Riassunto esame Biologia cellulare, Prof. De Nisco Alessandro, libro consigliato Biologia sistematica vegetale , Zanichelli

LE BIOMACROMOLECOLE (lezione 1 03-03-2025)

Tutto nel nostro Universo è formato da uno o più elementi chimici in particolari combinazioni.Per

quello che riguarda l’ecosfera ,tutto è formato da una serie di elementi che sono presenti nella

nostra tavola periodica .Non sappiamo con precisione se all’esterno del nostro pianeta siano

presenti altri elementi.La materia vivenete è formata principalmente da 6 atomi che sono:

1.​ Carbonio

2.​ Ossigeno

3.​ Idrogeno

4.​ Fosforo

5.​ Zolfo

6.​ Azoto

Questi 6 elementi rappresentano il 99% il peso di tutta la materia vivente.Ogni elemento ha delle

specifiche caratteristiche ed è caratterizzato da determinate cariche,da particelle subatomiche che

gli danno delle dimensioni,dei pesi delle cariche elettriche peculiari.Queste sono peculiari al punto

tale che la loro presenza senza combinazione fa sì che gli elementi possano arrangiarsi in forme

molecolari. Questo è valido sia per la materia animata che quella inanimata.

La materia animata (quella vivente)è costituita da una delle molecole per eccellenza cioè l’acqua

(H20).L’acqua è una molecola molto semplice,ma allo stesso tempo nella sua semplicità permette

una serie di interazioni che garantiscono lo scopo della vita.Nel corso del tempo hanno garantito il

riarrangiamento degli altri atomi fino ad arrivare a passare da macromolecole a cellule primordiali

fino ai primi tentativi di organismi pluricellulari e ad arrivare ad organismi complessi.

L’acqua è importante perché è il mezzo attraverso il quale in cui in ogni situazione avvengono le

reazioni enzimatiche.

Le reazioni enzimatiche

Gli enzimi sono delle proteine particolari che hanno il ruolo di catalizzare le reazioni ,cioè di

velocizzare le reazioni.Hanno delle strutture particolari dove se due composti in un mezzo liquido

potrebbero incontrarsi casualmente e reagire ,grazie agli enzimi li prendono ,li mettono vicini e

molto banalmente fanno avvenire la reazione.

L’acqua nelle piante rappresenta circa il 90% del peso vivo,tutto il resto cioè il 10% che è formato

da tutti gli atomi (ossigeno,idrogeno,zolfo…) tutto il resto è definito peso secco. Quindi in generale

quando abbiamo la materia vivente possiamo parlare di peso totale,peso vivo e peso secco che

sarebbe il peso annetto dell’acqua .

Nelle cellule in particolare,l’acqua può trovarsi libera ,non legata ad altri composti o può trovarsi

combinata cioè legata e in quel caso è acqua che non è disponibile,questo avviene nei comparti

cellulari ma avviene anche nel suolo.

Altri componenti essenziali per la materia vivente sono i sali inorganici.

I SALI INORGANICI

Possono essere distinti in base alla loro carica elettrica. I positivi sono detti cationi ,i negativi sono

detti anioni.Per i positivi abbiamo il Sodio,il calcio ,il potassio e il magnesio e per quanto riguarda

gli anioni abbiamo cloro,solfato,carbonato,fosfato e nitrato.Tutti questi ioni sono molto importanti

per la composizione delle biomacromolecole.

Troveremo delle combinazioni particolari di carbonio,idrogeno e ossigeno che sono sulla base di

tutto alla quale si vanno a legare alcuni gruppi particolari come il gruppo fosfato,il gruppo solfato.

Non sono solo questi i componenti della vita ma abbiamo anche altri tipi di metalli che in basse

quantità sono contenuti negli organismi viventi ma possono essere anche tossici in elevate

quantità ad esempio i metalli pesanti ,sono metalli dispersi nell’ambiente che ci circonda e

possono essere assorbiti attraverso l’alimentazione,attraverso il contatto,la respirazione.Possono

essere assorbiti da noi e da tutti gli altri organismi e causare danni notevoli ,nonostante questo

fanno parte in microscopiche quantità del nostro organismo e rivestono ruoli indispensabili per le

attività cellulari.

Le molecole più complesse sono quelle che sono definite molecole organiche.Abbiamo tantissime

molecole organiche ma possiamo raggrupparle in 4 macro gruppi che sono:

1.​ Carboidrati

2.​ Acidi nucleici

3.​ Proteine

4.​ Lipidi

Sono dette molecole organiche perché sono molecole che contengono il carbonio.Il carbonio

quindi è la base della forma di vita del nostro pianeta.Essendo la base delle forma di vita è anche

la base di quelle che sono le molecole organiche.Il carbonio ha delle proprietà particolari che fa sì

che possa legarsi non solo altri atomi di carbonio ma ad altri atomi come sicuramente l’idrogeno e

l’ossigeno ma anche ad altri gruppi come i sali inorganici,ioni ,cationi ed anioni.

