Appunti di Biologia

Monosaccaridi e polisaccaridi

I monosaccaridi sono le unità base dei polisaccaridi. I monosaccaridi differiscono per:

• La presenza di un gruppo aldeidico o chetonico
• Il numero di atomi di carbonio

I polisaccaridi (zuccheri, amidi, cellulosa) sono carboidrati: C = "carbo" e H2O = "idrato". La formula di base di queste molecole è (CH₂O)_n.

Monosaccaridi

- Il ribosio è presente nella molecola di RNA (nel DNA è presente il deossiribosio)

- Il glucosio rappresenta la fonte principale di energia nelle cellule. Altri zuccheri semplici hanno da tre a sette atomi di carbonio; quelli a tre o cinque atomi di carbonio sono i più comuni. Gli zuccheri che presentano cinque o più atomi di carbonio possono assumere una struttura ciclica acquistando una forma ad anello che rappresenta la forma predominante di queste molecole nella cellula. Gli zuccheri ciclici esistono in due forme alternative (dette α e β) che dipendono dalla configurazione del carbonio 1.

Disaccaridi

• Il maltosio è costituito da 2 molecole di glucosio mediante legame Alfa 1-4 glicosidico
• Il lattosio è costituito da 1 molecola di galattosio e 1 molecola di glucosio mediante legame Beta 1-4 glicosidico al carbonio in posizione 4
• Il saccarosio è costituito da 1 molecola di fruttosio e 1 molecola di glucosio mediante legame di-glicosidico

Oligosaccaridi e polisaccaridi

Oligosaccaridi: Se il numero di monosaccaridi che si legano è ridotto.

Polisaccaridi: Se il numero di monosaccaridi che si legano è superiore a 100.

Polisaccaridi: amilosio e cellulosa

Glicogeno: costituito da unità di glucosio unite da legami Alfa 1-4 glicosidici.

Acidi nucleici: DNA e RNA

DNA e RNA sono polimeri di nucleotidi che sono costituiti da basi puriniche e pirimidiniche legate a zuccheri fosforilati.

Nucleotide

Formato da gruppo fosfato, zucchero a 5 atomi di carbonio (D-ribosio o D-desossiribosio), basi azotate.

Il DNA ed RNA sono costituiti da catene lineari di nucleotidi uniti da legame fosfodiesterico. Il DNA contiene le istruzioni per lo sviluppo degli organismi e ha una struttura a doppia elica con catene polinucleotidiche complementari e antiparallele.

(Premio Nobel Medicina 1962: James D. Watson, Francis H. Crick, M. Wilkins)

Il loro modello era principalmente basato su:

• Studi di diffrazione dei raggi X, ottenuti da Maurice Wilkins e Rosalind Franklin
• Studi di Erwin Chargaff che mostravano che il numero di G è sempre uguale al numero di C e il numero di A è sempre uguale al numero di T

Lipidi

Tre importanti ruoli:

1. Accumulano energia
2. Componenti delle membrane cellulari
3. Segnalazione cellulare

I lipidi più semplici sono gli acidi grassi, costituiti da lunghe catene idrocarburiche (a 16 o 18 atomi di C) che terminano con un gruppo carbossilico (COO-). Gli acidi grassi insaturi contengono uno o più doppi legami tra gli atomi di C (oleato); negli acidi grassi saturi (palmitato, stearato), tutti gli atomi di C sono legati al numero massimo di atomi di H. Le lunghe catene idrocarburiche degli acidi grassi contengono solo legami non polari C-H, che sono incapaci di interagire con l'H₂O (molecole idrofobiche).

Palmitato (C₁₆)

Accumulo di energia

Gli acidi grassi vengono conservati sotto forma di triacilgliceroli, o grassi (insolubili in H₂O; accumulo nel citoplasma sotto forma di goccioline di grasso). Quando necessario, sono demoliti ed utilizzati nelle reazioni per produzione di energia. I grassi rappresentano una forma di accumulo di energia più efficiente rispetto ai carboidrati, dando luogo a più del doppio di energia per unità di peso di materiale demolito.

Componenti delle membrane cellulari

I fosfolipidi, i principali costituenti delle membrane cellulari, consistono di due acidi grassi legati ad una testa polare. Questa proprietà dei fosfolipidi sta alla base delle formazione delle membrane biologiche.

Fosfogliceridi: 2 acidi grassi + 1 glicerolo + 1 gruppo fosfato + piccola molecola polare (colina, serina, inositolo, etanolamina). La sfingomielina è un fosfolipide derivato dalla sfingosina. Il ceramide e la sfingomielina sono derivati dalla sfingosina e pertanto sono sfingolipidi. Oltre ai fosfolipidi, la maggior parte delle membrane cellulari contiene glicolipidi e colesterolo. Il colesterolo è costituito da 4 anelli idrocarburici e non da catene idrocarburiche. Gli anelli idrocarburici sono fortemente idrofobici ma il gruppo ossidrilico (OH) legato ad una estremità del colesterolo è debolmente idrofilico cosicché anche il colesterolo è anfipatico.

Segnalazione cellulare

Come molecole messaggere, i lipidi convogliano segnali dai recettori della superficie cellulare ai bersagli endocellulari regolando così una vasta gamma di processi cellulari tra cui la proliferazione cellulare, il movimento, la sopravvivenza ed il differenziamento. Gli ormoni steroidei sono derivati del colesterolo. Questi ormoni rappresentano un peculiare gruppo di messaggeri chimici, tutti costituiti da 4 anelli idrocarburici a cui sono legati differenti gruppi funzionali.

Nota bene

Macromolecole = polimeri formati da unità ripetute di sostanze semplici che prendono il nome di monomeri.

Proteine = polimeri di aminoacidi - Legame peptidico

Acidi nucleici = polimeri di nucleotidi - Legame fosfodiesterico

Polisaccaridi = polimeri di monosaccaridi - Legame glicosidico

I lipidi non sono macromolecole perché non sono divisibili in maniera simmetrica in parti uguali.

Le basi dell'organizzazione biologica

La Terra nei primi miliardi della sua esistenza era un posto violento con eruzioni vulcaniche, lampi e piogge torrenziali. L'atmosfera conteneva poco o niente ossigeno libero e consisteva principalmente di CO₂ e di N₂ oltre a piccole quantità di gas quali H₂, H₂S (acido solfidrico), e CO.

Esperimento di Stanley Miller

Dimostra la formazione spontanea di amminoacidi nelle condizioni presenti sulla Terra primordiale.

• Il passaggio successivo nell'evoluzione è stato la formazione di macromolecole.
• Si ritiene che la prima macromolecola sia stata l'RNA. (Negli anni '80 si è scoperto che l'RNA è in grado di catalizzare alcune reazioni chimiche, compresa la polimerizzazione di nucleotidi)
• Si presume che la prima cellula abbia avuto origine quando l'RNA in grado di autoreplicazione è venuto ad essere circondato da una membrana composta da fosfolipidi.
• L'altro passaggio critico è stato la comparsa dell'ossigeno atmosferico.

La teoria dell'evoluzione

Attraverso secoli le specie accumulano delle differenze: ne risulta che nuove specie si formano e le specie discendenti sono diverse da quelle ancestrali. "The Origin of Species" (pubblicato nel 1859). Il meccanismo di evoluzione è la selezione naturale. Gli organismi competono per sopravvivere e così gli organismi che hanno un vantaggio in un determinato ambiente sopravvivono, si riproducono trasmettendo le loro caratteristiche alla prole.

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