Macromolecole

MACROMOLECOLE

Le macromolecole sono formate da unità che si ripetono e che sono legate fra loro da legami covalenti; queste sono dette monomeri e la macromolecola che ne risulta è detta polimero. Il processo di unione dei monomeri a formare il polimero va sotto il nome di polimerizzazione. Si parla di omopolimeri quando la macromolecola deriva dall'associazione di monomeri identici; si parla di eteropolimeri quando la macromolecola risulta formata dalla combinazione di due o più specie molecolari.

Due famiglie di macromolecole possono interagire tra loro creando macromolecole più complesse:

• proteoglicani = carboidrati + catene proteiche laterali.

Possono presentare un'elevata eterogeneità legata al differente contenuto in proteine, alle dimensioni molecolari, al numero e tipo di catene di glicosaminoglicani (GAG) per molecola. Alcuni proteoglicani possono formare nella cartilagine grossi aggregati legati non covalentemente attraverso il loro.

asseproteico a una singola catena di acido ialuronico attraverso una proteina di legame;

proteine + carboidrati = glicoproteine

Sono una componente essenziale delle membrane plasmatiche e del glicocalice (funzione di protezione in ambienti difficili);

la fibronectina è una glicoproteina della matrice extracellulare che promuove l'adesione cellulare;

la condronectina e la laminina sono glicoproteine della cartilagine e delle membrane basali che vengono utilizzate dalle cellule epiteliali in sostituzione o in associazione con la fibronectina per fissarsi al collagene;

lipidi + carboidrati = glicolipidi;

nucleotidi + proteine = nucleoproteine.

GLUCIDI (unità base = monosaccaridi)

I glucidi sono composti formati da carbonio, idrogeno e ossigeno (formula: Cx(H2O)y) e rappresentano la principale fonte di energia per le cellule vegetali e animali.

Si distinguono in monosaccaridi, oligosaccaridi e polisaccaridi.

Monosaccaridi

Comprendono i glucidi che non possono

essere idrolizzati in composti più semplici; sono cristallizzabili e solubili in acqua. Quelli di interesse biologico hanno da 3 a 7 atomi di carbonio; i più importanti sono ipentosi a 5 atomi di carbonio, come ribosio e dessosiribosio, e gli esosi a 6 atomi di carbonio come glucosio, galattosio e fruttosio. I monosaccaridi contengono un gruppo aldeidico o un chetonico. Per reazione intra-molecolare, i monosaccaridi con almeno 5 atomi di carbonio possono assumere una struttura ciclica conformazione di un ossidrile semiacetalico o semichetalico. La forma ciclica riveste una grande importanza strutturale in quanto l'anello che si forma individua un piano ciclico che suggerisce la simmetria della molecola; ciò permette la formazione di isomeri (molecole che presentano gli stessi atomi costituenti ma spazialmente disposti in modo differente) dell'ossidrile.

Oligosaccaridi e Polisaccaridi

Nei monosaccaridi ciclici l'ossidrile

semiacetalico o semichetalico può legarsi a diversi radicali. Nel caso in cui la reazione avvenga con un gruppo alcolico di un altro monosaccaride si costituisce un legame O-glucosidico che è alla base della formazione degli oligomeri e dei polimeri glucidici. L'unione di un numero via via crescente di unità monosaccaridiche, porta prima alla formazione di oligosaccaridi e poi di polisaccaridi.

Tra gli oligosaccaridi si possono trovare:

• Maltosio - deriva dall'idrolisi parziale di un polisaccaride, l'amido, che è presente in molti alimenti vegetali.
• Lattosio - è lo zucchero del latte ed è costituito da una molecola di galattosio con una di glucosio.
• Saccarosio - è lo zucchero delle barbabietole e della canna ed è uno dei principali glucidi della dieta; è un disaccaride formato dall'unione di glucosio e fruttosio.

Tra i polisaccaridi si distinguono:

• costituiti da identiche

unità monosaccaridiche

Omopolisaccaridi - formati da unità monosaccaridiche diverse tra loro

Eteropolisaccaridi

L'amido è costituito da due tipi di polisaccaridi, l'amilosio e l'amilopectina. Rappresenta una delle principali forme di deposito dei carboidrati nelle piante; mentre per le cellule degli organismi animali, è il glicogeno che costituisce la principale forma di accumulo dei glucidi. Il glicogeno, formato dalla polimerizzazione di un gran numero di molecole di glucosio, è il punto di partenza per molte vie metaboliche.

Tra i polisaccaridi strutturali, il più importante è la cellulosa; polisaccaride di sostegno e protezione, rappresenta il componente più importante della parete cellulare delle cellule vegetali.

LIPIDI (unità base = acidi grassi)

I lipidi sono composti organici caratterizzati da un'elevata solubilità nei solventi organici e dalla non solubilità in acqua.

