Un atomo di carbonio, avendo quattro elettroni nel suo guscio elettronico più esterno, tende a formare quattro legami covalenti: il metano, che è un gas naturale, ne è un esempio. Ancora più importante, relativamente alla funzione biologica del carbonio, è il fatto che i suoi atomi possano formare legami tra loro. In generale, la forma complessiva di una molecola organica dipende dalla disposizione degli atomi di carbonio che formano lo scheletro della molecola, detto scheletro carbonioso. La forma della molecola, a sua volta, determina molte proprietà e funzioni all'interno dei sistemi viventi.
Le molecole presenti negli organismi viventi possono essere rappresentate sotto forma di formule grezze oppure mediante le formule di struttura: le prime specificano il numero di atomi di ogni elemento chimico che è presente nella molecola, mentre le seconde evidenziano in che modo tali atomi sono legati tra loro.
A volte può capitare che due sostanze siano costituite da molecole con la stessa formula grezza, ma diversa formula di struttura; in questo caso, le sostanze sono dette isomeri. Un esempio di isomeria è dato dalle molecole del glucosio e del fruttosio.

Quando le molecole di glucosio e di fruttosio vengono messe in acqua, tendono a ripiegarsi secondo configurazioni ad anello; le rappresentazioni di queste strutture, dette formule cicliche, sono fatte da un poligono i cui vertici, se non riportano il simbolo di nessun elemento chimico, sottointendono la presenza di atomi di carbonio.
Le molecole sfruttate da organismi viventi sono generalmente piuttosto voluminose e complesse in quanto costituite da migliaia di atomi. Questa apparente complessità nasconde, però, una struttura relativamente semplice dato che le molecole più grandi sono formate dall'unione di un numero anche molto elevato di subunità, simili o identiche tra loro, chiamate monomeri.

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