Biochimica - macromolecole

I CARBOIDRATI

I carboidrati sono un gruppo molto vasto di sostanze organiche, la maggior parte delle quali costituita da soli tre elementi: carbonio, idrogeno e ossigeno. Si tratta di sostanze con una grande importanza biologica; svolgono due funzioni principali: una di tipo energetico, e l'altra strutturale.

Per quanto riguarda la funzione energetica, i viventi possono accumulare riserve energetiche sotto forma di amido nei vegetali e il glicogeno negli animali.

I carboidrati possono essere inoltre classificati in base alla loro complessità chimica:

• Monosaccaridi: le molecole più semplici in forma libera
• Oligosaccaridi: costituiti dall'associazione di due o poche unità di monosaccaridi
• Polisaccaridi: polimeri formati da decine di unità monosaccaridiche.

I monosaccaridi hanno formula generale (CH2O)n e hanno un numero di atomi di C compreso tra 3 e 6. Sono definiti anche come poliidrossialdeidi o poliidrossichetoni, in quanto le loro molecole sono formate

da una catena di atomi di carbonio i quali sono legati a loro volta ad atomi di idrogeno e a gruppi carbossilici tranne uno, il quale possiede una funzione aldeidica o chetonica. Osservando la formula di due dei monosaccaridi più semplici, la gliceraldeide e il diidrossiacetone, osserviamo che la prima presenta un atomo di C legato a quattro gruppi diversi; un atomo di carbonio in questa condizione viene definito asimmetrico, e le varie molecole che possono esistere vengono definite isomeri ottici. Gli isomeri ottici della gliceraldeide vengono distinti ponendo D- o L- prima del nome a seconda che il gruppo ossidrile si trovi a destra o a sinistra di C. Il diidrossiacetone non possiede isomeri ottici. Si definiscono epimeri due molecole con più centri chirali che differiscono tra loro per uno solo di questi; nel caso degli zuccheri, ad esempio, sono epimeri due molecole che si differenziano per la posizione del gruppo ossidrile. Tra la classe di esosi ha grande importanza il glucosio.che entra nell'acostituzione dell'amido, del glicogeno, della cellulosa e di molte altre sostanze, ed è fondamentale per fornire energia agli esseri viventi. Tra i pentosi hanno importanza il ribosio ed il 2-desossiribosio, costituenti dei nucleotidi degli acidi nucleici. In soluzione acquosa molti monosaccaridi si presentano in forma di molecole cicliche originate dalla reazione con il gruppo aldeidico / che tonico e uno dei gruppi ossidrilici della molecola. Poiché la reazione tra un gruppo aldeidico ed uno alcolico produce i semiacetali, le forme cicliche dei monosaccaridi in soluzione sono dette semiacetaliche. Per effetto di questo processo il primo atomo di C della catena diventa asimmetrico, in quanto legato a ossigeno, idrogeno, il gruppo ossidrile e il resto della molecola. Ogni molecola ciclizzando produce quindi due nuovi isomeri, detti anomeri. L'esistenza di queste molecole in natura è importante per poterle riconoscere; ad esempio, solo ilD-glucosio può essere utilizzato dai viventi. Per quanto riguarda la reattività chimica, la formazione dei semiacetali avviene con maggiore frequenza tra l'ossidrile legato al carbonio in posizione 5 e il gruppo aldeidico. Nei chetosi e nei pentosi prevale invece la forma furanosica, simile al furano, una molecola a 5C. Per indicare le formule cicliche dei monosaccaridi si usano le formule di proiezione di Haworth, dove la molecola viene rappresentata come un anello penta- o esa- atomico; si tratta tuttavia di formule errate, in quanto suggeriscono che i monosaccaridi abbiano geometria planare, quando è in realtà tridimensionale. Alcuni derivati dei monosaccaridi hanno grande importanza biologica, come i derivati fosforilati dei pentosi e degli esosi, in cui il gruppo ossidrile è esterificato da una molecola di acido fosforico. I carboidrati possono essere utilizzati solamente in questa forma; un esempio è il glucosio, che per poter essere utilizzato.

dalle cellule deve essere trasformato nell'estere fosforico in posizione 6.

Un'altra modificazione chimica degli aldosi è l'ossidazione del gruppo aldeidico con formazione di acidi aldonici o acidi uronici (ossidazione del gruppo alcolico in posizione 6).

Nel caso del glucosio si ha la formazione rispettivamente di acido gluconico o acido glucoronico.

Gli acidi uronici (ex acido glucoronico) hanno importanza biochimica: nel fegato l'acido glucoronico viene legato a sostanze poco idrosolubili (ex farmaci) per favorirne l'eliminazione per via biliare o urinaria.

L'acido ascorbico (vitamina C) è un altro derivato di grande importanza.

Amminozuccheri: molecole dove un gruppo ossidrile è sostituito da una funzione amminica; ad esempio, la D-glucosammina, la cui forma acetilata (N-acetil-D-glucosammina) è la costituente di numerosi polisaccaridi.

