Le biomolecole: fondamenta della vita e diversità funzionale

Le biomolecole sono delle molecole organiche e sono la materia prima di cui sono costituiti tutti gli organismi viventi poiché sono fondamentali per svolgere i vari processi vitali.

Composizione degli organismi viventi

Un organismo vivente è formato dal 50% al 95% di acqua, 1% di piccoli ioni (sodio, potassio ecc.), e la parte restante è costituita da biomolecole.
Le biomolecole sono suddivisibili in quattro classe:

- carboidrati (C, H, O)

- lipidi (C, H, O e P mnei fosfolipidi)

- proteine (C, H, O, N, S)

- acidi nucleici (C, H, O, N, P)

Struttura delle sostanze organiche

Le sostanza organiche contengono molecole piuttosto grosse e complesse perché sono formate da migliaia di atomi.

Le molecole più grandi sono dette “polimeri” e sono appunto delle biomolecole grandi formate dall’unione di molecole più piccole dette “monomeri” mediante il legame chimico covalente.I monomeri si uniscono mediante reazioni di condensazione in cui viene rilasciata una molecola di acqua. Quando invece un polimero viene scisso in più monomeri si ha il fenomeno dell’idrolisi: quando si rompe un legame chimico per liberare un monomero si aggiunge una molecola d’acqua.

Carboidrati: zuccheri essenziali

I carboidrati, detti anche zuccheri o glucidi, sono i componenti essenziali di tutti gli organismi viventi ed è infatti la classe più abbondante delle biomolecole. I carboidrati si chiamano così perché sono composti da carbonio, idrogeno e ossigeno con formula generale Cn(H2O)n.
Esistono tre principali tipi di carboidrati che sono classificati a seconda del numero di monomeri che contengono:

1. Monosaccaridi (costituiti da una sola molecola-zuccheri più semplici):

-Glucosio: è molto importante per gli esseri umani perché è la più comune forma di zucchero che viene trasportata nel sangue per giungere a tutte le cellule;

-Fruttosio: zucchero presente nella frutta;

-Ribosio

2. Disaccaridi (dati dall’unione di due monosaccaridi)

-Saccarosio (zucchero da cucina): è lo zucchero presente nella linfa delle piante ed è dato dalla condensazione di una molecola di fruttosio e una di glucosio;

-Trealosio: è zucchero presente nel sangue degli insetti e dato dall’unione di due molecole di glucosio;

-Lattosio: è lo zucchero che si trova solo nel latte ed è costituito da glucosio e ga

3. Polisaccaridi (lunghe catene di monosaccaridi)

-Amido: è presente negli organismi vegetali ed è un polimero dell’α glucosio;

-Cellulosa: è presente nei vegetali ed è un polimero presente nel β glucosio. É molto importante per le pecore e altri erbivori, le termiti e gli scarafaggi perché possono usarla come fonte energetica grazie ai microrganismi che vivono nel loro tubo digerente. Noi umani, invece, non riusciamo a digerire la cellulosa tramite idrolisi e quindi viene eliminata con le feci. É necessario specificare che questo polimero è utile per gli uomini perché ripulisce le pareti intestinali.

-Glicogeno: è presente negli animali e nei funghi ed è un polimero dell’α glucosio che ha una catena ramificata rispetto all’amido

-Chitina: forma l’esoscheletro di alcuni insetti e si può trovare anche nei funghi

Lipidi: molecole energetiche

I lipidi sono molecole biologiche che non si sciolgono in acqua. Sono un gruppo di sostanze organiche molto diverse tra loro. Tuttavia presentano due importanti caratteristiche comuni:

1. siccome sono sostanze apolari, sono insolubili in acqua e tendono a stare in superficie;

2. sono le molecole organiche in grado di liberare la maggior quantità di energia.

A differenza di molte piante, gli animali hanno una limitata capacità di immagazzinare carboidrati , perciò nei vertebrati gli zuccheri in più vengono trasformati in lipidi, o meglio, in grassi.

Il grasso è molto importante anche nel corpo umano perché funge da cuscino per gli organi.

Alcune piante immagazzinano energia sotto forma di lipidi soprattutto nei semi e nei frutti.

