Le biomolecole si trovano negli organismi viventi

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1 Le biomolecole si trovano negli organismi viventi I viventi sono formati per la maggior parte da acqua e molecole, chiamate biomolecole. Le biomolecole sono sostanze contenenti carbonio. I composti del carbonio sono detti organici (acqua e diossido di carbonio sono, invece, composti inorganici). I composti del carbonio sono così numerosi perché questo elemento: può formare quattro legami covalenti (singoli, doppi o tripli) con altri atomi di carbonio o atomi di elementi diversi; può formare lunghe catene carboniose. 1

2 I gruppi funzionali Alle catene carboniose si possono legare i gruppi funzionali, che conferiscono proprietà chimiche e fisiche specifiche al composto organico in cui sono inseriti. Alcune biomolecole contengono due o più gruppi funzionali. 2

3 Monomeri e polimeri nelle cellule I polimeri biologici (polisaccaridi, proteine, acidi nucleici) sono macromolecole formate da monomeri (tutti identici oppure diversi legati in un ordine ben preciso). Vengono costruiti mediante reazioni di condensazione che portano all eliminazione di molecole di acqua. 3

4 Monomeri e polimeri nelle cellule Vengono separati mediante reazioni di idrolisi che richiedono una molecola di acqua per rompere il legame. 4

5 I monosaccaridi I carboidrati sono composti organici costituiti da monomeri di zuccheri. I carboidrati più semplici sono i monosaccaridi, composti da una catena di 3-7 atomi di carbonio con due o più gruppi ossidrilici e un gruppo carbonilico. A seconda del numero di atomi di carbonio si distinguono triosi (3C), tetrosi (4C), pentosi (5C) ed esosi (6C). 5

6 I monosaccaridi 6

7 I disaccaridi Mediante reazione di condensazione si possono ottenere i disaccaridi, formati da due monosaccaridi uniti da un legame glicosidico. Saccarosio: glucosio+fruttosio Maltosio: glucosio+glucosio Lattosio: glucosio+galattosio 7

8 Gli oligosaccaridi e i polisaccaridi Gli oligosaccaridi sono costituiti da un numero limitato di monosaccaridi (fino a 10) e si trovano associati a proteine o lipidi. I polisaccaridi sono polimeri formati da lunghe catene di monosaccaridi. Svolgono due funzioni principali: di riserva, come l amido (prodotto dalle piante) e il glicogeno (sintetizzato nei muscoli e nel fegato degli animali) di sostegno e protezione, come la chitina (componente dell esoscheletro di alcuni animali e della parete cellulare dei funghi) e la cellulosa, che forma le pareti cellulari di alghe e piante. 8

9 I lipidi: trigliceridi I lipidi hanno struttura e funzioni molto varie, sono insolubili in acqua (idrofobici) e oleosi al tatto perché sono molecole apolari. ma tutti sono composti prevalentemente da carbonio e idrogeno. I trigliceridi contengono una molecola di glicerolo unita per condensazione a tre acidi grassi saturi (solo legami singoli C-C) o insaturi (uno o più legami doppi C=C). I grassi saturi sono lineari (trigliceridi saturi solidi a temp. ambiente). I grassi insaturi formano delle pieghe (trigliceridi insaturi liquidi a temp. ambiente). Sono ottime riserve energetiche a lungo termine e isolanti termici. 9

10 I lipidi: trigliceridi 10

11 I fosfolipidi I fosfolipidi fanno parte delle membrane cellulari. Hanno una «testa» idrofila che contiene un gruppo fosfato e due lunghe «code» idrofobiche. In acqua formano spontaneamente un doppio strato con le teste polari rivolte verso l acqua e le code a contatto tra loro. 11

12 Gli steroidi Il colesterolo è una molecola piccola, rigida e quasi piatta, formata da quattro strutture ad anello fuse insieme; si trova nelle membrane delle cellule animali. A partire dal colesterolo, le cellule producono gli steroidi, molecole con funzione regolatrice che comprendono gli ormoni sessuali (come gli estrogeni e il testosterone) e con funzione di comunicazione come i feromoni. 12

13 Le cere Le cere sono lipidi costituiti da un acido grasso legato a un alcol. Limitano la perdita di acqua in molti tipi di piante e animali. 13

14 Gli amminoacidi e le proteine /1 Anche funzione enzimatica e di deposito di nutrienti (es. ovoalbumina e caseina) Le proteine (termine proposto da J.J. Berzelius deriva da proteios «di primaria importanza») sono polimeri di amminoacidi. Svolgono molteplici funzioni e ognuna di esse ha una forma specifica indispensabile per il lavoro che deve svolgere. La cellula costruisce le proteine in base alle informazioni contenute nel DNA. 14

15 Gli amminoacidi e le proteine /2 Le proteine derivano dalla combinazione di 20 amminoacidi. Ciascuno di essi contiene: un atomo centrale di carbonio unito a un idrogeno; un gruppo carbossilico COOH; un gruppo amminico NH 2 ; una parte variabile R che definisce le proprietà della molecola. 15

16 La struttura delle proteine /1 Le catene peptidiche sono sequenze di amminoacidi che si uniscono mediante legami peptidici, ciascuno dei quali coinvolge un gruppo amminico e un gruppo carbossilico. Ogni catena polipeptidica ha una specifica sequenza lineare definita dal numero, dal tipo e dall ordine degli amminoacidi che contiene. 16

17 La struttura delle proteine /2 La struttura primaria di una proteina è la sequenza degli amminoacidi nella catena polipeptidica. La struttura secondaria (ad α elica o a foglietto β) è il ripiegamento dovuto ai legami a idrogeno tra le parti costanti degli amminoacidi. 17

18 La struttura delle proteine /3 La struttura terziaria (globulare o fibrosa) è la conformazione finale della molecola causata dalle interazioni tra i gruppi R. In alcuni casi si possono formare ponti disolfuro. Alcune proteine hanno una struttura quaternaria, cioè sono formate da più catene ripiegate. 18

19 La forma e la funzione delle proteine La configurazione, cioè la forma finale della proteina, dipende dalla struttura primaria ed è essenziale per la sua funzione. La denaturazione è la perdita della struttura secondaria e terziaria di una proteina, causata da calore, radiazioni, sostanze chimiche. Una proteina denaturata non funziona più. 19

20 Gli acidi nucleici: polimeri di nucleotidi DNA (presente nel nucleo delle cellule) e RNA (usato per convertire le informazioni scritte nel DNA) sono polimeri formati da nucleotidi. Un nucleotide contiene uno zucchero (desossiribosio o ribosio) unito a un gruppo fosfato e una base azotata che può essere adenina, citosina, guanina, timina (nel DNA) o uracile (nell RNA). 20

21 Basi azotate 21

22 Formazione del polinucleotide Avviene tramite reazioni di condensazione: lo zucchero di un monomero si lega al gruppo fosfato del successivo. Si costituisce così uno scheletro zucchero-fosfato. Le basi azotate sporgono dalla catena. 22

23 La struttura e le funzioni degli acidi nucleici Il DNA è formato da due filamenti di nucleotidi uniti da legami a idrogeno tra le basi azotate. I filamenti si avvolgono uno sull altro a formare una doppia elica. L RNA è formato da un singolo filamento. 23