo zucchero che costituisce

il DNA è il 2’-Deossiribosio

Lo zucchero che costituisce

l’RNA è il Ribosio

Quale

pentoso

PB

Z

Molecole eterocicliche

aromatiche a 6 termini

contenenti due atomi di azoto

Molecole costituite dalla

fusione di un anello

pirimidinico con un anello

imidazolico

Nucleotidi: Basi azotate

le PIRIMIDINE, molecole più piccole (6 atomi), hanno il

nome più lungo mentre le PURINE, molecole più grandi

(9 atomi), hanno il nome più breve.

Gli atomi dell’anello pirimidinico sono numerati in senso

orario , mentre quelli dell’anello purinico lo sono in

senso antiorario

Nucleotidi: Basi azotate

Nucleotidi: Basi azotate

AINEPUR G

Nucleotidi: Basi azotate

6-ammino purina

2-ammino-6-ossi purina

Nucleotidi: Basi azotate

2,4-diossi pirimidina

Presente solo nell’RNA

2-ossi, 4-ammino pirimidina

DNA e nell’RNA

2, 4-diossi, 5-metil pirimidina

5-metil Uracile

Presente nel DNA

Legame

N-β-glicosidico

Il gruppo ossidrilico 5’ di una molecola

nucleotidica è unito al gruppo ossidrilico 3’

della molecola successiva

Nucleotidi: Uniti da legami fosfodiesterici

Nucleotidi: Uniti da legami fosfodiesterici

Il gruppo ossidrilico 5’ di una molecola

nucleotidica è unito al gruppo ossidrilico 3’

della molecola successiva

DNALegame

fosfodiestere

Legame tra

un

nucleotide e

l’altro.

Il gruppo

fosfato forma

2 legami

estere con 2

unità di

ribosio

RNA

Negli acidi nucleici, i nucleotidi sono uniti da legami fosfodiestere

che si stabiliscono tra i gruppi fosforici e le molecole di pentoso

formando una sorta di scheletro molecolare

Le BASI AZOTATE possono essere considerate come gruppi laterali unite

allo scheletro ad intervalli regolari.

Regola di Chargaff

Nel DNA…

I contenuti di adenina sono

sempre uguali a quelli di timina

A=T

I contenuti di citosina sono

sempre uguali a quelli di guanina

C=G

Questa osservazione ha

condotto ad una conclusione:

Il DNA e’ costituito da due filamenti

Ogni base di un filamento e’ legata

con una base dell’altro filamento

(base complementare) mediante

legami idrogeno

L’adenina si lega sempre alla timina,

la guanina si lega sempre alla citosina

Tra le coppie A-T si possono formare due

legami idrogeno

Tra le coppie C-G si possono formare tre

legami idrogeno

Disposizione dei legami

Idrogeno nelle coppie di basi

Disposizione dei legami

Idrogeno nelle coppie di basi

Nucleotidi:

Composti ad elevata energia

Adenosina MonoFosfato AMP

Adenosina DiFosfato ADPAdenosina TriFosfato ATP

Legame

FOSFOESTERE

Legami

FOSFOANIDRIDICI

mostra le proprietà dei normali esteri

fosforici, relativamente resistenti

all’idrolisi

ADP e ATP hanno gruppi fosforilici

addizionali uniti per mezzo di legami a

ponte di ossigeno P–O–P, che hanno le

caratteristiche dei legami

FOSFOANIDRIDICI.

Tali legami possiedono una

energia libera di idrolisi molto

elevata, e vengono definiti legami

ricchi di energia. La scissione di

tali legami rende quindi disponibile

molta energia, utilizzabile per

rendere possibili reazioni

endoergoniche.

CofattoriNAD + NADH

Cofattori

Il NAD+ funziona da deidrogenante:

porta via 2 atomi di H dal substrato.

Uno viene perso sotto forma di ione

H+, l’altro viene perso come idruro

H- che si lega immediatamente

all’anello piridinico cationico

NicotinammideAdeninDinucleotide: NAD+/NADH

Cofattori

La niacina (acido nicotinico) è un precursore di

NAD + e NADP +

NAD = Nicotinamide Adenina Dinucleotide

NADP = Nicotinamide Adenina Dinucleotide

Fosfato

NAD+ e NADP+ fungono da coenzimi in molte

reazioni di ossidoriduzione

Niacina

(Vit. B3 o PP)NAD + e NADP +

NicotinammideAdeninDinucleotide: NAD+/ NADH

NicotinammideAdeninDinucleotide Fosfato:

NADP+/ NADPH

• FAD = Flavin Adenin Dinucleotide

•FMN = Flavin mono-nucleotide

• I coenzimi Flavinici sono coinvolti in reazioni di ossido

riduzione catalizzate da molti enzimi (flavoenzimi o

flavoproteine)

• Uova , latte, carne , cereali

Riboflavina (Vit. B2 )coenzimi FAD e FMN

Coenzimi

Coenzimi

I gruppi acile sono legati

covalentemente al

gruppo SH del CoA a formare tioesteri

FONTE: Cereali, legumi, carne

Acido Pantotenico

(Vit B5)

Coenzima A (CoA)

Partecipa alle reazioni

di trasferimento di

radicali ACILICI, come

quelli che avvengono

nell’ossidazione di

carboidrati, acidi

grassi e aminoacidi.

Coenzimi

ESERCIZIO:

Disegnare un nucleotide

a piacere

ESERCIZIO:

Disegnare una base azotata a piacere e dire se è

purinica o pirimidinica