Macromolecole biologiche

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MACROMOLECOLE BIOLOGICHE

Le macromolecole contengono Carbonio. Sono costituite da relativamente pochi elementi (CHNOPS) e possono essere suddivise in quattro classi di composti: glucidi o carboidrati, lipidi o grassi, protidi o proteine e gli acidi nucleici.

IL RUOLO CENTRALE DEL CARBONIO

1. LO SCHELETRO CARBONIOSO
Un atomo di carbonio
-avendo 4 elettroni nel suo livello energetico più esterno, tende a formare legami covalenti con, al massimo, altri quattro atomi.
-i suoi atomi possono fo formare legami tra loro.
La forma complessiva di una molecola organica dipende dalla disposizione degli atomi di carbonio che formano lo scheletro della molecola, detto anche SCHELETRO CARBONIOSO.
Le molecole presenti negli organismi viventi possono essere rappresentate sotto forma di:
-FORMULE GREZZE: specificano il numero di atomi di ogni elemento chimico presente nella molecola.
-FORMULE DI STRUTTURA: evidenziano in che modo, gli atomi si sono legati tra loro ( tratto lungo =legame covalente; tratto doppio =legame covalente doppio).
Quando due molecole sono formate dalla stessa formula grezza ma diversa forma di struttura, le sostanze vengono chiamate ISOMERI.
Quando le molecole di fruttosio e glucosio entrano in acqua, tendono a formare delle strutture chiuse ad anello, dette FORMULE CICLICHE. Nella sua rappresentazione si usa un poligono che ha tanti vertici quanti sono gli atomi di carbonio nell’anello.

2. FORMULE CHIMICHE E GRUPPI FUNZIONALI
Le molecole organiche più semplici sono gli IDROCARBURI costituiti da carbonio e idrogeno. Sono poco importanti per gli esseri viventi, ma hanno una grande importanza economica. Sono composti presenti ad esempio nel petrolio siccome presenti nei residui organici che si trovano nel terreno e sotto gli oceani. I quattro più semplici idrocarburi sono: metano (CH4), etano (C2H6), propano (C3H8) e butano (C4H10).
Le molecole organiche più complesse sono caratterizzate da particolari gruppi di atomi legati allo scheletro carbonioso, i GRUPPI FUNZIONALI. Esistono 4 principali gruppi funzionali della chimica organica:
-ossidrilico
-carbonilico
-carbossilico
-amminico
Le sostanze organiche sono formate da POLIMERI a loro volta composti di MONOMERI.

CARBOIDRATI: ZUCCHERI E POLIMERI DEGLI ZUCCHERI.
I CARBOIDRATI, o ZUCCHERI, sono le principali molecole di riserva della maggior parte degli esseri viventi. Costituiscono anche molte componenti strutturali delle cellule.
Ci sono tre tipi principali di carboidrati, classificati secondo il numero di molecole che contengono:
-MONOSACCARIDI ( zuccheri semplici) come il ribosio, glucosio e fruttosio. Sono costituiti da una sola molecola.
-DISACCARIDI come il saccarosio ( zucchero da tavola) e il lattosio (zucchero del latte). Sono costituiti da due monosaccaridi uniti da un legame covalente.
-POLISACCARIDI come cellulosa e amido. Sono costituiti da molti monosaccaridi legati tra loro e sono dunque dei polimeri.