I CARBOIDRATI

I carboidrati vengono anche detti zuccheri o possono essere definiti anche glucidi.Sono formati da

carbonio,ossigeno e idrogeno e hanno delle formule specifiche ben codificate che si ripetono in

maniera consequenziale.

I carboidrati sono sicuramente le molecole organiche più abbondanti in natura perché sono quelli

che danno energia a tutti gli organismi.I carboidrati nella loro composizione hanno una serie di

legami :

carbonio-idrogeno-ossigeno

carbonio-carbonio

questi legami sono ad alta energia e sono legami stabili.Questo consente ai carboidrati di poter

essere utilizzati solo al momento del bisogno.Possono essere spostati tra le varie cellule o tra i

vari comparti cellulari o all’interno di un organismo e possono essere idrolizzati andando a

scindere i legami energetici.

Se è vero che funzione principale dei carboidrati è quella di riserva energetica abbiamo alcuni

carboidrati,molto più complessi che negli organismi vegetali rappresentano una componente

strutturale.

I carboidrati li dividiamo in 3 categorie,in base al numero di monomeri che li compongono.Le

molecole organiche sono quasi sempre dei polimeri ,ogni polimero è composto da più

monomeri.Un monomero è un tassello che si ripete in più copie nel polimero.

Abbiamo:

1.​ Monosaccaridi (composti da un unico monomero)

2.​ Disaccaridi (composti da due monomeri)

3.​ Polisaccaridi (composti da più monomeri)

MONOSACCARIDI

Li distinguiamo anche dal punto di vista nomenclaturale sulla base del numero di atomi di carbonio

che li compongono.

●​ 3 atomi di carbonio;triosi

●​ 5 atomi di carbonio;pentosi

●​ 6 atomi di carbonio;esosi

●​ 7 atomi di carbonio;eptosi

Il carbonio,l’idrogeno e l’ossigeno hanno uno schema sempre costante e la formula è CH2O.Per

un atomo di carbonio c'è un atomo di ossigeno e 2 di idrogeno,questo si può ripetere più volte.

Per quanto riguarda la struttura possiamo trovarli sia a catena aperta che ad anello.

Anello:gli atomi di carbonio si richiudono su loro stessi ,quindi formano una struttura molto più

stabile

Catena aperta:forma lineare e libera.

I monosaccaridi sono i monomeri dei disaccaridi e dei polisaccaridi.

DISACCARIDI ​

Come ci dice il nome sono composti da due monomeri quindi da due monosaccaridi che non

necessariamente devono essere lo stesso monosaccaride.

Il saccarosio ad esempio è composto da glucosio e fruttosio.

I due monomeri sono legati da un legame glicosidico.

Legame glicosidico:per creare un legame è necessario un intervento energetico che in questo

caso allontana una molecola d’acqua ,allontana un atomo di ossigeno e due atomi di idrogeno e fa

sì che le cariche residue su i due carbonio possono legarsi grazie all’ossigeno centrale.

Il legame glicosidico è solitamente un legame 1-4 cioè il primo atomo di carbonio è legato

all’atomo 4 del carbonio successivo.Il processo inverso del legame glicosidico viene detto

idrolisi,per spezzare il legame glicosidico se prima l’abbiamo tolta è necessaria una molecola

d’acqua e questo libera energia.

POLISACCARIDI

Abbiamo dei legami che possono essere o 1-4 o 1-6 nella formazione di diversi

polisaccaridi,abbiamo tendenzialmente un monomero che viene ripetuto n volte .I polisaccaridi

principali sono l’amido e la cellulosa.Per quanto riguarda l’amido ,è uno zucchero di riserva delle

piante in questo caso succede che abbiamo una lunghissima catena di glucosio che non è

ramificato ed è una struttura più stabile del glucosio e viene utilizzato dalle piante per conservare

in alcuni organi l’energia.

Tutto questo glucosio viene impacchettato in una forma ancora più stabile e viene stoccato in

specifici comparti cellulari definiti amiloplasti o tessuto amilifero cioè portatore di amido.