Trigliceridi e fosfolipidi

Tra i lipidi più comuni vi sono i trigliceridi, che si formano per condensazione di 3 molecole di acidi grassi con una molecola di glicerolo o glicerina, ossia un alcol formato da tre atomi di carbonio che presenta 3 gruppi OH.

I trigliceridi possono essere di due tipi:

-grassi: sono solidi a temperatura ambiente e le catene dei trigliceridi grassi sono sature - rappresentano una sostanza di riserva per gli animali;

-oli: sono liquidi a temperatura ambiente e rappresentano una sostanza di riserva per i vegetali.

Struttura delle membrane cellulari

Le membrane cellulari sono costituite da fosfolipidi, che assomigliano ai trigliceridi e sono costituiti da catene di acidi grassi attaccate ad uno scheletro di glicerolo. Questa molecola è divisa in due parti: una viene chiamata testa, solubile in acqua perché il terzo atomo di carbonio del glicerolo non è occupato da un acido grasso ma da un gruppo fosfato; l’altra parte è chiamata coda ed è rappresentata da due acidi grassi insolubili in acqua.

Quando i fosfolipidi si trovano in acqua, si dispongono uno accanto all’altro con le teste rivolte verso l’acqua e le code dalla parte opposta.

I fosfolipidi possono formare doppi strati e si dispongono con le code orientate l’una contro l’altra e le teste rivolte verso l’esterno acquoso. Quando formano questa disposizione a doppio strato costituiscono le membrane cellulari, presenti in tutte le cellule.

Proteine: polimeri essenziali

Più del 50% degli esseri viventi è composto da proteine. Le proteine sono polimeri di molecole contenenti azoto e amminoacidi. Nei sistemi viventi per formare proteine vengono utilizzati venti tipi di amminoacidi differenti tra loro.

Due amminoacidi si legano tra loro mediante in legame peptidico, ossia una reazione di condensazione in cui un atomo di carbonio di una molecola si lega all’atomo di azoto di un altro amminoacido eliminando una molecola d’acqua. La molecola formata dall’unione di più amminoacidi è detta polipeptide.

Struttura delle proteine

Le proteine possono avere quattro livelli di organizzazione:

-struttura primaria: indica la sequenza lineare di amminoacidi ed è precisa per ogni proteina;

-struttura secondaria: indica in che modo si ripiega la catena nello spazio. Due comuni configurazioni sono quelle a elica e a foglio ripiegato: nella prima si creano dei legami di idrogeno all’interno della molecola, mentre la seconda è formata da tante caene parallele in cui si creano legami a idrogeno.

-struttura terziaria: è presente nelle proteine globulari ed è anche detta “struttura a gomitolo”, data da un ulteriore ripiegamento della struttura secondaria. Tra le proteine globulari più importanti ci sono gli anticorpi, che hanno funxione immunitaria contro le particelle infettive, e poi ci sono gli enzimi che sono dei velocizzatori di reazioni chimiche nelle cellule.

-struttura quaternaria: alcune proteine sono formate da più di una catena polipeptidica che a sua volta forma un gruppo non proteico. Un esempio di proteina che possiede questo tipo di struttura è l’emoglobina, presente nei globuli rossi, che ha la funzione di trasportare ossigeno. Essa è formata da quattro catene proteiche legate dal gruppo EME.

Funzioni delle proteine

Le principali funzioni delle proteine:

-Struttura

-Trasporto

-Enzimatica

-Difesa

-Ormonale
Gli acidi nucleici sono presenti in tutte le forme di vita sulla Terra e sono dei polimeri formati da lunghe catene di molecole chiamate nucleotidi.

Gli acidi nucleici sono il DNA e l’RNA. Il loro monomero è appunto il nucleotide, formato dall’unione di tre subunità: un gruppo fosfato, il ribosio a cinque atomi di carbonio con una base azotata (composti carboniosi ciclici contenenti azoto).

Nei nucleotidi del DNA abbiamo le seguenti basi azotate:

-adenina

-timina

-citosina

-guanina

Le basi azotate dell’RNA sono:

-Adenina

-uracile

-citosina

-guanina