1. MONOSACCARIDI
I MONOSACCARIDI sono composti organici formati da CARBONIO, IDROGENO e OSSIGENO.
La sua forma grezza è: Cn(H2O)n. L’indice n può essere un numero piccolo come 5 o più grande come 8, anche se il valore più comune è 6, cioè quello dei comuni monosaccaridi, il GLUCOSIO e il FRUTTOSIO.
I monosaccaridi sono il materiale da costruzione con cui le cellule fabbricano i polisaccaridi e altre molecole essenziali, ma sono anche la principale fonte di energia per la maggior parte degli organismi.
I legami covalenti sono formati da elettroni che sono condivisi da due nuclei atomici. Le molecole sono sempre in movimento come anche gli atomi che le compongono, e se questo movimento si fa sufficientemente ampio questo legame si può spezzare.
A legami diversi corrispondono caratteristiche forze differenti; le forze di legame sono convenzionalmente misurate in termini di quantità di energia che deve essere somministrata per spezzare il legame in condizioni standard di temperatura e pressione.
Quando un legame covalente si spezza, gli atomi si separano e si ottengono così atomi che tendono ad avere i livelli esterni incompleti, che tenderà poi a catturare uno o più elettroni per completare il proprio livello di energia più esterno e diventare, così, di nuovo stabile. I nuovi legami covalenti che si formeranno saranno identici a quelli che si erano rotti oppure saranno diversi; ciò dipenderà da: temperatura, pressione e soprattutto da quali altri atomi saranno disponibili nelle vicinanze.
Le reazioni chimiche possono richiedere un apporto di energia oppure liberarne nell’ambiente; se, infatti, si vengono a cerare dei legami più deboli rispetto a quelli precedenti allora si libererà energia, nella situazione contraria invece si assorbirà energia. Due esempi sono:
- FOTOSINTESI: l’energia radiante del sole viene assorbita dalle cellule verdidelle piante e delle alghe. Queste cellule utilizzano l’energia per rompere e ricostruire i legami covalenti dell’acqua e dell’anidride carbonica rendendo possibile la formazione di nuove combinazioni chimiche, ossia molecole di zucchero e di idrogeno.
-RESPIRAZIONE CELLULARE: le cellule possono rompere i legami covalenti dello zucchero che, in presenza di ossigeno formano nuove combinazioni di anidride carbonica e acqua.
Vi sono 2 importanti monosaccaridi ovvero:
-GLUCOSIO: maggior fonte di energia per la maggior parte delle cellule. Nell’uomo e in tutti gli altri vertebrati il glucosio è il normale zucchero di trasporto che, portato dal sangue, raggiunge tutte le cellule per rifornirle di energia.
- FRUTTOSIO: presente nella frutta e, insieme al glucosio, rende dolce il miele.

2. DISACCARIDI
In molti organismi gli zuccheri sono trasportati sotto forma di disaccaridi.
Vi sono tre esempi di disaccaridi ovvero:
-SACCAROSIO: il comune zucchero da tavola; è la forma in cui lo zucchero delle piante viene trasportato dalle cellule fotosintetiche ( principalmente nelle foglie) dove viene prodotto, alle altri parti del corpo della pianta per essere utilizzato come fonte energetica. Costituito dall’unione di due monosaccaridi, glucosio e fruttosio.
-TREALOSIO: sottoforma in cui lo zucchero passa nel sangue. E’ costituito dall’unione di due monosaccaridi di glucosio.
-LATTOSIO: zucchero presente nel sangue degli insetti, ed è costituito dal galattosio che si combina con il glucosio.
N.B. alcune persone non riescono a digerire il latte perché non possiedono quegli enzimi in grado di spezzare il legame glucosio-galattosio.
Ci sono due processi cui vanno incontro i disaccaridi e i monosaccaridi ovvero:
-CONDENSAZIONE: processo di unione di due monosaccaridi per dare un disaccaride, viene eliminata una molecola di acqua e si forma un legame tra i due monosaccaridi. Questo processo assorbe energia.
-IDROLISI: processo di divisione dei due monosaccaridi che costituisco un disaccaride. Questo processo libera energia.

3. POLISACCARIDI
I polisaccaridi sono formati da monosaccaridi legati in lunghe catene, e costituisco le forme di riserva degli zuccheri.
Vi sono quattro esempi di polisaccaride:
-AMIDO: zucchero di riserva presente nei vegetali nelle cellule fotosintetiche sotto forma di piccoli granuli.
-GLICOGENO: zucchero di riserva presente sia negli animali che nei funghi.
N.B. tutti e due sono costituiti da molte unità di glucosio; essi differiscono però nella lunghezza delle catene polisaccaridiche e nel modo in cui le molecole di glucosio sono legate tra loro.
I polisaccaridi devono inoltre essere idrolizzati prima di essere utilizzati come fonte di energia o essere trasportati nei sistemi viventi.
-CELLULOSA: zucchero di struttura presente nei vegetali; Non può essere utilizzata molto facilmente come fonte di energia perché può essere idrolizzata solo da pochi organismi.
N.B. Le mucche, le termiti, gli scarafaggi la riescono a utilizzare come fonte di energia grazie a dei particolari microrganismi che vivo all’interno del loro tubo digerente, a differenza di noi che non siamo in grado.
-CHITINA: zucchero di struttura presente in alcuni animali, che comportano la durezza dello scheletro sterno degli insetti e di altri artropodi.

