LE MOLECOLE BIOLOGICHE
O BIOMOLECOLE
Costituiscono le strutture presenti negli organismi viventi
GLICIDI o ZUCCHERI o CARBOIDRATI
Caratteristiche: Sono composti chimici costituiti da carbonio, idrogeno e ossigeno.
Sono molto abbondanti in natura. Hanno sapore dolce.
Funzioni:
Strutturale: costituiscono strutture essenziali per gli organismi viventi
(funzione di sostegno, soprattutto nei vegetali cellulosa)
Energetica: forniscono energia per svolgere tutte le funzioni dell'organismo
Protezione: costituiscono l’esoscheletro degli invertebrati (chitina)
Organismi autotrofi (Es. piante): sintetizzano
zuccheri (glucosio) a partire da componenti
inorganici quali acqua e CO2 mediante il
processo di fotosintesi clorofilliana.
Organismi eterotrofi (Es. animali): soddisfano il fabbisogno
energetico nutrendosi di alimenti che contengono zuccheri.
Ecco alcuni esempi:
frutta e miele -> fruttosio; glucosio
barbabietola da zucchero, zucchero di canna -> saccarosio
latte e latticini -> lattosio
cereali (pane, pasta, riso), tuberi (patate) e legumi -> amido
carne e pesce -> glicogeno
I diversi tipi di glicidi
Monosaccaridi
(formati da 1
molecola di
zucchero)
Disaccaridi
(formati da
2 molecole
di zucchero)
Polisaccaridi
(formati da
più di 20
molecole di
glucosio)
5C
Ribosio
Desossiribosio
6C
Glucosio principale fonte di energia
Fruttosio si trova nella frutta
Galattosio
Componenti degli acidi nucleici
Glucosio + fruttosio Saccarosio (comune zucchero da cucina)
Glucosio + glucosio Maltosio (deriva da digestione dell’amido)
Glucosio + galattosio Lattosio (in latte e latticini)
Amido riserva energetica nei vegetali (cereali, tuberi, legumi)
si accumula in amiloplasti nella cellula vegetale
si trova nei semi e nelle radici
Glicogeno riserva energetica negli animali
si accumula in muscoli e fegato
Cellulosa funzione di sostegno nei vegetali
si trova nella parete cellulare delle cellule vegetali
può essere digerita solo dagli erbivori
è il composto organico più abbondante sulla Terra
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Aspetti generali
•
I glucidi sono composti ternari → C, H, O
•
Sono anche detti carboidrati o zuccheri
•
Sono i costituenti più abbondanti nelle cellule
vegetali
•
Vengono sintetizzati grazie alla fotosintesi
clorofilliana
•
Nel corpo umano costituiscono soltanto l’1% del
peso corporeo
• CARBOIDRATI
• Gli zuccheri, gli amidi e la cellulosa: costituiscono una riserva di
Energia,
• Se si tratta di una sola molecola di zucchero: monosaccaride
• Se due molecole legate con legame glucosidico: disaccaride
• Se più molecole: polisaccaride
• I monosaccaridi sono gli zuccheri più semplici formati da 3 a 7
atomidi C
• Il composto a 3C più comune: gliceraldeide
• 5C: ribosio e desossiribosio
• 6C: glucosio, fruttosio e galattosio: esosi
• Disaccaridi: Maltosio: 2 glucosio, saccarosio: 1 glucosio ed un
fruttosio, lattosio, 1 Glucosio ed 1 galattosio
• Condensazione ed idrolisi
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Classificazione dei glucidi
I monosaccaridi
I monosaccaridi
•
Sono solubili in acqua
•
Hanno aspetto cristallino e colore bianco
•
Sono dolci
•
Formula generale: C6H12O6 CnH2nOn
Glucosio, fruttosio, galattosio
•
•
Sono isomeri strutturali
Glucosio:
– è il glucide più importante in natura
– si trova nella frutta e nei vegetali
– nel sangue umano → 60-100 mg/100
•
Fruttosio:
– è lo zucchero della frutta
– presente anche nel miele
•
Galattosio:
– non si trova allo stato libero ma combinato (è un
costituente del lattosio e di alcuni glucidi complessi)
I disaccaridi
•
Il legame tra due monomeri glucidici è detto legame
glucosidico, può essere:
– di tipo α (i due –OH sono sotto il piano della molecola)
– di tipo β (uno dei due –OH è sotto il piano della molecola,
l’altro sopra)
•
Sono bianchi, cristallini, dolci e idrolizzabili
I disaccaridi
Saccarosio, maltosio, lattosio
•
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
Lattosio
β-D-galattosio-(1-4)-β-D-glucosio
Saccarosio
β-D-fruttosio-(1-2)-α-D-glucosio
Trealosio
α-D-glucosio-(1-1)-α-D-glucosio
glucosio
glucosio
maltosio
I polisaccaridi: classificazione
•
In base alla composizione chimica:
– omopolisaccaridi, ad es. amido, glicogeno, cellulosa
– eteropolisaccaridi, ad es. emicellulosa, pectina
•
In base alla funzione:
– di riserva, ad es. amido, glicogeno
– strutturale, ad es. cellulosa, chitina
•
In base agli aspetti nutrizionali:
– disponibili, ad es. amido
– non disponibili, ad es. cellulosa, emicellulosa → fibra
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
Amido
Ramificazione
Catena
principale
Punto
ramificazione
Glicogeno è il più importante zucchero
di riserva animale
•
Polimero del glucosio → forma ramificata
•
Si accumula nel fegato e nei muscoli
• Possediamo enzimi
salivari, pancreatici e
intestinali che scindono i
legami α1-4 interni, α1-4
terminali e α1-6.
