Appunti Biologia generale

APPUNTI DI BIOLOGIA GENERALE

La CHIMICA ORGANICA studia le caratteristiche e il comportamento dei composti contenenti carbonio mentre la BIOCHIMICA studia i composti organici che formano gli esseri viventi. Le molecole che formano gli esseri viventi si chiamano MOLECOLE BIOLOGICHE o MACROMOLECOLE BIOLOGICHE e sono essenzialmente i CARBOIDRATI, i LIPIDI, LE PROTEINE, gli ACIDI NUCLEICI. (Queste molecole sono dei POLIMERI: cioè molecole formate da lunghe catene date dall'unione di tante parti più piccole e spesso uguali tra loro, chiamate MONOMERI). Le macromolecole biologiche più importanti sono: - i polisaccaridi che appartengono ai carboidrati/glucidi (come l'amido e la cellulosa); - le proteine che appartengono ai protidi; - il DNA e gli RNA che costituiscono gli acidi nucleici; - i lipidi complessi. Ogni macromolecola assolve ad una funzione (deposito energia, supporto strutturale, protezione, regolazione, movimento, ecc.).I tessuti viventi sono costituiti per il 70% di acqua ed il rimanente quasi esclusivamente dalle macromolecole biologiche più o meno nella stessa proporzione. CBD a. I CARBOIDRATI (ZUCCHERI SEMPLICI E COMPLESSI) Presenti in pasta, riso, pane e patate i CBD forniscono energia subito utilizzabile (Infatti i muscoli per contrarsi, prendono energia dalla combustione dei carboidrati che nel nostro organismo "bruciano" grazie all'ossigeno). Inoltre forniscono degli scheletri di carbonio fondamentali per la struttura delle molecole. I CBD sono anche chiamati GLUCIDI o SACCARIDI e sono formati da carbonio, idrogeno e ossigeno. Le tipologie di CBD sono 4: - MONOSACCARIDE (es. glucosio, fruttosio) sono i CBD di maggiori dimensioni. Il glucosio è presente in tutte le cellule ed è usato come fonte di energia tramite alcune reazioni chimiche che liberano acqua e biossido di carbonio. - DISACCARIDE, dall'unione di due monosaccaridi (es. saccarosio,

DISACCARIDE: maltosio (composto da due atomi di glucosio) dall'unione di alcuni decine di monosaccaridi

OLIGASACCARIDE: dall'unione di centinaia o migliaia di monosaccaridi

POLISACCARIDE: (legame glicosidico) di centinaia o migliaia di monosaccaridi

Amido: lega bene con l'acqua

Glicogeno: fornisce riserve energetiche a breve termine per animali (si accumula in fegato e muscoli) e piante.

Cellulosa: costituente principale della parete delle cellule vegetali, difficilmente degradabile. Solo gli ERBIVORI (animali che si nutrono solo di vegetali) possono ricavare energia dalla cellulosa, perché nel loro corpo vivono dei batteri particolari in grado di svolgere questa importante funzione.

b. LE PROTEINE

Le proteine sono indispensabili alla crescita e si trovano soprattutto nei cibi di origine animale. Le proteine sono anche chiamate PROTIDI o PEPTIDI hanno prevalentemente una funzione PLASTICA: cioè rappresentano "i mattoni" necessari per accrescere l'organismo. Sono fondamentali nella

fase di crescita di un essere vivente, ma anche quando in seguito a un danno, ad una ferita l'organismo deve "riparare" le parti mancanti. Le proteine animali sono le più complete rispetto a quelle vegetali, infatti si dicono NOBILI o ad alto valore biologico.

Più nello specifico le funzioni biologiche espletate dalle proteine sono di:

• catalisi (enzimi);
• difesa (anticorpi);
• regolazione (ormoni);
• sostegno (muscoli, tendini);
• trasporto di altre molecole;
• emostasi (arresto dell'emorragia) del sangue.

Le proteine sono molecole complesse, cioè sono polimeri formati da molecole più semplici (monomeri) cioè gli AMMINOACIDI. Gli elementi chimici che le formano sono: il CARBONIO, l'IDROGENO, l'AZOTO e l'OSSIGENO.

In generale le proteine sono formate da un numero elevato di atomi. Gli amminoacidi sono uniti tra loro per formare una proteina, attraverso un legame chimico chiamato LEGAME

PEPTIDICO (infatti una proteina si chiama anche POLIPEPTIDE quando è formata da una lunga catena di amminoacidi). In natura esistono solamente ventitipi di amminoacidi, ma una grandissima varietà di proteine. Questo è possibile perché nella formazione di una proteina è fondamentale l'ordine con cui si legano gli amminoacidi tra loro.

L'ORDINE CON CUI GLI AMMINOACIDI SI LEGANO TRA LORO È LA STRUTTURA PRIMARIA DI UNA PROTEINA E RENDE UNICA LA PROTEINA STESSA

Ogni amminoacido possiede un carbonio centrale detto α, al quale sono legati 4 gruppi diversi:

• un atomo di idrogeno
• un gruppo amminico (NH2)
• un gruppo carbossilico (-CCOH)
• una catena laterale detta gruppo R (determina la struttura tridimensionale e la funzione della proteina)

I 20 amminoacidi possono anche essere suddivisi in base alla natura chimica della loro catena ed in particolare:

• 5 AA con catena a carica elettrica che attraggono molecole d'acqua (idrofile)
• tutti gli altri amminoacidi con catena idrofoba che tendono a respingere l'acqua

Le proteine sono costituite da una sequenza di amminoacidi (AA). Esistono diversi tipi di amminoacidi che possono essere presenti in una proteina:

• 5 AA con carica positiva (idrofili)
• 5 AA con carica negativa (idrofili)
• 5 AA con carica opposta (idrofobi)
• 5 AA con catena polare che formano legami deboli a idrogeno con l'acqua
• 7 AA con carica apolare (idrofobi)
• 3 AA speciali come la CISTEINA, la PROLINA e la GLICINA (tutti idrofobi)

La struttura proteica generale è definita come primaria, mentre altri 3 livelli superiori donano alla proteina il suo aspetto finale. La struttura primaria è stabilizzata da legami covalenti, la secondaria è stabilizzata da legami a idrogeno ed esistono due tipi di strutture secondarie: l'alfa elica e il foglietto a pieghe.

