La chimica della vita: i composti organici. CARBOIDRATI LIPIDI PROTEINE ACIDI NUCLEICI (DNA, RNA)

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1 La chimica della vita: i composti organici. CARBOIDRATI LIPIDI PROTEINE ACIDI NUCLEICI (DNA, RNA)

2 POLIMERI Le cellule sintetizzano un enorme numero di grosse molecole a partire da una ristretta serie di molecole più piccole Le quattro classi principali di molecole biologiche sono: carboidrati, lipidi, proteine e acidi nucleici. Molte di queste molecole hanno dimensioni enormi (dal punto di vista molecolare) e, per questo, sono definite macromolecole.

3 POLIMERI (CONDENSAZIONE) Le cellule costruiscono la maggior parte delle loro molecole più grandi unendo molecole organiche più piccole in catene chiamate polimeri. Le cellule legano tra loro i monomeri per formare i polimeri mediante un processo chimico detto condensazione. H OH H OH Breve polimero Monomero isolato Condensazione H 2 O H OH Polimero più lungo

4 POLIMERI (IDROLISI) I polimeri sono spezzati in monomeri attraverso la reazione di idrolisi. L idrolisi è il processo opposto alla condensazione. H 2 O H OH Idrolisi H OH H OH

5 POLIMERI

6 CARBOIDRATI Caratteristiche: Sono composti chimici costituiti da carbonio, idrogeno e ossigeno. Sono molto abbondanti in natura. Hanno sapore dolce. Funzioni: Strutturale: costituiscono strutture essenziali per gli organismi viventi (funzione di sostegno, soprattutto nei vegetali cellulosa) Energetica: forniscono energia per svolgere tutte le funzioni dell'organismo Protezione: costituiscono l esoscheletro degli invertebrati (chitina) Organismi autotrofi (Es. piante): sintetizzano zuccheri (glucosio) a partire da componenti inorganici quali acqua e CO 2 mediante il processo di fotosintesi clorofilliana. Organismi eterotrofi (Es. animali): soddisfano il fabbisogno energetico nutrendosi di alimenti che contengono zuccheri. Ecco alcuni esempi: frutta e miele -> fruttosio; glucosio barbabietola da zucchero, zucchero di canna -> saccarosio latte e latticini -> lattosio cereali (pane, pasta, riso), tuberi (patate) e legumi -> amido carne e pesce -> glicogeno

7 Monosaccaridi (formati da 1 molecola di zucchero) 5C 6C CARBOIDRATI Ribosio Desossiribosio Componenti degli acidi nucleici Glucosio principale fonte di energia Fruttosio si trova nella frutta Galattosio Disaccaridi (formati da 2 molecole di zucchero) Polisaccaridi (formati da più di 20 molecole di glucosio) Glucosio + fruttosio Saccarosio (comune zucchero da cucina) Glucosio + glucosio Maltosio (deriva da digestione dell amido) Glucosio + galattosio Lattosio (in latte e latticini) Amido riserva energetica nei vegetali (cereali, tuberi, legumi) si accumula in amiloplasti nella cellula vegetale si trova nei semi e nelle radici Glicogeno riserva energetica negli animali si accumula in muscoli e fegato Cellulosa funzione di sostegno nei vegetali si trova nella parete cellulare delle cellule vegetali può essere digerita solo dagli erbivori è il composto organico più abbondante sulla Terra

8 CARBOIDRATI struttura a sedia Gruppo Aldeico C6H12O6 struttura lineare

9 IL GLUCOSIO

10 Come si formano i disaccaridi? Glucosio OH HO Fruttosio Reazione di condensazione O Glucosio OH HO Glucosio H 2 O Reazione di condensazione H 2 O Saccarosio O Maltosio Glucosio OH HO Galattosio Reazione di condensazione H 2 O O Lattosio

11 IDROLISI DI UN DISACCARIDE

12 I polisaccaridi di interesse biologico L amido e il glicogeno immagazzinano zuccheri di riserva La cellulosa si trova nelle pareti delle cellule vegetali Granuli di amido in cellule di tubero di patata Ramificazione Amido legame 1-6 glicos. Monomeri di glucosio Granuli di glicogeno nel tessuto muscolare Glicogeno Fibre di cellulosa nella parete di una cellula vegetale Cellulosa Molecole di cellulosa

13 PROTEINE Caratteristiche: sono catene (polimeri) di amminoacidi sono il più abbondante materiale biologico negli organismi animali sono essenziali per la struttura e le funzioni degli esseri viventi Le informazioni per la costruzione delle proteine sono contenute nei geni, cioè nelle sequenze di DNA Funzioni: Strutturale Es. tubulina e actina sono proteine del citoscheletro cheratina forma i capelli collagene componente di pelle, tendini, legamenti proteine della seta ragnatela Contrazione Es. actina e miosina contrazione muscolare Riserva ovalbumina, nell uovo, ha funzione di riserva per l embrione Recettoriale recepiscono i segnali inviati dalle cellule Enzimatica Es. enzimi digestivi facilitano la digestione degli alimenti Trasporto Es. emoglobina trasporta ossigeno ed anidride carbonica nei globuli rossi del sangue Segnale di comunicazione tra le cellule ormoni, fattori di crescita Difesa immunitaria Es. anticorpi combattono le infezioni

14 Gli amminoacidi sono le subunità che costituiscono le proteine R Le proteine sono costituite da 20 aminoacidi diversi, caratterizzate da diversi gruppi R.

