Le molecole che si trovano esclusivamente negli organismi viventi sono chiamate biomolecole. Le biomolecole sono delle macromolecole, cioè sono molecole di grandi dimensioni. Queste possono essere dei polimeri o meno. È una lunga molecole formata da unità identiche e/o simili legate fra di loro Le biomolecole sono composti che si trovano solo negli organismi viventi POLIMERI Polis=molte Meros= parte MONOMERI unità identiche e/o simili legate fra di loro per formare un polimero

Tipologie di biomolecole (più di mille miliardi) classe di compostiMonomeripolimero Carboidrati Monosaccaridepolisaccaride Proteine Amminoacidopolipeptide Acidi nucleici Nucleotidepolinucleotide Mancano in questo elenco in un’altra classe di composti, che è quella dei LIPIDI che sono sempre BIOMOLECOLE, MACROMOLECOLE MA NON POLIMERI.

SINTESI DI UN POLIMERO 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.

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». IDROLISI DI UN POLIMERO

I CARBOIDRATI I carboidrati detti anche zuccheri o glucidi sono composti formati da tre elementi: Carbonio (C), Idrogeno (H), Ossigeno. Il significato del termine carbo-idrati deriva dal fatto che contengono tante molecole di carbonio quante quelle d’acqua C n (H 2 O) n. Essi hanno diverse funzioni all’interno della cellula, ma quelle più importanti sono: Funzione energetica: costituiscono il carburante della cellula F. strutturale: formano molecole presenti nella struttura della cellula F. metabolica: costituiscono lo scheletro carbonioso su cui costruire altre biomolecole.

Classificazione dei carboidrati I carboidrati si classificano in base al numero di monomeri (o unità di base) legati assieme. I monosaccaridi (o zuccheri semplici) sono formati da una sola molecola di zucchero. Essi si differenziano in base al numero di ATOMI DI CARBONIO presenti: Triosi (3 atomi); Tetrosi (4 atomi); Pentosi (5 atomi); Esosi (6 atomi). Le loro caratteristiche strutturali e chimiche sono determinate dai gruppi funzionali che essi presentano: Gruppo ossidrilico degli alcoli (-OH) responsabile della solubilità in acqua. Gruppo Carbonilico (-C=O) G. Aldeidico Zuccheri aldosi G. chetonico Zuccheri chetosi

Monosaccaridi I più importanti dal punto di vista della biologia sono: PENTOSI: Il ribosio (C 5 H 10 O 5 ) e il desossiribosio (C 5 H 10 O 4 ) sono monosaccaridi importanti in quanto molecole costitutive degli acidi nucleici RNA e DNA.

Monosaccaridi C 6 H 12 O 6 ESOSI: Isomeri Il glucosio è un monosaccaride prodotto dalla fotosintesi clorofilliana e si trova, principalmente, nella frutta e nel sangue. Polvere bianca cristallina, molto solubile leggero potere dolcificante. Esso è la principale FONTE DI ENERGIA dei viventi; Il fruttosio è un monosaccaride che si trova nella frutta e nel miele (prodotto dall’amido di mais). È molto solubile ed ha un elevato potere dolcificante. Pur avendo le stesse calorie del glucosio (4 kcal), il fruttosio ha però un potere dolcificante superiore (e quindi può essere usato in minori quantità), un indice glicemico inferiore, non stressa il pancreas, inducendolo a produrre troppa insulina. Peccato che il glucosio può essere impiegato praticamente da qualsiasi cellula, il fruttosio viene metabolizzato solo a livello epatico. In caso di consumo elevato e continuato (uso consistente di bibite e dolciumi): facilita l’accumulo di grassi a livello epatico ed a livello viscerale (intorno alla pancia.) accrescendo il rischio di malattie cardiovascolari. sovrappeso e obesità, insulino-resistenza e quindi maggiore rischio di diabete 2. Il galattosio è un monosaccaride che non si trova allo stato libero ma combinato nello zucchero del latte.

Monosaccaridi I chimici hanno dimostrato che i monosaccaridi tendono ad avere strutturalmente una forma aperta quando si trova allo stato libero, mentre assumono una forma ciclica (detta proiezione di Haworth) quando sono in soluzione.

