Lezione 2

(1)

Lezione 2

Ionizzazione dell’acqua pH

acidi e basi

tamponi biologici

Gli amminoacidi

(2)

Ionizzazione dell’acqua

L’acqua pura ha una piccola tendenza a ionizzarsi

17/03/2020 - S.Passamont 785ME - INSEGNAMENTO DI BIOCHIMICA 2

Il protone non è libero,

ma si lega all’acqua a formare lo ione idronio

(3)

(4)

La ionizzazione dell’acqua è

caratterizzata dalla sua costante di equilibrio

(5)

Il prodotto ionico dell’acqua

K _w = [OH ^- ] [H ⁺ ]

(6)

Il prodotto ionico dell’acqua K _w = 10 ^-14 M ²

(7)

L’acqua pura è neutra [OH ^- ] = [H ⁺ ]

Si risolve per [H ⁺ ], perché è facile da misurare

(8)

Il prodotto ionico è costante

• Se [OH ^- ] cresce, [H ⁺ ] diminuisce

• Se [H ⁺ ] cresce, [OH ^- ] diminuisce

(9)

Il prodotto ionico è la base per la

scala dei pH

(10)

Due modi di esprimere la concentrazione di protoni

• [H ⁺ ] = 10 ^-7 M

 semanticamente complesso

 9 segni

• pH = 7

 semanticamente semplice

 3 segni

 Ridotto il rischio di «sbagliarsi»

(11)

Acido Acido

Basico Basico

Neutro

(12)

D.L. Nelson, M.M. Cox, Introduzione alla biochimica di Lehninger-Sesta edizione, Zanichelli editore 2018 12

(13)

Acidi e basi

• Una molecola che cede un protone è un acido

• La reazione è reversibile, quindi:

• Una molecola che ha ceduto un protone può riaccettare un protone, quindi:

• Un acido che ha ceduto un protone è una base

Un donatore di protoni e il suo corrispondente accettore formano una

coppia acido-base coniugata

(14)

L’equilibrio chimico delle coppie acido-base coniugate

TERMINOLOGIA Costante di equilibrio

=

costante di ionizzazione

=

costante di dissociazione acida

(15)

Acidi e basi deboli e fort

Acidi forti  K

_eq

elevata Acidi deboli  K

_eq

bassa

Basi forti  K

_eq

elevata

(16)

il pK _a

indica la tendenza a dissociare un protone

Ricorda

Un acido forte, che ha un pK _a basso, causa un abbassamento del pH

(17)

I sistemi tampone

• Sono miscele di acidi deboli e le loro basi coniugate

– L’acido debole cede una frazione dei suoi protoni, che reagiscono con lo ione idrossido (base) e

formano acqua (neutra)

– La base coniugata accetta protoni (acido) e forma acqua (neutra)

– I sistemi tampone biologici mantengono costante

il pH intra- ed extracellulare (pH ≅ 7)

(18)

Il pH del sangue

ACIDOSI 7,35 – 6,80 NORMALE 7,35 - 7,45 ALCALOSI 7,45 – 7,80

Danno alle

proteine

Danno alle

proteine

(19)

La capacità tampone

è massima intorno al valore di pK _a

(20)

(21)

La capacità tampone

del tampone acetato (non biologico)

(22)

(23)

L’equazione di Henderson-Hasselbach

Consente di calcolare

•Il pH, se si conosce il pK

a

e il rapporto acido debole/base coniugata

•Il pK

_a

, se si conosce il pH e il rapporto acido debole/base coniugata

•Il rapporto acido debole/base coniugata, se si conosce il pH e il

(24)

I principali tamponi biologici

• PROTEINE

– intracellulari (extracellulari), con i gruppi

funzionali acidi e basici delle catene laterali degli amminoacidi ( prossima lezione)

• TAMPONE FOSFATO

– intracellulare (prevalentemente)

• TAMPONE BICARBONATO

– extracellulare (prevalentemente)

(25)

(26)

Il tampone bicarbonato

La capacità massima del tampone non comprende il pH del sangue (7.4)

(27)

Integrazione di due sistemi tamponi nell’epitelio renale

(semplificato; argomento di fisiologia)

(28)

Perché il tampone bicarbonato è efficace in vivo?