Presentano due regioni distinte: la catena idrocarburica (porzione idrofoba) e il gruppo carbossilico (porzione idrofilica). I lipidi si distinguono in lipidi semplici e lipidi complessi. I lipidi semplici derivano principalmente dall'esterificazione di acidi grassi con alcoli di varia natura. Questa reazione produce diversi tipi di lipidi semplici: - Con alcoli superiori monovalenti si ottengono le cere. - Con il glicerolo si ottengono i gliceridi. - Con gli steroli si ottengono gli steroli. Gli esteri dei gliceridi costituiscono la classe principale dei lipidi semplici e si suddividono in monogliceridi, digliceridi e trigliceridi. I digliceridi e i trigliceridi sono detti semplici o misti a seconda che gli acidi grassi legati siano, rispettivamente, uguali o diversi tra loro. I trigliceridi costituiscono la forma principale di deposito di materiale energetico in molti organismi: la loro combustione produce più del doppio dell'energia liberata dagli zuccheri. Le miscele di trigliceridi...ottenute da vari organismi sono denominate oli, se liquide alla temperatura ambiente, se solide, invece, grassi. I lipidi semplici, avendo carattere idrofobico, tendono a depositarsi nel citoplasma; vengono usati dagli animali come isolanti termici per la loro scarsa capacità di condurre calore. I lipidi complessi sono caratterizzati dalla presenza di residui nettamente idrofili che attribuiscono a questi lipidi complessi un netto carattere anfipatico (presenza sia di zone polari che apolari), distinti in fosfolipidi e glicolipidi (residuo dell'acido fosforico) (residui di mono e oligosaccaridi). In base alla struttura della parte idrofobica, i lipidi complessi vengono anche distinti in fosfogliceridi e in sfingolipidi. Fosfolipidi I fosfolipidi presentano due code idrofobe e una testa idrofila legata (costituite da due molecole di acidi grassi) attraverso una molecola di fosfato al terzo ossidrile del glicerolo. Si dispongono su un doppio foglietto in modo che le

Le code si trovino sempre nella porzione interna e le teste si trovino disposte (perché idrofobiche) nella porzione più esterna perché idrofiliche. I fosfolipidi possono formare strutture come le micelle (teste all'esterno e code all'interno) che veicolano un farmaco idrofobico nel sangue, riducendo gli effetti collaterali.

PROTEINE (unità base = aminoacidi)

I suoi monomeri costitutivi sono gli aminoacidi che sono soltanto 20 e tutti contengono gruppi carbossilici e amminici legati ad un singolo atomo di carbonio; l'enorme varietà delle strutture proteiche dipende dalle illimitate possibilità di combinare i 20 diversi amminoacidi. Gli aminoacidi sono raggruppati in base alle cariche:

• 9 sono non polari;
• 6 sono polari;
• 2 sono acidi;
• 3 sono basici.

GIORGIA ARCADI

Le proteine costituite esclusivamente da amminoacidi si chiamano semplici; mentre le proteine coniugate contengono, oltre a catene di amminoacidi che formano il loro gruppo proteico,

anche molecole di natura diversa che formano il gruppo prostetico della proteina. Per formare una catena proteica è necessario formare un legame peptidico che si crea tra il gruppo carbossilico di un amminoacido e il gruppo amminico del successivo con formazione di una molecola di acqua. Gli aminoacidi sono sostanze anfotere, cioè contengono almeno un gruppo funzionale acido (gruppo carbossilico) e uno basico (gruppo aminico). In soluzione acquosa gli aminoacidi possono essere in forma cationica, anionica o anfoionica. A pH molto bassi e molto alti predominano le forme cationiche e anioniche; a pH intermedi è predominante la forma anfoionica. Oltre agli aminoacidi, nelle cellule sono presenti aminoacidi liberi che formano il pool degli aminoacidi. La struttura delle proteine è definita "filo di perle" perché è un susseguirsi di aminoacidi. La sequenza degli aminoacidi nella catena polipeptidica è specifica perogni proteina; essa condiziona la configurazione spaziale e la forma globale della molecola. Consiste nella formazione di strutture secondarie, come eliche e foglietti, attraverso legami deboli. Le eliche sono caratterizzate dalla forma a spirale con i gruppi R sporgenti all'esterno, mentre i foglietti sono catene polipeptidiche con gruppi R rivolti verso l'interno. Questa conformazione è anche chiamata conformazione nativa della proteina. La struttura terziaria rappresenta la vera e propria struttura tridimensionale della proteina, determinata non solo dai legami a idrogeno tra i gruppi peptidici, ma anche da altri legami di varia natura tra i residui radicali degli aminoacidi e tra questi e il solvente. Questi legami sono in genere deboli, poiché sono presenti in grande numero, ma il loro contributo totale può essere anche più stabilizzante di

Un legame covalente. Tra questi tipi di interazioni le più frequenti sono legami di tipo ione-ione e ione-dipolo; legami dipolo-dipolo; interazioni non polari; forze di Van der Waals.

La ragione per cui la sostituzione di un singolo residuo aminoacidico può alterare completamente la funzione di una proteina o non avere alcun effetto, è dovuto al fatto che le interazioni deboli richiedono una localizzazione precisa dei gruppi che devono intervenire nella reazione. Ciò perché non importa tanto la natura chimica della sostituzione quanto il sito in cui questo avviene, potendo provocare o meno una modifica della struttura tridimensionale della macromolecola.

Struttura spaziale di alcune proteine che sono costituite da più catene.

STRUTTURA QUATERNARIA:

polipeptidi che si associano tra loro per formare una struttura proteica complessa.