Disaccaridi (oligosaccaridi) SACCAROSIO: zucchero (di canna o barbabietola) MALTOSIO: zucchero del malto, cioè il prodotto di germinazione del seme di un cereale. La produzione dai cereali germoglianti, come l'orzo, ha un ruolo importante nella produzione della birra. LATTOSIO: rappresenta il 98% degli zuccheri presenti nel latte. Gli oligosaccaridi contengono dai 2 ai 20 monosaccaridi. Tra questi rientrano i Disaccarididi che si originano dalla condensazione (sintesi) di due monosaccaridi.

Polisaccaridi I polisaccaridi sono formati da più di 20 monosaccaridi e possono arrivare a contenerne anche milioni. Sono carboidrati complessi con funzioni strutturali e di riserva. Strutturalmente si distinguono in: ● Omopolisaccaridi: sono formati dallo stesso monosaccaride ripetuto più volte; ● Eteropolisaccaridi: sono formati da monosaccaridi diversi tra loro; Inoltre i polisaccaridi si distinguono in: ● Lineari: gli atomi di carbonio sono disposti a formare un’unica catena lineare; ● Ramificati: gli atomi di carbonio si dispongono a formare una catena lineare dalla quale si dipartono delle ramificazioni laterali;

Polisaccaridi I più comuni polisaccaridi sono: Cellulosa: molecole di glucosio, lineare, funzione strutturale (piante).; Amido: molecole di glucosio, ramificato, funzione di riserva energetica (piante). Glicogeno: molecole di glucosio, ramificato, funzione di riserva energetica (animali).

Lipidi Composti ternari formati da Carbonio, Idrogeno, Ossigeno. Rispetto ai polisaccaridi, le molecole dei grassi: contengono meno ossigeno, contengono più idrogeno, hanno minori dimensioni, pesano di meno (peso specifico < 1), si trovano più concentrate nei tessuti, ma sono gli alimenti più ricchi di energia (9 kcal/g). Perciò, a parità di ingombro, hanno un maggior potere energetico. CLASSE DI COMPOSTI LOCALIZZAZIONEFUNZIONE SEMPLICI GLICERIDI (s)T. adiposoRiserva STEROIDICellula/ ormoni Strutturale. Regolatrice CERE(s)Pelle/foglieprotezione TERPENIresineaccessorie CAROTENOIDI Cellule piante e animali pigmenti COMPLESSI FOSFOLIPIDEMembrane cellulariStrutturale GLICOLIPIDEMembrane cellulariStrutturale LIPOPROTEINEPlasma sanguignotrasporto

GLICERIDI I gliceridi sono composti che derivano dalla esterificazione (cioè unione con eliminazione di acqua) di una molecola di: glicerolo + 1 acido grasso → monogliceride glicerolo + 2 acidi grassi → digliceride glicerolo + 3 acidi grassi → TRIGLICERIDE Se gli acidi grassi sono tutti uguali → gliceride puro Se gli acidi grassi sono diversi → gliceride misto

I grassi possono essere saturi o insaturi, a seconda del numero di atomi di idrogeno presenti nei legami (massimo per i grassi saturi). I trigliceridi (o grassi) sono formati da una molecola di glicerolo (a tre atomi di carbonio) alla quale si legano tre catene di idrocarburi (acidi grassi). I trigliceridi rappresentano una riserva di energia.

Gli steroidi Presentano una struttura policiclica formata da catene di carbonio chiuse ad anello. Il colesterolo è lo steroide più importante: è presente nei grassi animali, ma non in quelli vegetali nel nostro organismo ha una funzione strutturale → è un costituente delle membrane cellulari è un precursore della vitamina D, dei sali biliari e di alcuni ormoni (sessuali e corticosteroidi) Steroidi La bile è una soluzione acquosa isotonica prodotta dal fegato, fondamentale per la digestione e l'assorbimento dei lipidi.

Il colesterolo Il colesterolo non si scioglie nell’acqua, nel sangue è trasportato dalle lipoproteine: HDL (Lipoproteine ad altà densità) → funzione protettiva delle arterie LDL (Lipoproteine a bassa densità) → si deposita sui vasi sanguigni formando le placche ateromatose

Confronto tra ldl e hdl

Carotenoidi, cere e terpeni I Carotenoidi sono pigmenti organici (ruolo nella forosintesi) betacarotene precursore della Vitamina A Le cere sostanze impermeabili (cutina). Le cere sono costituite da un acido grasso legato a un alcool. Hanno la proprietà di limitare la perdita d’acqua con una funzione di rivestimento. I terpeni conferiscono le fragranze alle piante

