Le Biomolecole

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Testo

La diversità molecolare della vita è basata sulle proprietà del carbonio, che ha la particolare capacità di formare grandi molecole diverse tra loro. I composti contenenti carbonio sintetizzati dalle cellule sono detti COMPOSTI ORGANICI (oggi sono più di 2 milioni).
L’ enorme varietà di molecole a base di carbonio deriva dalla tendenza degli elettroni più esterni dell’ atomo a formare legami chimici e, in particolare, LEGAMI COVALENTI. Un legame covalente si instaura quando una o più coppie di elettroni vengono messe in comune fra due atomi. Ciò avviene per una ragione ben precisa: gli atomi tendono al minor dispendio energetico possibile ottenibile con la stabilità della loro configurazione elettronica.
I composti organici formati soltanto da carbonio e idrogeno sono detti IDROCARBURI.
I composti aventi la stessa formula grezza ma differente struttura vengono detti ISOMERI.
In una molecola organica, i gruppi di atomi che partecipano alle reazioni chimiche sono detti GRUPPI FUNZIONALI:
Un GRUPPO OSSIDRILICO è costituito da un atomo di idrogeno legato a uno di ossigeno, legato a sua volta allo scheletro carbonioso della molecola

Un GRUPPO CARBONILICO è formato da un atomo di carbonio legato a un atomo di ossigeno mediante un doppio legame. Se l’ atomo di carbonio del gruppo carbonilico si trova all’ estremità dello scheletro carbonioso, il composto viene detto ALDEIDE; I composti i cui gruppi carbonilici si trovano all’ interno della catena carboniosa sono chiamati CHETONI.

Un GRUPPO CARBOSSILICO è costituito da un atomo di ossigeno unito tramite un doppio legame covalente a un atomo di carbonio che è legato anche a un gruppo ossidrilico. Si comporta come un acido in quanto libera in soluzione ioni idrogeno.

Un GRUPPO AMMINICO è formato da un atomo di azoto legato a due atomi di idrogeno e a un atomo di carbonio dello scheletro carbonioso. I composti organici che possiedono un gruppo amminico sono detti AMMINE.

Le biomolecole hanno dimensioni enormi dal punto di vista molecolare, pertanto sono definite MACROMOLECOLE.
Le cellule le costruiscono le macromolecole unendo molecole organiche più piccole in catene chiamate POLIMERI.
Le unità che costituiscono un polimero sono i MONOMERI.
Il DNA costituito da appena 4 tipi di monomeri detti NUCLEOTIDI.

Le cellule legano tra loro i monomeri per formare polimeri mediante un processo chimico detto CONDENSAZIONE. In questo processo un monomero perde l’ atomo di idrogeno, mentre l’ altro perde il gruppo ossidrilico.
L’ IDROLISI è il processo opposto alla condensazione. Idrolisi significa spezzare con l’ acqua, infatti le cellule rompono i legami tra i monomeri tramite aggiunta di acqua.

Il nome CARBOIDRATO è riferito a un gruppo di sostanze che comprende molecole di diverse dimensioni. I monomeri dei carboidrati sono i MONOSACCARIDI. In genere i monosaccaridi presentano formule grezze che sono multipli di CH2O. Essi possono avere 3 o 7 atomi di carbonio. I monosaccaridi, in particolare il glucosio, sono le principali molecole che forniscono l’ energia necessaria all’ attività cellulare. Le cellule utilizzano i monosaccaridi anche come materiale di base per costruire altri tipi di molecole organiche, tra cui gli amminoacidi. Le cellule legano tra loro singole unità di zuccheri per formare i DISACCARIDI mediante condensazione a partire dai monosaccaridi.
I POLISACCARIDI sono polimeri formati da centinaia o migliaia di molecole di monosaccaridi unite tra loro per condensazione. Alcuni polisaccaridi sono sostanze di riserva che demoliscono quando hanno bisogno di zucchero. L’ AMIDO, un polisaccaride di riserva presente nelle radici delle piante, è costituito interamente da una catena di monomeri di glucosio.
Gli animali immagazzinano lo zucchero in eccesso sotto forma di polisaccaride chiamato GLICOGENO.
La CALLULOSA, il composto organico più abbondante della Terra, forma fibrille a forma di cavo presenti nelle rigide pareti che racchiudono le cellule vegetali ed è la principale componente del legno.

I LIPIDI sono formati essenzialmente da atomi di carbonio e di idrogeno uniti tra loro con legami covalenti polari. Le molecole dei lipidi non sono attratte dalle molecole d’ acqua, che sono polari. Poiché si “mescolano” con l’ acqua, i lipidi sono detti IDROFOBI.
Un GRASSO è un lipide costituito da due tipi di molecole più piccole, il glicerole e gli acidi grassi. La funzione principale dei grassi è quella di immagazzinare energia. Alcuni acidi grassi contengono doppi legami e sono detti INSATURI, in quanto non possiedono il numero massimo di atomi di idrogeno, mentre quelli che hanno il massimo numero di atomi di idrogeno sono detti SATURI.
I FOSFOLIPIDI sono i costituenti principali delle membrane cellularei,costituiti da una molecola di glicerolo unita per condensazione a 2 molecole di acidi grassi e a una molecola di acido fosforico.
Le CERE sono costituite da un acido grasso legato a un alcol e sono più idrofobe dei grassi. Esse servono soprattutto da rivestimento per i frutti.
Gli STEROIDI sono lipidi i cui scheletricarboniosi sono ripiegati a formare quattro anelli uniti tra loro (tre anelli a 6 lati e un anello a 5 lati).