-1-

La base coniugata è circa il 90% di HCO 3 - alta riserva di reazione con H ⁺

-2-

H 2 CO 3 si può trasformare in H 2 0 + CO 2

-3-

Anidride carbonica viene eliminata con la ventilazione polmonare

(29)

(30)

(31)

Integrazione di due sistemi tamponi nell’epitelio renale

(semplificato; argomento di fisiologia)

(32)

Gli effetti del pH sulla struttura e funzione delle proteine

il caso della funzione enzimatca

(33)

(34)

L’acqua come reagente

• Reazioni di condensazione

– alcol + acido  estere + acqua – acido + acido  anidride + acqua – ammina + acido  ammide + acqua – …

• Reazioni di idrolisi

– alcol + acido  estere + acqua – acido + acido  anidride + acqua – ammina + acido  ammide + acqua – …

(35)

(36)

L’acqua come ambiente di vita

• Calore specifico elevato

– Energia termica

necessaria ad elevare di 1 °C la temperatura di 1 g

(37)

Amminoacidi, peptidi e proteine

Capitolo 3

(38)

La struttura comune degli amminoacidi

• Carbonio alpha (Cα)

• Quattro diversi gruppi funzionali legat al Cα (tranne nell’amminoacido glicina)

– Cα è chirale

• Tre gruppi funzionali uguali in tutti gli amminoacidi

– H

– COOH – NH

3

• Un gruppo funzionale tpico di ciascun amminoacido

– “Residuo” R

(39)

(40)

Gli amminoacidi sono enantomeri

stereoisomeri speculari non sovrapponibili

(41)

(42)

Nelle proteine cellulari esistono solo L-amminoacidi

• Gli amminoacidi sono sintetzzat in reazioni chimiche catalizzate da enzimi (proteine)

• Il sito attivo degli enzimi è asimmetrico

– le reazioni catalizzate sono stereospecifiche

(43)

Gli amminoacidi sono classificat in base al gruppo R

I Cinque tpi di gruppi R 1.Alifatci (e non polari)

2.Aromatci

3.Polari non carichi (neutri)

4.Polari carichi negatvamente (acidi e anionici)

5.Polari carichi positvamente (basici e catonici)

(44)

Cosa si deve sapere degli amminoacidi?

• Nome (tutti)

• Struttura chimica (tutti)

• Proprietà del gruppo R

• Appartenenza alla classe

(45)

(46)

alcune caratteristche dei gruppi R nelle proteine (cont.)

1. Alifatci (e non polari)

– causano effetti/interazioni idrofobiche

– la prolina riduce la flessibilità della catena proteica

2. Aromatci

– causano effetti idrofobici

– l’ossidrile della trosina può fare:

• legami idrogeno

• esteri fosforici

(47)

(cont.) alcune caratteristche dei gruppi R nelle proteine

3. Polari non carichi (neutri)

- formano legami idrogeno

- la cisteina ha proprietà tpiche:

- debole elettronegatvità dell’atomo di zolfo, legami idrogeno deboli

- ha proprietà redox

(48)

(49)

(cont.) alcune caratteristche dei gruppi R nelle proteine

4. Polari carichi negatvamente (acidi e anionici)

– Acido glutammico e acido aspartco sono sempre carichi (glutammato e aspartato)

5. Polari carichi positvamente (basici e catonici)

– Solo l’istdina ha il pKa più vicino al pH neutro, quindi può scambiare protoni, in funzioni di piccole variazioni di pH del mezzo

– lisina e arginina sono sempre carichi

(50)

(51)

Note della tabella 3.2

(52)

Gli amminoacidi hanno proprietà ioniche duplici

cedono protoni (acidi) acquistano protoni (basi) zwitterioni – anfoioni -anfolit

(53)

(54)

Il punto isolettrico (pI) degli amminoacidi

pI = pH in cui la carica netta è zero Ogni amminoacido ha un suo

specifico pI

(55)

(56)

Amminoacidi, peptdi e proteine

Capitolo 3

(57)

I polimeri degli amminoacidi

• peptdi

– dipeptdi, tripeptdi, tetrapeptdi, … oligopeptdi

• polipeptdi o proteine

– decine, centnaia, migliaia di amminoacidi

• Due o più amminoacidi formano un legame peptdico, mediante una reazione di

CONDENSAZIONE (e quindi uscita di una molecola

d’acqua)

(58)

58

(59)

I nomi dei peptdi

• Per convenzione l’amminoacido n. 1 è quello ammino-terminale

• I nomi degli amminoacidi dei polipeptdi hanno il suffisso – ile (-il) al posto dell’ultma sillaba

– glicina glicil,

– glutammato  glutammil, – aspartato  aspartl,

– trosina  trosil

• L’amminoacido carbossiterminale mantene il suo

(60)

60

(61)

Il gutatone

γ-glutamilcisteinilglicina

(62)

L’ossidazione del glutatone

(63)