• Non possediamo enzimi
che frammentano i legami
β1-4 della cellulosa
Glicogeno
Glicogeno
Ramificazione
Catena
principale
Punto
ramificazione
Cellulosa
•
Polimero del glucosio con legami β-glucosidici →
non è digeribile dall’organismo umano
•
Ha forma lineare
•
Conferisce rigidità ai tessuti vegetali
Eteropolisaccaridi
•
Emicellulose:
– Struttura per lo più ramificata
– Ad es. xilani, mannani, galattani, ecc.
•
Pectine:
– Sono molto abbondanti nella frutta
– In soluzione acida e con zuccheri gelificano → marmellata
•
Glicoproteine:
– Svolgono ruoli biologici complessi
– Ad es. fibrinogeno, collagene, immunoglobuline, ecc.
La fibra alimentare
Funzioni della fibra alimentare
Catene polisaccaridica
non-ramificata
ramificata
Granuli di amido
Fotografia al microscopio elettronico di un cloroplasto
granuli
Fotografia al microscopio elettronico di un epatocita
di
glicogen
o
Granuli di glicogeno
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La digestione e l'assorbimento dei glucidi
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Il destino metabolico dei glucidi
Il destino metabolico dei glucidi coincide in gran
parte con quello del glucosio
Nel processo ossidativo del glucosio si distinguono
tre tappe:
la glicolisi
il ciclo di Krebs
la fosforilazione ossidativa
Complessivamente:
C6H12O6+ 6O2 → 6 CO2 + 6 H2O +38 ATP
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La glicolisi
È una via metabolica molto antica, presente in tutte
le forme viventi
glucosio → 2 acido piruvico + 2 ATP
Si compie nel citoplasma cellulare
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Destini metabolici dell’acido piruvico
11 reazioni in successione lineare costituiscono il pathway della glicolisi.
Il glucosio viene ossidato lentamente per produrre due tronconi da 3 atomi
di carbonio: piruvato
Se il NADH viene rigenerato a livello
mitocondriale allora ogni NADH
genererà 3 ATP (glicolisi aerobia)
1
3
2
glucosio6P
4 Fruttosio1,6bisP
fruttosio6P
9
8
7
3Pglicerato
1,3 bisfosfoglicerato
6
5
gliceraldeide3P
idrossiacetone3P
11 reazioni in successione lineare
costituiscono il pathway della
glicolisi.
11
10
fosfenolpiruvato
Il glucosio viene ossidato
lentamente per produrre due
tronconi da 3 atomi di carbonio:
piruvato
Riossidazione del NADH+H+ nella glicolisi
Anaerobica. Muscolo in attività, globulo rosso.
Lattico deidrogenasi, enzima che riduce il piruvato a lattato, usa
NADH e produce NAD+, Ma catalizza anche la reazione inversa,
esiste in 5 isoforme diverse che si originano dalla diversa aggregazione
delle 2 subunità di cui è formata M e H in una struttura quaternaria composta
da 4 subunità.
Glucosio
La regolazione del metabolismo dei carboidrati viene fatto essenzialmente a livello degli
enzimi che regolano la sintesi e il catabolismo del glucosio e del glicogeno, mediante
modificazioni covalenti di questi enzimi (fosforilazione/defosforilazione) e attraverso
stimolazione o inibizione da cofattori come l’ATP e l’AMP. O da intermedi delle vie
metaboliche come il citrato o l’AcetilCoA.
Esiste una regolazione ormonale essenzialmente a carico di Insulina e Glucagone
(adrenalina soprattutto per i muscoli). L’insulina è una piccola proteina prodotta dalle
cellule B del pancreas in risposta all’innalzamento della glicemia. Il glucagone si
produce invece in risposta all’ipoglicemia, nelle cellule alfa dello stesso pancreas. Lo
stress e il movimento fanno produrre l’adrenalina dalla ghiandola surrenale.
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Il ciclo di Krebs
È un insieme di
sequenze cicliche
Avviene nella matrice
mitocondriale
Molti prodotti
intermedi vengono
impiegati in altre vie
metaboliche
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La fosforilazione ossidativa
È un insieme di reazioni che porta alla liberazione di
energia sotto forma di ATP
Avviene nelle creste mitocondriali
L’idrogeno proveniente dal ciclo di Krebs si lega
all’ossigeno per formare acqua
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Le funzioni dei glucidi
1 g di glucidi = 4 kcal
La principale funzione dei glucidi è quella energetica
I glucidi forniscono energia di rapido utilizzo
Funzione di riserva → si accumulano sotto forma di
glicogeno nei muscoli e nel fegato, in caso di necessità il
glicogeno è idrolizzato e libera glucosio
Alcuni glucidi svolgono un ruolo plastico, come ad es. il
galattosio e il ribosio
Funzione protettiva: sono necessari per un corretto
utilizzo dei grassi, che in carenza di glucidi si ossidano,
dando luogo ai cosiddetti corpi chetonici, tossici per il
nostro organismo
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Il fabbisogno glucidico
Si consiglia un apporto
giornaliero di glucidi pari al
55-65% dell’energia totale, di
cui 45-55% amido e non più
del 10% di glucidi semplici
L’eccesso di glucidi → obesità
La carenza di glucidi →
eccessivo catabolismo di
proteine, perdita di sodio,
marasma