Una PROTEINA è un polimero biologico formato da monomeri di amminoacidi. Ognuna ha una particolare struttura tridimensionale che corrisponde a una funzione precisa. Si dividono in:
PROTEINE STRUTTURALI, come la seta dei ragni
PROTEINE CONTRATTILI, tra cui le proteine astina e miosina che danno luogo ai movimenti muscolari.
PROTEINE DI RISERVA, per esempio l’ ovalbumina, che rappresenta una riserva di amminoacidi per l’ embrione in via di sviluppo.
PROTEINE DI DIFESA, tra cui gli anticorpi del sangue che hanno il compito di combattere le infezioni.
PROTEINE di trasporto, come l’ emoglobina che è presente nel sangue e trasporta l’ ossigeno dai polmoni alle altre parti del corpo.
PROTEINE REGOLATRICI, che aiutano a coordinare le attività corporee agendo da messaggeri da una molecola alle altre. Un esempio è l’ insulina.
PROTEINE CATALITICHE o ENZIMI, che e hanno la funzione di catalizzatori chimici, ovvero modificano la velocità di una reazione chimica senza subire modificazioni di natura molecolare durante il processo.
Le proteine presentano tra loro svariate differenze per struttura e funzioni. Questa diversità è basata sulle differenti disposizioni in cui si può assemblare un gruppo di amminoacidi. Gli AMMINOACIDI hanno tutti un gruppo amminico e un gruppo carbossilico legati covalentemente a un atomo di carbonio alfa, a cui sono legati a loro volta un atomo di idrogeno e un gruppo chimico indicato con la lettera R, che è la regione variabile e determina le proprietà specifiche di ciascuno dei 20 amminoacidi delle proteine.
Le cellule legano tra loro gli amminoacidi tramite reazioni di condensazione. Il legame che si forma viene detto LEGAME PEPTIDICO. Il prodotto della reazione è chiamato polipeptide, in quanto è formato da una lunga catena di amminoacidi.
La configurazione specifica della proteina determina la sua funzione. Infatti in un processo chiamato DENATURAZIONE le catene polipeptidiche si svolgono, perdendo così la loro forma caratteristica e, di conseguenza, la loro funzione.

La forma delle proteine comprende 4 livelli strutturali:
Ogni proteina è costituita da una particolare sequenza di amminoacidi che ne determina la STRUTTURA PRIMARIA. Affinché una proteina svolga la sua funzione specifica, deve avere l’ esatto corredo di amminoacidi disposti secondo un ordine preciso.
Nel secondo livello della struttura proteica, alcuni tratti del polipeptide formano delle spirali oppure si ripiegano, dando luogo alla STRUTTURA SECONDARIA. La spiralizzazione della catena polipeptidica dà origine a una struttura indicata come ALFA ELICA o anche strutture a FOGLIETTO RIPIEGATO. Entrambe queste forme sono dobute alla presenza di legami idrogeno, disposti a intervalli regolari lungo la catena polipeptidica.
La STRUTTURA TERZIARIA si riferisce all’ aspetto generale e tridimensionale di un polipeptide. Essa può essere GLOBULARE o FIBROSA.
Molte proteine sono costituite da due o più catene polipeptidiche, chiamate SUBUNITA’. Queste proteine mostrano quindi una STRUTTURA QUATERNARIA dovuta alle interazioni tra le subunità.

I NUCLEOTIDI sono formati da: uno zucchero a cinque atomi di carbonio, una base azotata e almeno un gruppo fosfato. Sono monomeri degli acidi nucleici (DNA e RNA) e trasportano energia (ATP). Nella molecola di ATP lo zucchero a cinque atomi di carbonio è il ribosio, la base azotata è l’ adenina e i gruppi fosfati sono tre. L’ adenina legata al ribosio forma il composto chiamato ADENOISINA. I legami covalenti che uniscono il secondo e il terzo gruppo fosfato dell’ ATP sono instabili e altamente energetici. Questi legami possono essere facilmente rotti dall’ idrolisi. Quando si rompe il terzo legame fosfato si verificano tre eventi: viene rimosso un gruppo fosfato; l’ ATP si trasforma in ADP; si libera energia.

Gli ACIDI NUCLEICI sono polimeri di nucleotidi. Vi sono due tipi di acidi nucleici: l’ ACIDO RIBONUCLEICO (RNA) e l’ ACIDO DESOSSIRIBONUCLEICO (DNA). L’ RNA è costituito da un unico filamento mentre il DNA è disposto in una doppia elica in cui due polinucleotidi si avvolgono uno sull’ altro. Il materiale genetico che gli organismi ereditano dai loro genitori è costituito dal DNA. Qui si possono infatti individuare i GENI. Definendo la struttura primaria, i geni determinano le specifiche strutture tridimensionali delle proteine. In tal modo, attraverso l’ azione delle proteine, il DNA controlla la vita della cellula de dell’ organismo. Il DNA non detta direttamente le informazioni genetiche, ma lo può fare attraverso l’ intervento di un intermediario chimico: l’ RNA. Le informazioni del DNA sono trascritte nell’ RNA, che in seguito viene tradotto nella struttura primaria delle proteine.

Oligosaccaridi (zuccheri con pochi monomeri) uniti da un legame covalente a proteine formano le GLICOPROTEINE. Queste sostanze fanno parte delle membrane cellulari. Anche i GLICOLIPIDI si trovano nelle membrane cellulari e svolgono funzioni simili alle glicoproteine. Le NUCLEOPROTEINE sono costituite da proteine legate tramite legami ionici al DNA presente nel nucleo della cellula e regolano la duplicazione e la trascrizione del DNA. Un’ altra categoria di molecole complesse è costituita dalle LIPOPROTEINE, responsabili del trasporto nel circolo sanguigno, dall’ intestino al fegato e ai tessuti. I due principali tipi di lipoproteine sono LDL e HDL.

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