Biologia generale

L'ACQUA

La maggior parte degli organismi è costituita soprattutto da acqua (70% nell'uomo). Dall'acqua, per fotosintesi si genera l'ossigeno che respiriamo. L'acqua è anche il solvente più diffuso, nel quale la maggior parte delle reazioni biologiche avvengono. Le proprietà dell'acqua, essenziali per la vita, dipendono dalla polarità della sua molecola e dalla capacità di formare legami a idrogeno. Questi legami sono molto deboli e permettono alle molecole di acqua di associarsi fra loro. Le molecole di acqua sono coesive, cioè si attaccano le une alle altre. L'acqua è una molecola polare, in cui è presente una estremità con carica positiva ed una con carica negativa. Le molecole di acqua formano inoltre legami a idrogeno con altre molecole idrofile. IL LEGAME IDROGENO: il legame a idrogeno si forma fra due molecole che presentano regioni con cariche opposte.

Un atomo di idrogeno con carica positiva viene attratto da un atomo con carica parziale negativa, ossigeno o azoto. I legami a idrogeno si formano e si rompono facilmente. Hanno lunghezze ed orientamento specifici; questa proprietà è importante nel determinare la struttura tridimensionale di macromolecole complesse quali il DNA e le proteine.

ACQUA COME SOLVENTE-IONI: quando il cristallo di sodio (NaCl) viene messo in acqua, gli ioni sodio (Na+) e cloruro (Cl-) si separano. Ciascun ione sarà circondato da molecole di acqua elettricamente attratte da esso e l'NaCl si sarà sciolto.

ACQUA COME SOLVENTE-ACIDI E BASI: l'acqua è sia un acido che una base, dipende dalle circostanze; in presenza di un acido (acido cloridrico), l'acqua si comporta come base, mentre si comporta da acido in presenza di una base (ammoniaca).

ACQUA COME SOLVENTE-LEGAMI CON GLUCOSIO: le molecole di acqua formano legami a idrogeno con molecole organiche idrofile.

idrofobica a base di lipidi. Queste molecole sono fondamentali per la costituzione delle membrane cellulari, in quanto la loro struttura permette loro di formare un doppio strato lipidico che separa l'interno della cellula dall'ambiente esterno. I principali zuccheri che possiedono gruppi polari sono il glucosio, il fruttosio e il galattosio. Questi zuccheri sono idrofile e si dissolvono facilmente in acqua, formando legami a idrogeno con le molecole d'acqua circostanti. Gli amminoacidi sono le unità costituenti delle proteine e molti di essi possiedono gruppi polari. Alcuni esempi di amminoacidi con gruppi polari sono la serina, la treonina, la cisteina e la tirosina. Questi amminoacidi sono idrofile e possono formare legami a idrogeno con altre molecole polari, contribuendo alla struttura tridimensionale delle proteine. In conclusione, le molecole polari, come gli zuccheri e gli amminoacidi con gruppi polari, tendono a tenersi separate le une dalle altre, migliorando la loro solubilità in acqua. Queste interazioni sono fondamentali per il corretto funzionamento delle molecole biologiche all'interno delle cellule.

non idrosolubile. Le molecole anfipatiche, immerse in un liquido acquoso, tendono a formare spontaneamente un doppio strato, nel quale le teste idrofile sono rivolte verso l'esterno e le code idrofobe verso l'interno. La formazione del doppio strato lipidico ha permesso la creazione di compartimenti come vescicole e cellule. La funzione di ogni molecola dipende dalla sua forma geometrica, dettata dagli elementi che la compongono. La probabilità che l'interazione tra due molecole dia luogo ad una reazione chimica, può dipendere fortemente dalla forma tridimensionale delle molecole. La forma geometrica di una molecola fa sì che all'interno di essa la distanza fra gli atomi sia ottimale per controbilanciare la repulsione dei doppietti elettronici.

MOLECOLE ORGANICHE: Sono molecole composte da atomi di carbonio che legano con altri atomi. Ciascun carbonio forma 4 legami covalenti producendo un'ampia varietà di molecole di grandi

dimensioni, essenziali per la vita. Vi sono vari gruppi funzionali: - Gruppo ossidrilico (OH): è polare perché l'ossigeno elettronegativo attrae gli elettroni del legame covalente. - Gruppo carbonilico: può essere aldeidico (CHO) o chetonico (CO). Negli aldeidi il carbonio del gruppo è legato con almeno un atomo di H, è polare perché l'ossigeno elettronegativo attrae gli elettroni del legame covalente. Nei chetoni il carbonio è legato ad altri due atomi di carbonio, è polare perché l'ossigeno elettronegativo attrae gli elettroni del legame covalente. - Gruppo carbossilico (COOH): debolmente acido; può rilasciare ioni H+. - Gruppo amminico (NH2): debolmente basico; può accettare uno ione H+. - Gruppo fosfato (PO4): debolmente acido; possono essere rilasciati uno o due ioni H+. - Gruppo sulfidrilico (SH): aiuta a stabilizzare la struttura interna delle proteine. MACROMOLECOLE BIOLOGICHE Molte

molecole biologiche, come proteine ed acidi nucleici sono polimeri. I polimeri sono costituiti da unità più piccole, i monomeri. I polimeri sono catene lunghe di monomeri. I monomeri si assemblano grazie a reazioni di condensazione e si separano con reazioni di idrolisi. La forma dei polimeri è correlata alla loro funzione. I quattro tipi di macromolecole biologiche sono zuccheri, lipidi, proteine e acidi nucleici.

