Le molecole organiche
Diversità e caratterizzazione
Le molecole organiche
Non sono altro che composti organici contenenti atomi di carbonio. Esempio la
molecola di metano (CH4), etano (C2H6), propano (C3H8).
Tutti i composti a base di carbonio e idrogeno sono chiamati idrocarburi.
Quando, in una molecola organica, abbiamo una catena di atomi di carbonio,
detta catena è chiamata scheletro carbonioso. La forma e le dimensioni dello
scheletro carbonioso determinano le proprietà del composto organico.
Le molecole organiche
I sei gruppi funzionali dei composti organici sono:
IDROFILI
•Gruppo ossidrilico –OH
composti solubili in acqua detti alcoli
es. etanolo CH3CH2OH
•Gruppo carbonilico C=O
aldeidi o chetoni (in base alla loro posizione
all’interno della molecola), es. propanale
(aldeide), acetone (chetone).
Gruppo carbossilico –COOH
acidi carbossilici (es. acido acetico).
Le molecole organiche
•Gruppo amminico –NH2
ammine (es. metilammina).
•Gruppo fosfato (R–OPO3)2
dove R è un gruppo organico. Es. l’ATP o
adenosina trifosfato dove un gruppo organico
R (adenosina) è legato a tre gruppi fosfato.
Le molecole organiche
IDROFOBI
•Gruppo metilico –CH3
metile e i gruppi vengono chiamati metilati.
Es. metilcitosina.
Le molecole organiche
Le grandi molecole biologiche si dividono in quattro classi principali: carboidrati,
lipidi, protidi (proteine) e acidi nucleici. A causa delle loro notevoli dimensioni
vengono chiamate macromolecole.
Le cellule sintetizzano le macromolecole partendo da molecole piccole
concatenate in polimeri (dal greco polys molto e meros parte).
Un polimero è una lunga molecola formata dalla ripetizione di più unità dette
monomeri (dal greco monos uno e meros parte).
Le cellule sintetizzano un gran numero di polimeri a partire da diverse
combinazioni di appena 20 amminoacidi. Il DNA è invece formato da 4 diversi tipi
di monomeri chiamati nucleotidi ma il loro susseguirsi da luogo a sequenze
diverse tra loro.
Le molecole organiche
La sintesi dei polimeri. Le cellule sintetizzano monomeri per formare polimeri
mediante un processo di condensazione. Nella reazione di condensazione
abbiamo l’unione dei monomeri che avviene grazie al legame tra un atomo di
idrogeno di un monomero e il gruppo ossidrilico –OH di un altro monomero. In
questa reazione si ha l’eliminazione di una molecola di acqua. La reazione viene,
infatti, detta di disidratazione.
La demolizione dei polimeri. Ma le cellule devono anche demolire le macromolecole. In questo caso compiono reazioni di idrolisi (da ydor acqua e lysis
soluzione o da lyo sciogliere). In questo caso, grazie all’aggiunta di una molecola
di acqua abbiamo la separazione tra un monomero e la catena polimerica.
In ambedue le reazioni sopra descritte occorre l’intervento degli enzimi che sono
proteine che accelerano le reazioni chimiche.
I carboidrati
Non sono altro che composti organici formati da atomi di carbonio, idrogeno e
ossigeno. Sono le principali fonti di energia usate dagli esseri viventi. Hanno
come formula chimica generale (CH2O)m dove m stà per un numero di volte
(multipli) imprecisato. Es. se m è = 6 abbiamo C6H12O6 (glucosio).
Sono idrofili a causa dei numerosi gruppi ossidrilici (-OH). Hanno dimensioni
molto varie. Si passa dagli zuccheri semplici, quali i monosaccaridi (da monos
singolo e sacharum zucchero), a quelli poco più complessi come i disaccaridi (da
di due), fino ai polisaccaridi (da polis molti).
I monosaccaridi. Fanno parte di questi il glucosio, contenuto nelle cellule di tutti
gli organismi, il fruttosio, presente nella frutta e nel miele, e il galattosio,
componente del latte. Il glucosio e il fruttosio hanno la stessa formula chimica ma
si differenziano per la posizione sfalsata del gruppo carbonilico C=O. A causa
della formula identica vengono chiamati isomeri (da isos uguale e meros parte) e
dato che hanno ugual numero di atomi di carbonio (6) vengono detti esosi.
Possiamo, comunque, avere monosaccaridi con 5 atomi di carbonio. In questo
caso vengono chiamati pentosi.
I carboidrati
I disaccaridi. Sono formati da due monosaccaridi uniti mediante una reazione di
condensazione. Ne fanno parte: il maltosio (zucchero presente nei semi di malto e
usati per la produzione della birra e di alcuni dolci), composto da due monomeri
di glucosio, e il saccarosio (zucchero estratto dalla canna da zucchero e dalle
radici delle barbabietole, è più conosciuto come zucchero da tavola), composto da
un monomero di glucosio e da un monomero di fruttosio.
I polisaccaridi. Sono formati da singoli monosaccaridi, legati tra loro da reazioni
di condensazione. Ne fanno parte: l’amido (zucchero che compone il 99% del
corpo delle patate, é anche presente nei cereali, nel mais, nel riso e nel frumento,
quindi, anche nella pasta), è composto esclusivamente da monomeri di glucosio,
il glicogeno (viene immagazzinato dagli animali, nelle cellule del fegato e dei
muscoli come sostanze di riserva e poi, con un processo di idrolisi, viene demolito
liberando glucosio, la cellulosa (composto organico più abbondante sulla Terra in
quanto forma le pareti rigide delle cellule vegetali), è un polimero del glucosio, e,
infine, la chitina, utilizzato da insetti e crostacei per costruire l’esoscheletro.