Important caratteristche dei (poli)peptdi

• I legami peptdici sono stabili

– Emi-vita (t

1/2

) = 7 anni

– Le proteine sono però danneggiate dalle specie radicaliche

• Possono ionizzarsi solo i gruppi ammino- e carbossi- terminale

– i gruppi impegnat nei legami peptci non ionizzano

• I gruppi R degli amminoacidi peptdici possono ionizzarsi

• La lunghezza dei polipeptdi è molto variabile

(64)

Le proteine si possono associare

Gli assortment nelle proteine

•singolo polipeptde

•due, tre, quattro polipeptdi (o sub-unità) uguali

– omodimero, omotrimero, omotetramero

•due, tre, quattro polipeptdi (o sub-unità) diversi

– eterodimero, eterotrimero, eterotetramero

(65)

Le proteine coniugate

Alcune proteine legano dei GRUPPI PROSTETICI:

ioni, gruppi chimici o molecole non proteiche

(66)

Lezione 2

Lezione 2

Ionizzazione dell’acqua pH

acidi e basi

tamponi biologici

Gli amminoacidi

Ionizzazione dell’acqua

L’acqua pura ha una piccola tendenza a ionizzarsi

Il protone non è libero,

ma si lega all’acqua a formare lo ione idronio

La ionizzazione dell’acqua è

caratterizzata dalla sua costante di equilibrio

Il prodotto ionico dell’acqua

K w = [OH - ] [H + ]

Il prodotto ionico dell’acqua K w = 10 -14 M 2

L’acqua pura è neutra [OH - ] = [H + ]

Si risolve per [H + ], perché è facile da misurare

Il prodotto ionico è costante

• Se [OH - ] cresce, [H + ] diminuisce

• Se [H + ] cresce, [OH - ] diminuisce

Il prodotto ionico è la base per la

scala dei pH

Due modi di esprimere la concentrazione di protoni

• [H + ] = 10 -7 M

 semanticamente complesso

 9 segni

• pH = 7

 semanticamente semplice

 3 segni

 Ridotto il rischio di «sbagliarsi»

Acido Acido

Basico Basico

Neutro

Neutro

Acidi e basi

• Una molecola che cede un protone è un acido

• La reazione è reversibile, quindi:

• Una molecola che ha ceduto un protone può riaccettare un protone, quindi:

• Un acido che ha ceduto un protone è una base

Un donatore di protoni e il suo corrispondente accettore formano una

coppia acido-base coniugata

L’equilibrio chimico delle coppie acido-base coniugate

TERMINOLOGIA Costante di equilibrio

=

costante di ionizzazione

=

costante di dissociazione acida

Acidi e basi deboli e fort

Acidi forti  K

elevata Acidi deboli  K

bassa

Basi forti  K

elevata

il pK a

indica la tendenza a dissociare un protone

Ricorda

Un acido forte, che ha un pK a basso, causa un abbassamento del pH

I sistemi tampone

• Sono miscele di acidi deboli e le loro basi coniugate

– L’acido debole cede una frazione dei suoi protoni, che reagiscono con lo ione idrossido (base) e

formano acqua (neutra)

– La base coniugata accetta protoni (acido) e forma acqua (neutra)

– I sistemi tampone biologici mantengono costante

il pH intra- ed extracellulare (pH ≅ 7)

Il pH del sangue

ACIDOSI 7,35 – 6,80 NORMALE 7,35 - 7,45 ALCALOSI 7,45 – 7,80

Danno alle

proteine

Danno alle

proteine

La capacità tampone

è massima intorno al valore di pK a

La capacità tampone

del tampone acetato (non biologico)

L’equazione di Henderson-Hasselbach

Consente di calcolare

•Il pH, se si conosce il pK

e il rapporto acido debole/base coniugata

•Il pK

, se si conosce il pH e il rapporto acido debole/base coniugata

K _w = [OH ^- ] [H ⁺ ]

Il prodotto ionico dell’acqua K _w = 10 ^-14 M ²

L’acqua pura è neutra [OH ^- ] = [H ⁺ ]

Si risolve per [H ⁺ ], perché è facile da misurare

• Se [OH ^- ] cresce, [H ⁺ ] diminuisce

• Se [H ⁺ ] cresce, [OH ^- ] diminuisce

• [H ⁺ ] = 10 ^-7 M

il pK _a

Un acido forte, che ha un pK _a basso, causa un abbassamento del pH

è massima intorno al valore di pK _a

La base coniugata è circa il 90% di HCO 3 - alta riserva di reazione con H ⁺