Per quanto riguarda la cellulosa è una catena molto più complicata rispetto quello che è l’amido

perché abbiamo molecole di glucosio concatenate l’una con l’altra ,queste molecole possono

essere in ogni caso da 300 a 3000 circa,sono strutture e fibre molto resistenti e non vengono mai

utilizzate per fini energetici.Proprio perché c’è questa struttura complessa ramificata,in questo

caso riesce a creare delle strutture cellulari ed extracellulari dal punto di vista tessutale che le

conferiscono una maggiore resistenza che rendono la molecola per eccellenza strutturale delle

piante.

*Questa molecola la ritroviamo nelle pareti cellulari.

I LIPIDI

I lipidi nelle macromolecole rappresentano delle eccezioni cioè non sono formati da monomeri ma

sono particolari .Sono formati tendenzialmente da idrogeno,ossigeno e carbonio più altri ioni

(cationi o anioni)che li caratterizzano in base alla loro funzione e alle loro specificità.

FUNZIONE DEI LIPIDI

●​ Deposito di energia:se gli zuccheri non dovessero bastare,i lipidi possono trattenere molta

più energia dei carboidrati.Questo perché i legami che formano le catene lipidiche sono più

complessi ,necessitano di più energia per essere sintetizzati di conseguenza danno più

energia quando vengono idrolizzati (quando vengono uccisi).Sono circa 3 volte più

energetici dei carboidrati.Questo però comporta che difficilmente i lipidi vengono idrolizzati

perché è più complesso ,quindi è difficile dimagrire piuttosto bruciamo le nostre riserve

energetiche di zuccheri che abbiamo nel sangue .

Tendenzialmente le molecole lipidiche possono essere anfipatiche ,cioè hanno un comportamento

elettrico polarizzato quindi hanno una testa che può essere polare ,carica elettricamente e una

coda che invece è apolare questo gli dà una serie di caratteristiche:

●​ la testa può essere idrofilica (ama l’acqua) mentre la coda può è idrofobica (teme

l’acqua).Di conseguenza si orientano nello spazio liquido in una specifica conformazione in

base a quelli che sono i lipidi che andiamo a guardare.

I lipidi nelle piante li ritroviamo,visto che sono una riserva energetica molto importante ,in alcune

specie li ritroviamo nei semi e nei frutti .Quando abbiamo bisogno di grassi vegetali andiamo a

prendere specificamente dei semi che contengono al loro interno degli oli o dei grassi che sono di

origine vegetale .

ES:l’olio d’oliva deriva dal frutto.

I TRIGLICERIDI (particolare catena lipidica)

I trigliceridi hanno tre code di acido grasso,che può cambiare a seconda del tipo di trigliceride

dopodiché queste tre code sono legate a quella che è una molecola di glicerolo .In questo caso i

trigliceridi sono particolari perchè non contengono porzioni idrofile,sono tutti idrofobi perché il

glicerolo non è polare di conseguenza quando li mettiamo in un ambiente acquoso questi tendono

a raggrupparsi tra di loro per sfuggire all’acqua.​

Gli acidi grassi che compongono questo trigliceride sono:

1.​ acido palmitico

2.​ acido linolenico

3.​ acido oleico

Possiamo notare che che la cosa che cambia in questi acidi sono le catene ,quello che cambia

nelle catene sono i doppi legami.Quindi abbiamo delle catene che non hanno doppi legami e delle

catene che invece hanno 1 o 2 doppi legami tra gli atomi di carbonio .

Possiamo distinguere gli acidi grassi in:

1.​ saturi:non contengono doppi legami o ne contengono pochi

2.​ insaturi:contengono molti doppi legami

L’insaturazione dell’acido grasso determina una curva nella catena carboniosa,questo fa sì che la

sostanza di cui è composto l’acido grasso può essere a temperatura ambiente,liquido o solido.

es:il burro è carico di acidi grassi saturi quindi a temperatura ambiente tende ad essere

compatto,invece l’olio che contiene molti acidi grassi insaturi tende ad essere liquido proprio

perché non riesce a compattarsi.

I FOSFOLIPIDI

Quando parliamo dei fosfolipidi non parliamo di tre code di acidi grassi ma ne abbiamo soltanto

due e tutta la parte superiore,che è sempre legata da un glicerolo è anche accompagnata da un

gruppo fosfato.Il gruppo fosfato è un catione quindi è carico elettricamente,quindi essendo carico

elettricamente rende la molecola anfipatica quindi abbiamo una testa polare e le code

apolari.Avremo quindi la testa che è idrofilica e invece le code che restano idrofobiche ,questo

comporta che i fosfolipidi messi in un ambiente acquoso tendono a formare delle strutture peculiari

che possono essere le vescicole ,le micelle o il doppio strato fosfolipidico.