I lipidi
A differenza dei carboidrati, i lipidi sono idrofobi, cioè rifuggono l’acqua. Rientrano
nella categoria dei grassi. Un grasso è costituito da una voluminosa molecola
lipidica ottenuta da una molecola di glicerolo con molecole di acidi grassi. Es. i
trigliceridi formati da una molecola di glicerolo e da tre molecole di acido grasso. Il
glicerolo è un alcol a tre atomi di carbonio ognuno dei quali è legato ad un gruppo
ossidrilico (-OH). Un acido grasso è costituito da un gruppo carbossilico (-COOH)
e da uno scheletro carbonioso. Se gli atomi di carbonio nella catena sono uniti da
legami semplici, l’acido grasso è detto saturo. Se invece è presente un doppio
legame nella catena di atomi di carbonio allora l’acido grasso è detto insaturo. Nel
pesce e nei vegetali sono presenti grassi insaturi. Nei grassi animali come il burro
e il lardo sono presenti, invece, acidi grassi saturi.
La funzione dei lipidi, soprattutto dei trigliceridi, è quella di immagazzinare energia
da usare nei momenti di bisogno. Assicurano una protezione meccanica agli
organi vitali e isolano termicamente il corpo. Alcuni grassi fra cui i fosfolipidi e il
colesterolo sono importanti costituenti delle membrane cellulari. Altri tipi di grassi,
quali gli steroidi, funzionano da messaggeri chimici tra le cellule. I fosfolipidi sono
simili ai trigliceridi ma hanno solo due acidi grassi, e non tre, uniti al glicerolo.
I lipidi
Gli steroidi sono lipidi il cui scheletro carbonioso è costituito da quattro anelli uniti
tra loro. Il colesterolo è un’importante componente delle membrane delle cellule
animali e viene utilizzato dalle cellule anche come materiale di partenza per
sintetizzare altri steroidi tra cui gli ormoni sessuali quali il testosterone (ormone
sessuale maschile) e gli estrogeni (ormone sessuale femminile).
Le proteine
Il nome deriva dal greco proteion cioè prima posizione e suggerisce l’importanza
di questa classe di macromolecole. E’ un polimero costituito da monomeri
chiamati amminoacidi legati mediante legami peptidici. Tutte le proteine sono
costruite a partire dagli stessi 20 amminoacidi. Ogni amminoacido è composto da
un gruppo amminico (-NH2), da un gruppo carbossilico (-COOH) e da un gruppo
funzionale indicato con R.
I principali otto tipi di proteine sono:
•Gli enzimi che agiscono come catalizzatori che accelerano le reazioni chimiche.
•Le proteine strutturali che si trovano nei peli, nei tendini e nei legamenti.
•Le proteine contrattili come l’actina e la miosina che si trovano nei muscoli.
•Le proteine di difesa come gli anticorpi.
•Le proteine regolatrici sono ormoni che coordinano le attività dell’organismo.
•Le proteine-recettore si trovano all’interno della membrana cellulare.
•Le proteine di trasporto come l’emoglobina o le proteine che trasportano zuccheri
•Le proteine di riserva come l’ovoalbumina dell’albume dell’uovo.
Le proteine
Le proteine si formano tramite reazione di condensazione. In questo caso i
monomeri sono gli amminoacidi che si legano tramite un legame covalente
chiamato legame peptidico. Il legame peptidico si genera quando la parte basica
di un amminoacido (il gruppo funzionale amminico –NH2) si unisce con la parte
acida di un amminoacido diverso (il gruppo funzionale carbossilico –COOH).
Quando ciò avviene, uno degli H legati all’azoto (gruppo funzionale amminico), si
separa e si unisce al gruppo –OH legato al carbonio (gruppo funzionale
carbossilico) formando una molecola di acqua e permette a C e ad N di unirsi in
un legame detto appunto peptidico.
Quando la proteina è formata da due amminoacidi, viene detta dipeptide. Se si
uniscono altri amminoacidi allora abbiamo un polipeptide.
Dalla disposizione diversa di soli 20 amminoacidi le proteine sono in grado di
sintetizzare migliaia di tipi differenti di proteine.
Gli acidi nucleici
I polimeri che formano gli acidi nucleici sono costituiti da monomeri detti
nucleotidi. I nucleotidi sono formati da un gruppo fosfato (R–OPO3)2, da uno
zucchero (il ribosio oppure il desossiribosio), e da una base azotata. In natura
esistono due tipi di acidi nucleici: il DNA (Acido DesossiriboNucleico), e l’RNA
(Acido RiboNucleico).
Il DNA è una macromolecola che contiene tutte le informazioni ereditarie
necessarie per realizzare la struttura primaria delle proteine di un organismo,
mentre l’RNA interviene come mediatore in questo processo, traducendo le
istruzioni contenute nel DNA.
L’RNA è composto da un unico filamento polinucleotidico, mentre il DNA da un
doppio filamento.
Le basi azotate del DNA sono 4 disposte con sequenze e combinazioni diverse.
Queste sono l’adenina (A), la timina (T), la citosina (C) e la guanina (G). I legami
sono forzati nel senso che l’adenina (A) si può unire solo con la timina (T), e la
citosina (C) solo con la guanina (G).
Le basi azotate dell’RNA sono le stesse del DNA tranne che per la timina (T) che
è sostituita dall’uracile (U).
