Biomolecole
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GLUCIDI Idrati di carbonio Carboidrati Zuccheri Definizione Composti ternari: C H O spesso il numero degli atomi di idrogeno è il doppio di quello degli atomi di ossigeno ORIGINE nei cloroplasti delle cellule vegetali 6H2O + 6CO2 luce è C6H12O6 + 6O2 clorofilla FUNZIONE - sorgente di energia C6H12O6 + 6O2 è En (673 Kcal) + 6H2O + CO2 - materiale di partenza per la sintesi di altre molecole organiche - componente strutturale di organi di sostegno (vegetali – artropodi) DIVISIONE Semplici monosaccaridi triosi tetrosi pentosi a3C a4C a5C *ribosio *desossiribosio Complessi disaccaridi esosi a6C eptosi a7C *glucosio *galattosio *fruttosio formati da 2 subunità: dimeri *saccarosio *lattosio *maltosio polisaccaridi formati da moltissime subunità di glucosio (Polimeri) *amido *cellulosa *glicogeno *chitina SINTESI condensazione per disidratazione formazione di un legame per eliminazione di una molecola di acqua è C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6 SCOMPOSIZIONE scissione per idrolisi rottura di un legame per aggiunta di una molecola di acqua Formula bruta e formula di struttura di: ribosio glucosio maltosio amido desossiribosio fruttosio saccarosio cellulosa glucosio H ribosio O H 1 C H OH 2 O 1 C C OH H 2 OH 3 C H H 3 OH C C C H 4 OH H 4 OH H 5 OH H 5 OH H 6 OH C C C C H H Queste catene lineari di atomi di carbonio acquistano la struttura ciclica esagonale pentagonale nel glucosio nel ribosio Nello stesso tipo di composto possiamo trovare la forma levogira e la forma destrogira zuccheri destrogiri zuccheri levogiri zuccheri che deviano verso destra la direzione della luce polarizzata zuccheri che deviano verso sinistra la direzione della luce polarizzata NB luce polarizzata luce che vibra in un solo piano si ottiene facendo passare la luce normale attraverso una particolare lente chiamata polarimetro GLICERALDEIDE RIBOSIO DESOSSIRIBOSIO GLUCOSIO Composto molto importante. Molti alimenti di cui ci nutriamo, vengono demoliti nel nostro organismo in tante molecole di glucosio, che per noi è la più importante fonte di energia. Il glucosio può legarsi con altri monosaccaridi e formare carboidrati più complessi. MALTOSIO Disaccaride formato da due molecole di glucosio. Nel maltosio le due unità di glucosio sono unite attraverso un atomo di ossigeno che fa da ponte tra due atomi di carbonio, uno appartenente ad una delle due unità di glucosio, l’altro all’altra. Tale ponte di ossigeno nasce a seguito della eliminazione di due atomi di idrogeno e di un atomo di ossigeno dalle due molecole di glucosio, con formazione di una molecola di acqua. SACCAROSIO Disaccaride formato da una molecola di glucosio e una molecola di fruttosio AMIDO Proviene dalle piante E’ la forma sotto cui il glucosio viene immagazzinato nelle piante (semi, radici, fusti) GLICOGENO Svolge negli animali la stessa funzione che l’amido svolge nelle piante. Quando mangiamo gli zuccheri, questi composti vengono demoliti nel nostro apparato digerente in tante molecole di glucosio. Il glucosio che non è utilizzato immediatamente dal nostro organismo viene inviato nelle cellule muscolari e nel fegato per esservi immagazzinato sotto forma di glicogeno CELLULOSA E’ il principale componente delle pareti cellulari delle peritante. Quando alla cellulosa delle pareti cellulari si somma la lignina il risultato è un complesso di cellule che riesce a sostenere anche alberi giganteschi. Il particolare modo in cui le unità di glucosio sono legate tra loro nella cellulosa fa sì che il nostro apparato digerente e quello degli altri mammiferi non si in grado di demolire questo polisaccaride. Le mucche e gli erbivori riescono a demolire la cellulosa, perché in questi animali la digestione della cellulosa è effettuata da particolari microrganismi che vivono nel loro apparato digerente. La cellulosa è anche importante per il nostro processo di digestione perché è la principale forma di fibre insolubili che favoriscono il movimento del contenuto del nostro tubo digerente. CHITINA La chitina è la principale componente dello scheletro esterno degli artropodi. Negli artropodi la chitina svolge una funzione strutturale di sostegno simile a quella svolta dalla cellulosa nelle piante LIPIDI Grassi Olei Definizione Composti ternari: C ORIGINE * vegetale * animale