Il carbonio è l’elemento di base delle biomolecole Una cellula batterica può contenere fino a 5000 tipi diversi di composti organici. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Il carbonio deve acquistare quattro elettroni per essere stabile Ciascun atomo di carbonio può formare un legame con altri quattro atomi. Il legame carbonio-carbonio è di tipo covalente ed è stabile, consente quindi la formazione di catene di carbonio molto lunghe e resistenti. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

La grande varietà di biomolecole I gruppi funzionali sono combinazioni specifiche di atomi e conferiscono alle molecole proprietà caratteristiche. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Gli isomeri Le molecole organiche che hanno identica formula molecolare (sono cioè formate dallo stesso tipo e numero di atomi), ma che differiscono per il modo in cui i loro atomi (o gruppi funzionali) sono disposti sono dette isomeri. Nelle reazioni chimiche gli isomeri si comportano in modo diverso. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Le classi di macromolecole Le macromolecole I carboidrati, i lipidi, le proteine e gli acidi nucleici sono delle molecole di grosse dimensioni (polimeri) formate da subunità molecolari unite tra loro. Le classi di macromolecole Categoria Esempio Monomero/i Carboidrati* Polisaccaride (amido) Monosaccaride (glucosio) Lipidi Grasso (olio) Glicerolo e acidi grassi Proteine* Polipeptide (albumina) Amminoacido Acidi nucleici* DNA, RNA Nucleotide *Le macromolecole più grosse sono dei polimeri, costruiti unendo insieme un gran numero di subunità dello stesso tipo (monomeri), di solito con legami covalenti. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

I polimeri Per la sintesi di un polimero, la cellula usa una reazione di condensazione, in cui viene liberata una molecola d’acqua. La reazione avviene grazie all’intervento degli enzimi, che mettono a contatto diretto i monomeri. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

I polimeri La reazione opposta è la demolizione di un polimero. Durante questo processo, una molecola d’acqua viene usata per rompere i legami tra i due monomeri. Il termine idrolisi significa infatti «spezzare con l’acqua». Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

I carboidrati I carboidrati sono usati dagli organismi come fonti di energia immediata e come componenti strutturali. I carboidrati sono formati da carbonio (C), idrogeno (H) e ossigeno (O), con un rapporto di 1 : 2 : 1. I carboidrati semplici, o zuccheri, possono essere: monosaccaridi (una singola molecola di zucchero); disaccaridi (due monosaccaridi). Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

I monosaccaridi e i disaccaridi I carboidrati semplici forniscono energia a pronto rilascio. Il glucosio è un monosaccaride ed è la principale fonte di energia dei viventi; la sua formula molecolare è C6H12O6. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

I monosaccaridi e i disaccaridi Il ribosio (C5H10O5) e il desossiribosio (C5H10O4) sono monosaccaridi importanti in quanto molecole costitutive degli acidi nucleici RNA e DNA. Il saccarosio è un importante disaccaride, si tratta infatti della forma in cui gli zuccheri sono trasportati nelle piante. E’ formato da due monosaccaridi (glucosio e fruttosio) che si uniscono grazie a una reazione di condensazione. Il lattosio è un disaccaride che si trova nel latte; esso deriva dall’unione di una molecola di glucosio e una di galattosio (un isomero del glucosio). Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Saccarosio (glucosio + fruttosio): è lo zucchero da tavola si ottiene dalla barbabietola e dalla canna da zucchero Maltosio (glucosio + glucosio): è lo zucchero del malto si ottiene per idrolisi dell’amido Lattosio (glucosio + galattosio): è lo zucchero del latte per fermentazione lattica dà acido lattico

I polisaccaridi I polisaccaridi sono i polimeri dei monosaccaridi. Sono carboidrati complessi con funzioni strutturali e di riserva. L’amido è la forma in cui il glucosio è immagazzinato nelle piante; il glicogeno negli animali e nei funghi. La cellulosa è un polisaccaride con funzione strutturale contenuto nelle piante; la chitina in alcuni animali e funghi. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

L’amido È la riserva energetica più importante dei vegetali Si accumula nei semi e nei tuberi È formato da due polisaccaridi: amilosio → lineare amilopectina → ramificato

Il Glicogeno Polimero del glucosio → forma ramificata Si accumula nel fegato e nei muscoli

