Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia 2
A3 Le molecole biologiche 3
Il carbonio è l elemento di base delle biomolecole Una cellula batterica può contenere fino a 5000 tipi diversi di composti organici. 4
Il carbonio deve acquistare quattro elettroni per essere stabile Ciascun atomo di carbonio può formare un legame con altri quattro atomi. Il legame carbonio-carbonio è di tipo covalente ed è stabile, consente quindi la formazione di catene di carbonio molto lunghe e resistenti. 5
La grande varietà di biomolecole I gruppi funzionali sono combinazioni specifiche di atomi e conferiscono alle molecole proprietà caratteristiche. 6
Gli isomeri Le molecole organiche che hanno identica formula molecolare (sono cioè formate dallo stesso tipo e numero di atomi), ma che differiscono per il modo in cui i loro atomi (o gruppi funzionali) sono disposti sono dette isomeri. Nelle reazioni chimiche gli isomeri si comportano in modo diverso. 7
I carboidrati, i lipidi, le proteine e gli acidi nucleici sono delle molecole di grosse dimensioni (polimeri) formate da subunità molecolari unite tra loro. Le classi di macromolecole Categoria Esempio Monomero/i Carboidrati* Polisaccaride (amido) Monosaccaride (glucosio) Lipidi Grasso (olio) Glicerolo e acidi grassi Proteine* Polipeptide (albumina) Amminoacido Acidi nucleici* DNA, RNA Le macromolecole Nucleotide *Le macromolecole più grosse sono dei polimeri, costruiti unendo insieme un gran numero di subunità dello stesso tipo (monomeri), di solito con legami covalenti. 8
I polimeri Per la sintesi di un polimero, la cellula usa una reazione di condensazione, in cui viene liberata una molecola d acqua. La reazione avviene grazie all intervento degli enzimi, che mettono a contatto diretto i monomeri. 9
I polimeri La reazione opposta è la demolizione di un polimero. Durante questo processo, una molecola d acqua viene usata per rompere i legami tra i due monomeri. Il termine idrolisi significa infatti «spezzare con l acqua». 10
I carboidrati I carboidrati sono usati dagli organismi come fonti di energia immediata e come componenti strutturali. I carboidrati sono formati da carbonio (C), idrogeno (H) e ossigeno (O), con un rapporto di 1 : 2 : 1. I carboidrati semplici, o zuccheri, possono essere: monosaccaridi (una singola molecola di zucchero); disaccaridi (due monosaccaridi). 11
I monosaccaridi e i disaccaridi I carboidrati semplici forniscono energia a pronto rilascio. Il glucosio è un monosaccaride ed è la principale fonte di energia dei viventi; la sua formula molecolare è C6H12O6. 12
I monosaccaridi e i disaccaridi Il ribosio (C5H10O5) e il desossiribosio (C5H10O4) sono monosaccaridi importanti in quanto molecole costitutive degli acidi nucleici RNA e DNA. Il saccarosio è un importante disaccaride, si tratta infatti della forma in cui gli zuccheri sono trasportati nelle piante. E formato da due monosaccaridi (glucosio e fruttosio) che si uniscono grazie a una reazione di condensazione. Il lattosio è un disaccaride che si trova nel latte; esso deriva dall unione di una molecola di glucosio e una di galattosio (un isomero del glucosio). 13
I polisaccaridi I polisaccaridi sono i polimeri dei monosaccaridi. Sono carboidrati complessi con funzioni strutturali e di riserva. L amido è la forma in cui il glucosio è immagazzinato nelle piante; il glicogeno negli animali e nei funghi. La cellulosa è un polisaccaride con funzione strutturale contenuto nelle piante; la chitina in alcuni animali e funghi. 14
I lipidi forniscono energia e protezione I composti organici classificati come lipidi sono molto diversificati. La maggior parte dei lipidi è insolubile in acqua a causa delle catene di idrocarburi non polari. 15
I grassi e gli oli sono eccellenti molecole di riserva Gli acidi grassi possono essere: saturi non presentano doppi legami tra gli atomi di carbonio della catena idrocarburica; insaturi hanno invece uno o più doppi legami tra gli atomi di carbonio della catena. 16
I fosfolipidi sono componenti della membrana plasmatica Come i grassi, i fosfolipidi contengono glicerolo e tre gruppi ad esso legati. Nei fosfolipidi soltanto due di questi gruppi sono però degli acidi grassi, mentre il terzo gruppo è un fosfato polare. 17
Gli steroidi e le cere Gli steroidi possono avere la funzione di stabilizzare la membrana esterna delle cellule, oppure funzioni ormonali. Le cere formano uno strato protettivo che riduce la perdita di acqua; in molti animali servono a proteggere e mantenere in salute la pelle e il pelo. 18
Le proteine sono molecole versatili Le proteine svolgono molte funzioni di grande importanza, eccone alcune fondamentali per gli animali: sostegno in forma di cheratina (nei capelli e nelle unghie) e di collagene (nei legamenti e nei tendini); metabolismo gli enzimi catalizzano le reazioni; trasporto le proteine di trasporto della membrana plasmatica consentono l ingresso e l uscita di sostanze dalla cellula; difesa gli anticorpi distruggono gli agenti patogeni e prevengono le infezioni; regolazione alcuni ormoni, come l insulina, sono proteine di regolazione; movimento l actina e la miosina sono componenti dei tessuti muscolari. 19
Una proteina è un polimero formato da una sequenza di amminoacidi Gli amminoacidi sono essenzialmente composti da: un atomo di carbonio centrale; un gruppo amminico (-NH2); un gruppo carbossilico (-COOH); un gruppo R, che è variabile e rappresenta il resto della molecola. In tutto, le proteine dei viventi contengono una ventina di amminoacidi diversi, combinati in un enorme numero di sequenze possibili. 20
Le particolarità del gruppo R differenziano tra loro gli amminoacidi 21
I polipeptidi Un polipeptide è una catena di molti amminoacidi uniti da legami peptidici. Una proteina può contenere una o più catene polipeptidiche. 22
La forma di una proteina è correlata alla sua funzione 23
Gli acidi nucleici dirigono l attività cellulare Gli acidi nucleici DNA e RNA portano informazioni sotto forma di codici. Un acido nucleico è un polimero di nucleotidi. Un nucleotide è un complesso molecolare formato da: un fosfato l acido fosforico; uno zucchero pentoso; una base azotata guanina, adenina, citosina, timina o uracile. (a 5 atomi di C) 24
Il DNA (acido desossiribonucleico) Il DNA si trova all interno del nucleo e contiene l informazione genetica. Il DNA è un doppio filamento e ha una struttura a doppia elica. Lo zucchero pentoso del DNA è il desossiribosio. Le basi azotate presenti nel DNA sono la guanina, l adenina, la citosina e la timina. 25
L RNA (acido ribonucleico) L RNA convoglia le informazioni codificate nei geni dal DNA ai ribosomi per la sintesi proteica. I nucleotidi dell RNA sono allineati lungo un unico filamento. Lo zucchero pentoso dell RNA è il ribosio. Le basi azotate presenti nell RNA sono la guanina, l adenina, la citosina e l uracile. 26
L ATP è il trasportatore di energia delle cellule L ATP (adenosin-trifosfato) è un nucleotide composto da tre parti: la base adenina; lo zucchero pentoso ribosio; tre gruppi fosfato legati tra loro da legami covalenti. 27
L ATP è il trasportatore di energia delle cellule L ATP è una molecola ad alta energia: la rottura dei legami covalenti dei due gruppi fosfato più esterni da parte di un enzima (idrolisi) libera infatti molta energia. 28