Il punto isoelettrico

Il punto isoelettrico

Il punto isoelettrico è il valore di pH al quale predomina la forma zwitterionica. A questo valore si ha la precipitazione dell'amminoacido. Il punto isoelettrico è il valore medio dei valori di pk_a del gruppo COOH e NH₃⁺. Poiché il gruppo -COOH è più acido del gruppo NH₃⁺, il punto isoelettrico cade sempre a valori acidi. Questo vale per amminoacidi che abbiano la catena laterale neutra. Per  amminoacidi basici (arginina, istidina, lisina) il punto isoelettrico cade a valore basici. Per amminoacidi acidi (acido aspartico, cisterna, acido glutammico, tirosina) il punto isoelettrico cade ovviamente a pH acidi.

Amminoacidi essenziali

Gli organismi umani hanno la capacità di sintetizzare molti, ma non tutti, gli amminoacidi che servono per la costruzione delle proteine.  Gli amminoacidi che non possono essere sintetizzati, chiamati amminoacidi essenziali, devono essere assunti con l'alimentazione. Sono in genere gli amminoacidi limitanti nella sintesi delle proteine.

Il legame peptidico: dipeptidi e polipeptidi

Il gruppo COOH di un amminoacido può reagire con il gruppo amminico di un altro amminoacido per formare un legame ammidico. In biochimica il legami ammidico è chiamato legame peptidico. L'unione di due amminoacidi fornisce un dipeptide. Altri amminoacidi si possono legare al dipeptide ottenuto, generando un polipeptide. La caratteristica fondamentale dei polipeptidi è la struttura primaria, ovvero la sequenza con cui compaiono gli amminoacidi. La sequenza si simboleggia facendo uso delle abbreviazioni dei nomi degli amminoacidi, che vengono scritti di seguito separati da un trattino. Per convenzione, l'amminoacido che precede è legato a quello che segue attraverso la funzione carbonilica.

Negli organismi viventi la formazione del legame peptidico è catalizzata enzimaticamente, mentre la sequenza è determinata dalla sequenza delle basi nel gene del DNA.

Strategie sintetiche.

L'utilizzo di gruppi protettori nella sintesi dei dipeptidi.

Le reazioni tra composti polifunzionali pongono molte volte seri problemi di regioselettività. Avendo in una molecola più gruppi funzionali reattivi, come è possibile farne reagire selettivamente uno solo? Come è possibile introdurre in una molecola un gruppo funzionale senza toccare altri gruppi già presenti?

Per ottenere il risultato desiderato occorre pianificare una strategia di sintesi, che spesse volte richiede l'ausilio di gruppi protettori. Questi sono gruppi funzionali che mascherano la funzionalità che non si vuole fare reagire. Devono possedere alcuni requisiti: 1) devono poter essere introdotti facilmente; 2) la funzionalità protetta deve essere inerte nelle condizioni di reazione successivamente utilizzate nella sintesi; 3) alla fine dei vari stadi di sintesi devono poter essere rimossi facilmente per ripristinare la funzionalità originale.

Affrontare il tema dei gruppi protettori e, più in generale, delle strategie di sintesi, esula dallo scopo di questo corso. Tuttavia, riportiamo a titoloni esempio l'utilizzo dei gruppi protettori nella sintesi di un dipeptide.

Volendo sintetizzare un dipeptide, ad esempio  Ser-Ala, non è possibile fare reagire i due amminoacidi tal quali, perché si formerebbero tutti i possibili dipeptidi Ser-Ser, Ser-Ala, Ala-Ser e Ala-Ala. La strategia di sintesi richiede quindi i seguenti passaggi:

1. Proteggere il gruppo amminico della Serina. La protezione migliore per I gruppi amminici è la trasformazione in carbammati per reazione con un alcossicarbonil cloruro (cloruro di un estere dell'acido carbonico), ad esempio il tert-butossicarbonil cloruro, BOC.

2. Proteggere il gruppo carbossilico della alanina, ad esempio trasformandolo in estere benzilico.

3. Reazione tra gli amminoacidi protetti in presenza di DCC (attivatore del gruppo carbossilico; vedi capitolo delle ammidi)

4. Deprotezione del gruppi amminico di Ser per debole idrolisi acida del carbammato e del gruppo carbossilico di Ala per idrolisi o idrogenazione catalitica.

DNA e RNA

Il DNA (Acido DeossiriboNucleico) è un polimero il cui scheletro è costituito da molecole di uno zucchero, il 2'-deossiribosio, unite tra le posizioni C5' e C3' da ponti fosfato. Nella posizione C1' il gruppo OH è sostituito da una base organica, purinica o pirimidinica. Le basi puriniche sono Adenina e Guanina, le pirimidiniche Citosina e Timina

L'RNA ha la struttura del tutto simile al DNA, con alcune importanti differenze: l'unità zuccherina è il ribosio, le basi puriniche sono Adenina e Guanina, come nel DNA, mentre le pirimidiniche sono  Citosina, come nel DNA, e Uracile

Una molecola di zucchero (ribosio o 2'-deossiribosio) legata in posizione C1' a una base si chiama nucleoside. Un nucleoside esterificato da una molecola di acido fosforico in posizione C5' si chiama nucleotide. Il DNA (e RNA) sono quindi costituiti dall'unione di nucleotidi, legati assieme per esterificazione della posizione C3'.

Il DNA è costituito da due filamenti polinucleotidici (DNA single strand) (P.M. 10⁹ uma) che si auto assemblano uno intorno all'altro a formare una doppia elica (DNA double strand).  I due filamenti decorrono in senso opposto e sono connessi da legami a idrogeno fra coppie di basi. Adenina (A) e Timina (T) formano fra loro forti legami a idrogeno, ma non si legano con Guanina (G) o Citosina (C). Analogamente, guanina (G) e citosina (C) si legano tra loro, ma non con A o T. I due filamenti sono complementari. Alla base C di un filamento si affaccia sempre la base G, così come alla base A si affaccia sempre la base T

La doppia elica è larga ca. 20 A, con un passo alto 34 A. In ogni passo ci sono 10 coppie di basi. L'ossatura zucchero-fosfato corre lungo la superficie esterna dell'elica, mentre le basi, legate tra loro da legami a idrogeno, guardano verso l'interno. I filamenti si avvolgono in modo tale per cui nella doppia elica si individuano due solchi, un  solco maggiore (major groove) e un solco minore (minor groove), con apertura rispettivamente di 12 A e 6 A.

Francis Harry Compton  Crick (UK, 1916-2004)