Il doppio strato fosfolipidico si trova in soluzione acquosa ,le code si appaiano tra di loro in modo

tale da non essere in contatto con l’acqua ,le teste invece vengono esposte all’acqua che si

trovano sia all’interno che all’esterno della cellula .Tutte le membrane cellulari sono formate da un

doppio strato fosfolipidico .

Le piante hanno anche altri tipi di lipidi che non sono parti delle strutture cellulari o meglio non

fanno parte delle membrane cellulari, non fanno parte di tutti quei lipidi di riserva e li possiamo

categorizzare come:

●​ Cutina

●​ Suberina

●​ Pruina

●​ Cere

Cucina,Suberina e Pruina così come le cere sono tutti termini che utilizziamo per semplificare dei

composti molto complicati.

Tutti questi grassi servono a impermeabilizzante le superfici.Le piante hanno un problema non

potendosi muovere ,sono formate dal 90% di acqua e che quest'acqua è necessaria a loro

,necessaria per molti motivi:

●​ Per mantenersi dritte (mantenere l'acqua al loro interno quindi impedire all'acqua di

evaporare in maniera incontrollata ).

Per fare questo però, visto che le piante non possono muoversi ,non hanno un apparato

respiratorio ,le forze evolutive hanno fatto sì che le piante sviluppassero tutta questa serie di

composti grassi che ricoprono tutte quante le parti verdi delle piante anche se noi non le

percepiamo ad occhio nudo .

Nella prima immagine vediamo la superficie di una foglia di una specie Ailanthus altissima ,è una

pianta infestante .

L'altra immagine invece è una foto di uno stoma che è una struttura delle foglie che serve a

Musa (es:la banana è una musa).

regolare gli scambi gassosi di una specie di genere

Sia nella prima immagine che nella seconda quello che vediamo ,cioè tutte queste creste

particolari, queste geometrie particolari, sia questi riccioli in questo caso sono tutte cere cuticolari

,quindi cere che si trovano sulla superficie delle foglie degli organi vegetali per impedire la

disidratazione.

AMMINOACIDI E PROTEINE

Esistono migliaia di diverse proteine con funzioni fondamentali che nessun altro tipo di molecola

proteine svolgere.

Nella cellula:

1.​ Catalizzano migliaia di differenti reazioni chimiche

2.​ Permettono il passaggio selettivo di molecole attraverso la membrana

3.​ Trasportano specifiche molecole sia nelle cellule che nei fluidi esterni

4.​ Attaccano selettivamente gli agenti esterni

5.​ Regolano lo sviluppo o il funzionamento dell'intera cellula

6.​ Hanno funzione strutturale sia all'interno della cellula(citoscheletro) che all'esterno

7.​ Fungono da messaggeri chimici

Anche gli ormoni sono considerati delle proteine ,quindi sono dei messaggeri chimici che hanno la

funzione funzione mandare dei messaggi all'interno dell'organismo,messaggi che vengono recepiti

da specifici recettori .

Ciascuna proteina è un polimero, polimero che può essere composto da un numero variabile di

monomeri che in questo caso prendono nome di amminoacidi. A differenza delle altre

macromolecole nelle quali avevamo un numero più ristretto di monomeri in questo caso abbiamo

20 diversi monomeri che in base al loro numero ,in base alla loro combinazione possono definire

una proteina diversa.

Gli aminoacidi sono codificati da una serie di tripletta nel codice genetico ,tripletta che in base a

come vengono lette dal RNA possono essere tradotte nella posizione di uno specifico

amminoacido nella sintesi proteica.

Come è fatto un amminoacido?

Un amminoacido ha sempre un carbonio centrale legato ad un idrogeno, al quale abbiamo un

gruppo amminico e un gruppo carbossilico .Quell'oggetto cambia nsll'amminoacido è il gruppo

residuo o gruppo R → ci sono 20 gruppi R diversi che caratterizzano i 20 amminoacidi diversi .

Le proteine vanno a strutturarsi grazie a quello che definiamo legame peptidico. Un legame

peptidico è semplicemente un legame covalente che si va a generare fra gruppo carbossilico di un

amminoacido e il gruppo amminico di un amminoacido successivo.La creazione di questo legame

determina la perdita di una molecola d'acqua .

Gli amminoacidi sono 20 e possono essere classificati in base a quello che è il gruppo R è a

quelle che sono le caratteristiche del gruppo R quindi possono essere carichi o elettricamente

neutri,possono avere carica positiva o negativa,possono essere idrofobici o polari e soprattutto

quello che cambia è anche l'ingombro storico quindi la forma e le dimensioni dell'amminoacido

stesso sulla base di quello che è il gruppo R.Queste differenze fanno si che la proteina risultante

possa avere una varietà di forme infinite e la forma è sempre vincolata alla funzione.

Delle protein