I LIPIDI
I lipidi sono un gruppo di sostanze organiche molto diverse tra loro, ma che presentano due importanti caratteristiche comuni:
1) sono insolubili nei solventi polari come l’acqua, ed essendo più leggeri di essa tendono a disporsi in superficie; agitando una bottiglia contenente acqua e olio, si avrà un’emulsione cioè un temporaneo miscuglio di goccioline di olio in acqua.
2) Sono le molecole organiche che a parità di peso liberano la maggior quantità di energia.
Possono avere funzione strutturale, ma possono fungere anche da messaggeri chimici sia all’interno della cellula sia tra cellule diverse.

GRASSI E OLI
Le molecole di grasso, chiamate anche trigliceridi, sono costituite da:
- 3 molecole di acido grasso
- 1 molecola di glicerolo
La grande differenza tra i grassi, è la categoria cui appartengono cioè saturi o insaturi:
-SATURI=acidi grassi possiedono il numero massimo di atomi di idrogeno che potrebbero avere. Possiedono catene diritte per questo le varie molecole dei trigliceridi possono compattarsi in modo tale da riuscire a mantenersi allo stato solido anche a temperatura ambiente come per esempio il grasso della carne o il burro.
-INSATURI= acidi grassi che non possiedono il numero massimo di atomi di idrogeno che potrebbero avere. In corrispondenza dei legami covalenti doppi presentano dei ripiegamenti che rendono più complessa la disposizione compatta delle molecole pertanto tendono a essere liquidi a temperatura ambiente, come ad esempio l’olio d’oliva, l’olio di mais e l’olio d’arachidi.
N.B. La margarina pur essendo a base di oli vegetali ha una consistenza solida in quanto i suoi acidi grassi insaturi sono stati idrogenati, cioè sono stati saturati con un processo industriale con atomi di idrogeno.
Sarebbe più salutare limitare il consumo degli acidi saturi perché costituiscono una delle maggiori cause della sintesi del colesterolo.

FOSFOLIPIDI E LICOLIPIDI
Svolgono ruoli strutturali estremamente importanti soprattutto all’interno della cellula, perché, infatti, costituiscono la membrana cellulare.
Sono costituiti da una testa idrofila che è posta sempre a contatto con le sostanze acquose e delle code opposte alla testa che, essendo estremamente idrofobe non vengono a contatto con l’acqua.

CERE
Sono dei lipidi strutturali che offrono una particolare impermeabilità ricoprendo per esempio peli e piume.

COLESTEROLO E ALTRI STEROIDI
Il colesterolo appartiene al gruppo degli steroidi che viene raggruppato con gli altri lipidi perchè, anche se non si assomigliano strutturalmente, sono anch’essi insolubili.
La loro struttura è formata da quattro anelli carbonioso fusi tra loro.
Il colesterolo è sintetizzato nel fegato a partire da acidi grassi saturi ed è presente in alcuni cibi come la carne, il formaggio e il tuorlo d’uovo.
Le varie malattie:
ATEROSCLEROSI= malattia dovuta al depositarsi di colesterolo all’interno delle arterie che causa una produzione eccessiva di tessuto fibroso. Tutto ciò impedisce il regolare fluire del sangue. Le conseguenze all’ATEROSCLEROSI sono inizialmente l’ISCHEMIA, cioè un insufficiente apporto di sangue ai tessuti e agli organi, e successivamente l’INFARTO e l’ICTUS se sono coinvolti il cuore e il cervello.
Anche alcuni ormoni fanno parte degli steroidi come ad esempio:
-CORTISOLO
-ESTROGENI e TESTOSTERONE: ormoni sessuali.

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