olio di oliva PROPRIETA’ burro H O margarina lardo * insolubili in acqua * solubili in solventi organici: etere, cloroformio benzene FUNZIONE * sorgente di energia * sostanze di riserva energetica (deposito) * struttura delle membrane cellulari * rivestimento protettivo della superficie di numerosi organismi (isolanti termici) * veicolo di entrata delle vitamine liposolubili (Vitamine A,D,E, K) CLASSIFICAZIONE Gliceridi monogliceridi digliceridi trigliceridi Fosfolipidi Glicolipidi Cere Steroidi SINTESI condensazione per disidratazione formazione di un legame per eliminazione di una molecola di acqua SCOMPOSIZIONE scissione per idrolisi rottura di un legame per aggiunta di una molecola di acqua GLICERIDI non sono polimeri STRUTTURA glicerolo + acidi grassi *glicerolo + acido grasso monogliceride *glicerolo + + acido grasso acido grasso digliceride + + + acido grasso acido grasso acido grasso trigliceride *glicerolo NB acido grasso: saturo insaturo lipidi saturi insaturi SINTESI condensazione per disidratazione SCOMPOSIZIONE scissione NB Trigliceridi solidi liquidi saturi insaturi per idrolisi formazione di un legame per eliminazione di una molecola di acqua rottura di un legame per aggiunta di una molecola di acqua FOSFOLIPIDI non sono polimeri STRUTTURA * glicerolo + acido grasso coda apolare idrofoba + acido grasso coda apolare idrofoba + H3PO4 + *** H H - C - molecola polare sono presenti nelle membrane cellulari O O O H - H- C - C- H O O testa polare idrofila PO4 H H H H H C - C - C - C - C - C - H H H H H H H H H H C - C - C - C - C - H H H H H H - Molecola polare CERE COMPOSIZIONE CHIMICA complessa CARATTERISTICHE * morbidi * plasmabili al caldo DIVISIONE * cere vegetali * cere animali FUNZIONE * rivestimento protettivo * riduzione della traspirazione in alcune foglie STEROIDI Il più abbondante steroide nei tessuti animali è il colesterolo Il colesterolo * si trova nelle membrane delle cellule animali * è sintetizzato dal fegato *** Alcuni ormoni sono steroidei cortisolo estrogeni testosterone PROTIDI Definizione Composti quaternari: C H ORIGINE cellulare O N S P Fe Mg I ogni cellula sintetizza le sue prote CARATTERISTICHE insolubili in acqua sensibili a variazioni di pH coagulano in presenza di acidi, basi, [saline] temperatura coagulano alla temperatura di 60°C sono macromolecole notevoli DIMENSIONI FUNZIONI f. plastica partecipano alla struttura della cellula f. contrattile actina, miosina f. di riserva ovalbumina f. regolatrice ormoni proteici: insulina f. trasportatrice emoglobina f. catalizzatrice enzimi f. protettiva anticorpi, fibrinogeno f. comunicativa recettori di membrana COMPOSIZIONE Sequenza di amminoacidi legati tra loro da legami peptidici Le proteine sono molecole costruite con il sistema della ripetizione degli amminoacidi Le proteine sono polimeri di amminoacidi Polimeri macromolecole formate da subunità (monomeri) legate tutte dallo stesso tipo di legame sequenza successione ordinata amminoacido composto organico che nella molecola presenta un gruppo amminico NH2 n gruppo acido (carbossilico) COOH amminoacidi in natura amminoacidi esenziali legame peptidico sono circa 20 amminoacidi che una specie non sa sintetizzare è il legame che si forma tra due amminoacidi con liberazione di una molecola di acqua (disidratazione) Il legame peptidico si instaura tra il gruppo acido di un amminoacido e il gruppo amminico di un altro amminoacido PROTIDI DIVISIONE Proteine semplici fibrose insolubili in acqua funzione globulari solubili in acqua strutturale peli funzione chimica (enzimi, anticorpi, recettori) Proteine complesse lipoproteine combinazione di lipidi e proteine glicoproteine combinazione di zuccheri e proteine funzione di trasporto (HDL, LDL) funzione di recettori alla superficie della cellula SINTESI condensazione per disidratazione formazione di un legame per eliminazione di una molecola di acqua SCOMPOSIZIONE scissione per idrolisi rottura di un legame per aggiunta di una molecola di acqua NB Le proteine possono subire una scissione intracellulare extracellulare NB STRUTTURE STRUTTURA PRIMARIA Le proteine sono insolubili in acqua Gli amminoacidi sono solubili in acqua sequenza degli amminoacidi Nelle proteine gli amminoacidi sono sempre nello stesso numero dello steso tipo nella stessa sequenza STRUTTURA SECONDARIA Avvolgimento ad elica es cheratina