La classe dei lipidi comprende composti diversi, ma tutti insolubili in acqua Nei fosfolipidi una catena di acidi grassi è sostituita da un gruppo fosfato. Il gruppo fosfato ha carica negativa ed è pertanto idrofilo. I fosfolipidi più noti sono le lecitine: si trovano nel tuorlo d'uovo e in molti alimenti come la soia. nel nostro organismo abbassano la colesterolemia

I FOSFOLIPIDI

Le proteine Le proteine sono composte da una o più catene peptidiche, ciascuna delle quali è formata da amminoacidi legati tra loro. Gli AA esistenti in natura sono tanti, ma solo 20 sono i costituenti abituali delle proteine. Di questi 10 nei bambini, e 8 negli adulti devono essere introdotti con la dieta (AAE): Amminoacidi essenziali. Ogni amminoacido è costituito da un atomo di carbonio centrale al quale sono legati quattro gruppi. Le proteine sono sostanze organiche presenti in tutte le cellule di tutti gli organismi viventi Le proteine sono composti quaternari, ossia costituiti da: C, H, O e N Possono anche contenere S e P Nell’organismo umano costituiscono circa il 18% del peso corporeo. Le proteine sono macromolecole formate dall’unione di molti amminoacidi (AA).

Legame peptidico e struttura primaria Gli amminoacidi sono legati tra loro a formare un legame peptidico, che si forma tramite una reazione di condensazione. L’ordine secondo cui si susseguono gli amminoacidi viene definita struttura primaria.

Struttura secondaria Tra gli amminoacidi si instaurano interazioni di tipo attrattivo o repulsivo. La forma che assume la catena è denominata struttura secondaria. La struttura secondaria più comune è l’avvolgimento a spirale o ad alfa elica: è mantenuta stabile dai legami idrogeno è tipica della cheratina (presente nella pelle e nei capelli), della miosina (presente nei muscoli). Un particolare tipo di ripiegamento porta al foglietto ripiegato o Beta tipico delle globulari e proteine fibrose (tela dei ragni) legami idrogeno tra catene polipeptidiche diverse

Struttura terziaria In seguito ai legami che si formano, le catene polipeptidiche si ripiegano a formare la struttura terziaria. Viene mantenuta stabile da: i ponti disolfuro i ponti idrogeno Ad es. enzimi e alcuni ormoni

Struttura quaternaria Le varie catene polipeptidiche che costituiscono una proteina interagiscono tra loro dando luogo alla struttura quaternaria. Ogni catena polipeptidica si chiama subunità Ad es. collagene, emoglobina

Le proteine svolgono moltissime funzioni biologiche Le proteine sono una classe di composti dalle molteplici funzioni:

Classificazione delle proteine In base alla forma: P. FIBROSE, di solito hanno un ruolo di tipo meccanico (ad es. proteine della contrazione muscolare) P. GLOBULARI, di solito svolgono ruoli biologici complessi (ad es. enzimi) In base alla composizione chimica: PROTEINE SEMPLICI costituite da soli amminoacidi PROTEINE CONIUGATE costituite da amminoacidi e da una parte di natura non proteica detto gruppo prostetico. In base al valore biologico (contenuto di AAE): P. AD ALTO VALORE BIOLOGICO → contengono tutti gli AAE (carne, pesce uova, latte e formaggi) P. A MEDIO VALORE BIOLOGICO → scarseggiano alcuni AA (nei legumi gli amminoacidi solforati ) P. A BASSO VALORE BIOLOGICO → manca uno o più AAE (nei cereali la lisina)

22. Le istruzioni per costruire le proteine sono contenute negli acidi nucleici Un nucleotide è un monomero costituito da uno zucchero, un gruppo contenente fosforo e una base azotata. Dalla polimerizzazione dei nucleotidi si ottengono gli acidi nucleici (DNA e RNA). Nei polinucleotidi, un gruppo fosfato si alterna a uno zucchero, costituendo uno scheletro zucchero-fosfato.

22. Le istruzioni per costruire le proteine sono contenute negli acidi nucleici Lo zucchero può essere di due tipi: il ribosio, forma l’RNA o acido ribonucleico; il desossiribosio, forma il DNA o acido deossiribonucleico. In base alla struttura assunta dalle basi azotate, si distinguono pirimidine e purine. Il DNA è costituito da due catene polinucleotidiche avvolte a formare una doppia elica. L’RNA è formato da un’unica catena.