La cellulosa Polimero del glucosio con legami β-glucosidici → non è digeribile dall’organismo umano Ha forma lineare Conferisce rigidità ai tessuti vegetali

I lipidi forniscono energia e protezione I composti organici classificati come lipidi sono molto diversificati. La maggior parte dei lipidi è insolubile in acqua a causa delle catene di idrocarburi non polari. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

I grassi e gli oli sono eccellenti molecole di riserva Gli acidi grassi possono essere: saturi – non presentano doppi legami tra gli atomi di carbonio della catena idrocarburica; insaturi – hanno invece uno o più doppi legami tra gli atomi di carbonio della catena. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

I fosfolipidi sono componenti della membrana plasmatica Come i grassi, i fosfolipidi contengono glicerolo e tre gruppi ad esso legati. Nei fosfolipidi soltanto due di questi gruppi sono però degli acidi grassi, mentre il terzo gruppo è un fosfato polare. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Gli steroidi e le cere Gli steroidi possono avere la funzione di stabilizzare la membrana esterna delle cellule, oppure funzioni ormonali. Le cere formano uno strato protettivo che riduce la perdita di acqua; in molti animali servono a proteggere e mantenere in salute la pelle e il pelo. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Le proteine sono molecole versatili Le proteine svolgono molte funzioni di grande importanza, eccone alcune fondamentali per gli animali: sostegno– in forma di cheratina (nei capelli e nelle unghie) e di collagene (nei legamenti e nei tendini); metabolismo – gli enzimi catalizzano le reazioni; trasporto – le proteine di trasporto della membrana plasmatica consentono l’ingresso e l’uscita di sostanze dalla cellula; difesa – gli anticorpi distruggono gli agenti patogeni e prevengono le infezioni; regolazione – alcuni ormoni, come l’insulina, sono proteine di regolazione; movimento – l’actina e la miosina sono componenti dei tessuti muscolari. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Una proteina è un polimero formato da una sequenza di amminoacidi Gli amminoacidi sono essenzialmente composti da: un atomo di carbonio centrale; un gruppo amminico (-NH2); un gruppo carbossilico (-COOH); un gruppo R, che è variabile e rappresenta il resto della molecola. In tutto, le proteine dei viventi contengono una ventina di amminoacidi diversi, combinati in un enorme numero di sequenze possibili. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Le particolarità del gruppo R differenziano tra loro gli amminoacidi Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

I polipeptidi Un polipeptide è una catena di molti amminoacidi uniti da legami peptidici. Una proteina può contenere una o più catene polipeptidiche. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

La forma di una proteina è correlata alla sua funzione Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Gli acidi nucleici dirigono l’attività cellulare Gli acidi nucleici DNA e RNA portano informazioni sotto forma di codici. Un acido nucleico è un polimero di nucleotidi. Un nucleotide è un complesso molecolare formato da: un fosfato – l’acido fosforico; uno zucchero pentoso; una base azotata – guanina, adenina, citosina, timina o uracile. (a 5 atomi di C) Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Il DNA (acido desossiribonucleico) Il DNA si trova all’interno del nucleo e contiene l’informazione genetica. Il DNA è un doppio filamento e ha una struttura a doppia elica. Lo zucchero pentoso del DNA è il desossiribosio. Le basi azotate presenti nel DNA sono la guanina, l’adenina, la citosina e la timina. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

L’RNA (acido ribonucleico) L’RNA convoglia le informazioni codificate nei geni dal DNA ai ribosomi per la sintesi proteica. I nucleotidi dell’RNA sono allineati lungo un unico filamento. Lo zucchero pentoso dell’RNA è il ribosio. Le basi azotate presenti nell’RNA sono la guanina, l’adenina, la citosina e l’uracile. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

L’ATP è il trasportatore di energia delle cellule L’ATP (adenosin-trifosfato) è un nucleotide composto da tre parti: la base adenina; lo zucchero pentoso ribosio; tre gruppi fosfato legati tra loro da legami covalenti. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

L’ATP è il trasportatore di energia delle cellule L’ATP è una molecola ad alta energia: la rottura dei legami covalenti dei due gruppi fosfato più esterni da parte di un enzima (idrolisi) libera infatti molta energia. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012