Si definisce legame covalente quello che si realizza mediante la condivisione di una o più coppie (o doppietti) di elettroni da parte di due atomi, che in tal modo acquistano la configurazione elettronica esterna stabile (ottetto). Il legame covalente si distingue in: legame covalente puro, o omopolare, legame covalente polare, legame dativo. Il legame covalente puro, o omopolare si stabilisce tra atomi dello stesso elemento.

APPUNTI DI

BIOLOGIA GENERALE

La struttura secondaria Alfa-Elica è stabilizzata da legami ad idrogeno fra il gruppo carbonilico (C=O) di un legame peptidico e il gruppo NH di un altro legame peptidico localizzato a 4 amminoacidi di distanza. La struttura di emoglobina e cheratine (proteine abbondanti nei capelli, cute e unghie) è costituita per la maggior parte da α-eliche.

La struttura beta-foglietto è formato da 2 o più segmenti di catena polipeptidica a struttura lineare disposti parallelamente. È stabilizzata da legami ad idrogeno fra gruppi carbonilici (C=O) presenti su un foglietto e gruppi NH di un foglietto adiacente. I residui laterali R sporgono al di fuori della struttura a zig zag in modo alternato.

La struttura terziaria: le strutture secondarie (α eliche e β foglietto), si assemblano in una particolare "conformazione" proteica. Grazie ad essa, amminoacidi distanti nella sequenza primaria possono assumere posizioni contigue ed

amminoacidi idrofili e idrofobi possono concentrarsi in determinate zone della proteina. È stabilizzata da legami ad idrogeno (con le molecole di H2O), legami ionici (fra residui diamminoacidi basici e acidi), forze deboli di van der Waals (fra residui amminoacidici non polari). La struttura terziaria interessa una parte della proteina. La struttura quaternaria riguarda proteine costituite da più catene polipeptidiche (ciascuna catena è detta subunità). È stabilizzata dagli stessi legami che intervengono nella struttura terziaria. Un esempio è l'emoglobina.

DNA e RNA (ACIDI NUCLEICI) 6 APPUNTI DI BIOLOGIA GENERALE

Gli acidi nucleici sono grandi e complesse molecole organiche che contengono le informazioni necessarie allo svolgimento dei processi metabolici delle cellule e possono riprodurle e trasmetterle alle generazioni cellulari successive. Come le proteine, gli acidi nucleici sono dei polimeri formati dall'unione di tre

un gruppo fosfato, uno zucchero a 5 atomi di (pentosio: ribosio odesossiribosio) e una baseazotata (esempio adenina eguanina del gruppo purine,citosina e timina del gruppopirimidine). Il gruppo formatodalla base azotata e lozucchero costituisce ilnucleoside

DNA (ACIDODESOSSIRIBONUCLEICO)Codifica le informazioni relative al metabolismo cellulare che sono lette dal RNSquando e dove serve. Il DNA è facilmente replicato in fase di riproduzione cellulareper trasmettere in maniera precisa tutti i caratteri ereditabili e tipici di ciascuna specie.he il DNA racchiude in sé le informazioni genetiche di ciascuno di noi. Come fosseuna sorta di memoria fisica su cui sono iscritte le istruzioni di programmazione delsoftware umano. Ma cosa vuol dire questo in termini scientifici? Il termine DNAnasconde la sua stessa natura, perché si traduce in acido deossiribonucleico, cheè la composizione chimica di questo acido nucleico. In quanto acido nucleico,

Si tratta di un polimero formato da unità chiamate nucleotidi, che si organizzano in una struttura complessa. Ogni nucleotide è composto da tre elementi: un gruppo fosfato, uno zucchero (o deossiribosio) e una base azotata. È dal polinucleotide che deriva la caratteristica doppia elica utilizzata per raffigurare il DNA. Il DNA è, infatti, formato da due catene (conosciute anche come filamenti) che si avvolgono a spirale l'una intorno all'altra. Grazie a studi effettuati negli anni '50, sappiamo anche che le due catene sono orientate in senso opposto, ovvero i nucleotidi hanno opposta sequenza di atomi di carbonio del deossiribosio. Il DNA è presente nel nucleo di tutte le cellule di un organismo (che possono essere chiamati cromosomi), sempre uguale a se stesso in quanto porta iscritta la sequenza genetica. Il codice genetico è dato, quindi, dalla peculiare disposizione in sequenza dei nucleotidi.

La diversità è sempre presente tra gli esseri viventi. Nel DNA si nasconde il segreto di quello che siamo, in un certo senso, perché è lì che si trovano le istruzioni genetiche che ci hanno reso proprio come siamo. In concreto, cosa fa il DNA per consentire lo sviluppo di un organismo? Contenendo al suo interno le informazioni genetiche fondamentali, consente la biosintesi dell'RNA e poi delle proteine, che sono poi le molecole necessarie per ogni organismo.

RNA (ACIDO RIBONUCLEICO)

Il passaggio dalle informazioni contenute nel DNA alle proteine non è diretto. Esiste infatti un passaggio intermedio fondamentale che porta dagli amminoacidi alla proteina, attraverso un processo di traduzione.