Altri derivati dei monosaccaridi: acido N-acetilmuramico, uno dei costituenti della parete

strutturali è la cellulosa, presente nelle pareti cellulari delle piante. Altri polisaccaridi strutturali includono il chitina, presente negli esoscheletri degli insetti e dei crostacei, e l'acido ialuronico, presente nei tessuti connettivi degli animali. Per quanto riguarda la funzione di immagazzinamento dei carboidrati, il più comune è l'amido, presente nelle piante. L'amido è una catena di glucosio che può essere facilmente scissa per fornire energia. Altri polisaccaridi di immagazzinamento includono il glicogeno, presente negli animali, e il fruttano, presente in alcune piante. Inoltre, i polisaccaridi possono essere modificati chimicamente per formare derivati con funzioni specifiche. Ad esempio, l'acido N-acetilneuramminico è un derivato dell'acido sialico che svolge un ruolo importante nei rivestimenti polisaccaridici delle cellule animali. In conclusione, i carboidrati sono molecole importanti per la struttura e la funzione delle cellule. Sono presenti in diverse forme, dai monosaccaridi agli oligosaccaridi ai polisaccaridi, e possono svolgere una varietà di funzioni all'interno degli organismi.

energetiche è l'alfa-D-glucosio; tuttavia, poiché le cellule non possono accumulare grandi quantità di questa sostanza, legano le molecole tra loro per immagazzinarle. L'amilosio e l'amilopectina sono due forme in cui può presentarsi l'amido, il più importante polisaccaride di riserva nei vegetali, mentre gli animali utilizzano come riserva il glicogeno, abbondante soprattutto nel fegato (il glicogeno epatico ha grande importanza nel mantenimento della glicemia) e nelle cellule del muscolo scheletrico. Una delle differenze tra le cellule animali e le vegetali è che queste ultime sono dotate di un rivestimento rigido, la parete cellulare, costituita principalmente da cellulosa (esempio di polisaccaride strutturale), la sostanza organica più abbondante nella biosfera. I ruminanti possono digerire la cellulosa grazie all'azione dell'enzima cellulasi, che catalizza la rottura dei legami e la liberazione delle molecole.

di glucosio. Anche le cellule batteriche possiedono un rivestimento simile, costituito da peptidoglicano, la cui unità ripetitiva sono l'N-acetil-D-glucosammina e l'acido N-acetilmuramico. La chitina invece, è il polisaccaride principale nell'esoscheletro degli artropodi. Nei tessuti animali, la matrice extracellulare riempie gli spazi tra le cellule; contiene i vasi ematici ed i capillari linfatici, ed è costituita da un intreccio di eteropolisaccaridi e proteine fibrose. Gli eteropolisaccaridi prendono il nome di glicosamminoglicani e partecipano anche alla formazione dei rivestimenti delle cellule di numerosi organi e tessuti. I glicosamminoglicani sono una famiglia di eteropolisaccaridi formati dalla ripetizione di unità in cui uno dei costituenti è sempre N-acetilglucosammina o N-acetilgalattosammina, e l'altro è un monosaccaride acido (spesso acido glucoronico). Spesso oltre al gruppo carbossilico si può trovare gruppi solfato esterificati,

che permettono loro di aderire e interagire con la matrice stessa. Questi punti di attacco sono costituiti da proteine adesive, come ad esempio le integrine, che si legano sia alle proteine fibrose che ai proteoglicani presenti nella matrice. Inoltre, la matrice extracellulare svolge un ruolo fondamentale nella regolazione della crescita e dello sviluppo cellulare. Infatti, contiene fattori di crescita che possono stimolare o inibire la proliferazione cellulare, influenzando così il destino delle cellule presenti nel tessuto. In conclusione, la matrice extracellulare è una componente essenziale dei tessuti animali, che conferisce loro resistenza, elasticità e capacità di adesione e interazione cellulare.

dettipunti di adesione.Non ha solamente una funzione di "sostegno" ma ha anche un ruolo attivonella migrazione cellulare.Tra le glicoproteine più importanti bisogna citare il fibrinogeno, che si occupadella coagulazione del sangue, le immunoglobuline responsabili delle difeseimmunitarie ed il collageno dei connettivi.La maggior parte delle glicoproteine che forma la membrana cellulare rivolge laporzione glicidica verso l'esterno. Fra queste, hanno importanza quelle presentisulla membrana dei globuli rossi, che contribuiscono a determinare il grupposanguigno.In generale, le porzioni glicidiche hanno funzione di segnale biologico, agendoad esempio nei fenomeni di inibizione da contatto - ex le cellule cancerosehanno perso questa caratteristica e poiché la loro proliferazione non può esserearrestata, si riproducono in maniera incontrollata che porta all'invasione deitessuti circostanti. Questo comportamento è dato da una

distribuzione dei carboidrati di superficie in maniera diversa rispetto alle cellule normali. I lipidi sono una classe di sostanze organiche eterogenee, caratterizzate da dimensioni modeste rispetto alle proteine e una solubilità variabile. I lipidi, a temperatura ambiente, possono presentarsi sia allo stato solido (grassi) o liquido (oli). Hanno una grande importanza per la vita delle cellule, in quanto possono trovarsi sia in forma libera che associati a molecole di altro tipo, a formare sostanze più complesse come plico lipidi e lipoproteine. Hanno una funzione sia strutturale che energetica, ma svolgono anche altri ruoli; alcune vitamine, alcuni ormoni e le prostaglandine sono di natura lipidica, come i rivestimenti della superficie di molti organismi, soprattutto vegetali. I lipidi vengono classificati in base alla presenza o meno di acidi grassi; si