ZUCCHERI O CARBOIDRATI

Gli zuccheri, l'amido e la cellulosa sono carboidrati. Gli amidi e zuccheri fungono da riserva di energia per le cellule. La cellulosa è il componente principale delle pareti delle cellule vegetali con funzioni di sostegno. I carboidrati, o idrati del carbonio, sono costituiti da C, H e O, presenti in un rapporto di (CH2O)n con n maggiore o uguale a 3. In base al numero di unità di zucchero che contengono i carboidrati sono classificati in:

• Monosaccaridi: 1 unità di zucchero
• Disaccaridi: 2 unità di zucchero
• Polisaccaridi: più di 2 unità di zucchero

gliceraldeide, glucosio). Sono gli zuccheri più semplici, contengono da 3 a 7 atomi di carbonio. Sono noti anche come zuccheri triosi (3 atomi di C), pentosi (5 C), esosi (6 C) ed eptosi (7 C). Le molecole esistono in una struttura tridimensionale ed i monosaccaridi, in soluzione, esistono come anelli. Il glucosio può formare due anelli che differiscono per l'orientamento del gruppo ossidrilico -OH e che vengono chiamati isomeri.

Disaccaridi: 2 unità di zucchero (saccarosio, lattosio). Le unità ad anello sono legate l'una all'altra mediante un legame glicosidico, che consiste di un ossigeno centrale legato covalentemente a due atomi di carbonio, uno per anello. Esempi di disaccaridi sono il maltosio (zucchero del malto: glucosio+glucosio), il lattosio (glucosio+galattosio) e il saccarosio (glucosio+fruttosio).

Polisaccaridi: molte unità di zucchero (amido, glicogeno, cellulosa; tutti e tre sono

Composti solo da glucosio e sono perciò definiti omopolisaccaridi; alcuni esempi di eteropolisaccaridi sono l'eparina e l'acido ialuronico, che contengono derivati degli zuccheri come gli amminozuccheri). Il glicogeno è presente in alta concentrazione nel fegato e nel muscolo scheletrico. Il glicogeno epatico viene utilizzato come fonte di energia a breve termine per l'organismo fornendo un mezzo per immagazzinare e rilasciare glucosio in risposta ai livelli di glucosio nel sangue. Il glicogeno muscolare fornisce una fonte prontamente disponibile di glucosio durante l'esercizio per supportare i percorsi di conversione dell'energia anaerobica e aerobica all'interno delle cellule muscolari; le cellule muscolari mancano dell'enzima glucosio-6-fosfatasi e quindi non possono rilasciare glucosio nel sangue. I polisaccaridi costituiscono la classe dei glicosamminoglicani (o GAG o mucopolisaccaridi), che sono la principale costituente dei proteoglicani.

(alta porzione glucidica: 95%), che appartengono alla matrice extracellulare. Anomalie a carico di enzimi lisosomiali che degradano i GAG causano mucopolisaccarosidosi.

LIPIDI I lipidi sono molecole insolubili in acqua, composte da carbonio e idrogeno; sono i costituenti delle membrane cellulari e hanno varie funzioni:

• Funzione di riserva
• Funzione strutturale
• Trasmissione dello stimolo nervoso
• Precursori di vitamine
• Precursori di ormoni e molecole segnale
• Funzione di isolante termico

Sono lipidi:

• Trigliceridi, o triacilgliceroli: costituenti del tessuto adiposo
• Fosfolipidi e glicolipidi: costituenti della membrana cellulare
• Colesterolo: costituente della membrana cellulare
• Ormoni e vitamine liposolubili

Sono classificati in:

• Lipidi neutri: trigliceridi e colesterolo
• Lipidi polari: fosfolipidi e glicolipidi

Gli acidi grassi sono acidi carbossilici a lunga catena. Possono essere saturi, se privi di legami doppi nella

La catena carboniosa, o insaturi, se presentano uno o più doppi legami tra i carboni. Esempi di acidi grassi: acido palmitico, acido stearico, acido oleico, acido linoleico, acido linolenico (essenziale che non è sintetizzato dalle cellule e pertanto deve essere introdotto con la dieta).

Il trigliceride (grasso animale e vegetale) è costituito da una molecola di glicerolo unito a tre acidi grassi mediante legame esterico. A temperatura ambiente, si chiamano grassi se sono solidi e oli se sono liquidi. Gli oli sono allo stato liquido perché ricchi di acidi grassi insaturi. I trigliceridi del tessuto adiposo assolvono funzioni di riserva energetica, di isolamento termico e di protezione degli organi.

I fosfolipidi sono costituiti da una molecola di glicerolo attaccata, da un lato a due acidi grassi, e dall'altro ad un gruppo fosfato legato ad un composto organico come la colina. I fosfolipidi possiedono un'estremità idrofila (le teste si

erone è un ormone sessuale maschile prodotto principalmente dai testicoli.