Biologia 16 – Configurazione delle molecole La configurazione delle molecole indica la disposizione negli atomi nello spazio. Due molecole diverse, infatti, pur avendo gli stessi sostituenti legati agli stessi atomi, possono differire per come queste molecole sono disposte nello spazio. Prendiamo come esempio il glucosio e il galattosio: entrambi hanno la stessa formula bruta, ma a livello del C4 il gruppo –OH si trova al di sopra del piano della molecola nell’uno e al di sotto nell’altro. Glucosio e galattosio sono stereoisomeri tra di loro (più specificatamente epimeri, un tipo di stereoisomeri). Esistono due tipi principali di stereoisomeria. Isomeria geometrica (cis – trans) Sono composti in cui è presente un doppio legame che non consente alle molecole di ruotare nello spazio. Infatti, il legame semplice è un legame che lascia agli atomi libertà di rotazione attorno all’asse del legame; il legame doppio, invece, blocca i due atomi e non consente loro di ruotare singolarmente, ma solo in coppia1. Quindi due molecole potranno avere gli stessi sostituenti, ma disposti su lati diversi. Prendiamo il caso di due acidi dicarbossilici: l’acido maleico e l’acido fumarico. Nel primo caso i due gruppi carbossilici si trovano sullo stesso lato (si dicono in cis); nel secondo caso, i due gruppi carbossilici sono su lati diversi (si dicono in trans). Pur essendo molto simili, gli isomeri geometrici svolgono funzioni molto diverse, in quanto incontrano enzimi diversi (adattati alla loro specifica configurazione) Enantiomeria (o chiralità) È tipica di carboni sp3 che legano 4 sostituenti tutti diversi tra di loro. Il termine chiralità deriva dal greco e significa “mano”. Due molecole chirali, infatti, come le mani, se sovrapposte, non combaciano perfettamente. Prendiamo come esempio la gliceraldeide. Essa è formata da un carbonio centrale a cui sono legati un gruppo –CHO, -OH, -H, -CH2OH (tutti diversi tra loro). Se rompessimo i due legami con –H e –OH e li invertissimo, si verrebbe a creare una nuova molecola non sovrapponibile alla precedente. Le due molecole sono gli enantiomeri della gliceraldeide e il carbonio centrale è detto carbonio (o centro) chiralico della molecola. Semplifichiamo il concetto con un altro esempio: supponiamo di prendere la gliceraldeide e metterla dinanzi ad uno specchio immaginario. Costruiamo la molecola speculare e proviamo a ruotarla, nel tentativo di sovrapporla a quella originaria. Vedremo che sarà impossibile. Nomenclatura degli enantiomeri Esistono due nomenclature diverse:  Nomenclatura D/L (Destrogiro/Levogiro): si prende come esempio la gliceraldeide e si vede la posizione del gruppo –OH. La L-gliceraldeide lo presenta a sinistra; la D-gliceraldeide a destra. Tutti i monosaccaridi vengono classificati in D- o L- a seconda che il carbonio più lontano dal gruppo aldeidico (o chetonico) sia come la D- o L-gliceraldeide. Questo tipo di nomenclatura è usata anche per gli amminoacidi, in cui L- e D- è riferito alla posizione del gruppo amminico.  Nomenclatura R/S (Rectus/Sinister): questa nomenclatura è più complessa è tiene conto dei singoli sostituenti, classificandoli in ordine di “importanza”. 1 Il motivo chimico di questo comportamento è da ricercare nella forma degli orbitali. Nei legami semplici, il legame è di tipo σ. Questo legame è una sovrapposizione tra due orbitali sferici (s) o simili (nel caso ci sia un’ibridazione). Trattandosi di sfere, gli elettroni possono ruotare liberamente di 360° senza rompere il legame. Nel legame doppio, invece, c’è il legame π. Questo si forma per sovrapposizione laterale degli orbitali p. Se uno dei due orbitali p ruotasse da solo, inevitabilmente romperebbe il legame. Biologia 16 – Configurazione delle molecole 1