15

16 IL LEGAME PEPTIDICO Amminoacido 1 Amminoacido 2 COOH CH3 C H H N - H O=C - OH CH3 C H H2O CH3 CH3 COOH C H N - O=C - C H H Legame peptidico NH2 NH2 Dipeptide Il legame peptidico si forma tra reazione di un gruppo carbossilico con un gruppo amminico di due amminoacidi diversi, con la formazione di una molecola di acqua.

17 La struttura delle proteine Struttura primaria: sequenza di amminoacidi che forma una catena polipeptidica. Struttura secondaria: catena polipetidica si ripiega a formare struttura ad α-elica o struttura a foglietti β. Struttura terziaria: catena polipetidica può essere lineare (proteina fibrosa) o avvolgersi su se stessa assumendo una forma quasi sferica (proteina globulare) Struttura quaternaria Struttura quaternaria: associazione di più catene polipetidiche. Es. emoglobina (proteina presente nei globuli rossi, con funzione di trasporto dell ossigeno nel sangue)

18 La struttura terziaria dipende dalle interazioni dei gruppi laterali.

19 La struttura quaternaria deriva dalle interazioni tra i polipeptidi. 574 aminoacidi organizzati in 4 catene polipeptidiche, 2 α e 2 β

20 Le informazioni per la sintesi delle proteine sono contenute nel DNA DNA trascrizione in mrna traslocazione del mrna nel citoplasma traduzione nei ribosomi presenti nel reticolo endoplasmatico rugoso Sintesi delle proteine 20

21 Funzioni delle proteine di membrana Adesione Enzimi che catalizzano reazioni Ancoraggio alla matrice extracellulare Ruolo di riconoscimento cellulare Passaggio selettivo di ioni e molecole Trasporto di soluti con apporto di energia Legame a molecole segnale e trasduzione del segnale

22 ACIDI NUCLEICI (DNA ed RNA) Gli acidi nucleici trasmettono il patrimonio genetico e determinano la sintesi proteica, quindi la struttura e le funzioni cellulari. DNA: acido desossiribonucleico RNA: acido ribonucleico

23 ZUCCHERO: Ribosio (RNA) e Deossiribosio (DNA) BASI AZOTATE: A, G, T, C sono presenti nel DNA A, G, U, C sono presenti nel RNA Adenina A Guanina G Purine Uracile U Timina T Citosina C Pirimidine U

24 Subunità nucleotidiche del DNA NUCLEOTIDE= Zucchero + Base azotata + Gruppo fosfato. Pirimidine Purine

25 L ATP L adenosintrifosfato (ATP) è formato da una molecola di adenina, da una di ribosio e da tre gruppi fosfato. L idrolisi dell ATP libera energia: è un meccanismo che permette alle cellule di spendere piccole quantità di energia, quando necessario.

26 Alcuni nucleotidi svolgono un ruolo importante nei trasferimenti di energia

27 Il NAD + funziona da accettori di 2 elettroni e di un protone che vengono sottratti dal substrato da specifici enzimi detti deidrogenasi piridiniche. L ossidazione del substrato porta alla formazione del coenzima ridotto (NADH). La reversibilità della reazione catalizzata dalle deidrogenasi permette all enzima di ossidare o ridurre il substrato a seconda delle richieste metaboliche NAD + NADH + H + non è legato all enzima, funziona da co-substrato OSSIDA: alcol aldeide/chetone aldeide acido

28 NAD + è prevalentemente usato nelle vie cataboliche ossidative: - Glicolisi - Ciclo di Krebs - β-ossidazione degli acidi grassi In tali reazioni il NAD + si riduce a NADH, che si riossida a NAD + cedendo elettroni alla catena respiratoria mitocondriale

29 DNA: Legami idrogeno tra le basi

30 Il DNA è costituito da due catene polinucleotidiche avvolte a formare una doppia elica Distanza tra le coppie di basi Un giro d elica d = 10 coppie di basi Diametro dell elica elica

31 Nel 1953 Watson e Crick proposero per il DNA una struttura a doppia elica con filamenti antiparalleli e con le basi attaccate da legami idrogeno. Il loro modello è in accordo con tutte le funzioni attribuite alla molecola: informazione genica, mutazione e replicazione. Come detto oltre al DNA, abbiamo un altro acido nucleico che è l RNA, questo si presenta in tre forme diverse definite: mrna messaggero; trna di trasporto; rrna ribosomiale

32 Organizzazione del DNA in CROMOSOMI

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