Disposizione a lamina beta o foglio ripiegato es. fibrina della seta STRUTTURA TERZIARIA Forma globulare della catena peptidica STRUTTURA QUATERNARIA Unione di più catene peptidiche nella loro struttura terziaria es. emoglobina DENATURAZIONE H Le proteine sono sensibili a variazioni di H pH H temperatura AMMINOACIDI FORMULA GENERALE coagulano in presenza di acidi, basi, [saline] coagulano alla temperatura di 60°C R H O N - C - C H OH H LEGAME PEPTIDICO R R H O N - C - H C N O–H H C - OH H R R O - C - H C O N - O–H H C - H H H Il legame peptidico è il legame che si forma tra due amminoacidi con liberazione di una molecola di H2O (disidratazione) Il legame peptidico si instaura tra il gruppo amminico di un amminoacido e il gruppo acido di un altro amminoacido LIPOPROTEINE TIPI C OH H2O Definizione C H H H N O Combinazione di lipidi e proteine H Lipoproteine HDL ad alta densità (buone) strasportano il colesterolo dai tessuti periferici al fegato H Lipoproteine LDL a bassa densità (cattive) strasportano il colesterolo ai tessuti periferici e alle arterie GLICOPROTEINE Definizione Combinazione di proteine e carboidrati ENZIMI Definizione RUOLO Molecole proteiche sensibili a variazioni di H pH H temperatura in lievito coagulano in presenza di acidi, basi, [saline] coagulano alla temperatura di 60°C gli enzimi sono catalizzatori biologici delle reazioni chimiche Catalizzatore sostanza che es. 2KClO3 s accelera la velocità di reazione s alla fine del processo si ritrova inalterata à 2KClO3 MnO2 2KCl + 3 O2 à reazione lenta 2KCl + 3 O2 (C6H10O5)n + n H2O à (C6H10O5)n + n H2O Ptialina + MnO2 reazione veloce n C6H12O6 reazione lenta àn C6H12O6 reazione lenta FUNZIONE gli enzimi accelerano le reazioni chimiche perché riducono l’energia di attivazione NOME energia di attivazione energia che bisogna somministrare perché abbia inizio la reazione il nome degli enzimi generalmente termina in asi CARATTERISTICHE AZIONE SELETTIVA ricerca del sito attivo SPECIFICITA’ agiscono solo su una particolare sostanza PRESENZA DI SITI ATTIVI es. chiave-serratura parti dell’enzima direttamente coinvolte nella catalisi Ai siti attivi si legano le molecole del substrato NB (sostanza catalizzata) cofattore coenzima apoenzima sostanza che aiuta l’enzima (gruppo prostatico) : aggiunta è un cofattore legato all’enzima di natura proteica INATTIVAZIONE DEGLI ENZIMI Alcune sostanze inibiscono l’azione degli enzimi Si fissano alla molecola enzimatica e bloccano il sito attivo impedendo che le reazioni catalizzate dall’enzima avvengano regolarmente es. ACIDI DNA ACIDO ioni metallici sulfamidici pesanti colinaesterasi e curaro NUCLEICI DESOSSIRIBONUCLEICO (Pb Hg) inibiscono l’azione degli enzimi della crescita batterica RNA ACIDO RIBONUCLEICO NB. Si chiamano acidi nucleici perché sono stati scoperti nel nucleo delle cellule. DNA Definizione Il DNA è l’agente che controlla i caratteri ereditari FUNZIONE Il DNA è il depositario delle informazioni genetiche è l’archivio genetico Ogni carattere ereditario è in relazione con la sequenza dei nucleotidi del DNA CARATTERISTICA Il DNA ha la capacità di autoduplicarsi DNA STRUTTURA Modello di Watson e Crick la molecola del DNA è formata da due filamenti avvolti ad elica ogni filamento è un polimero di nucleotidi è costituito da una sequenza di unità fondamentali: Nucleotidi Nucleotide molecola formata da *gruppo fosforico *Desossiribosio *Base azotata successione ordinata deriva da H3PO4 (zucchero a 5 atomi di C) P Z B In ogni nucleotide è identico l’acido fosforico e lo zucchero cambia la base azotata Le basi azotate sono 4 adenina citosina guanina timida si dividono in PURINE formate da 2 anelli: uno esagonale e uno pentagonale adenina guanina PIRIMIDINE formate da un anello esagonale citosina timida Nel DNA si hanno 4 tipi di nucleotidi P Adenosinfosfato Citosoninfosfato D P D A C P Guanosinfosfato Timinosinfosfato DNA STRUTTURA Modello di Watson e Crick Ogni filamento di DNA è una sequenza di nucleotidi P D G D T I nucleotidi si uniscono tra loro mediante un legame che si forma tra il gruppo fosforico di un nucleotide e il carbonio 3’ della molecola di zucchero del nucleotide adiacente (legame di tipo estere) In ogni nucleotide la base azotata è legata al carbonio C1 con legame covalente I due filamenti sono uniti da deboli legami chimici (legami idrogeno) che si istaurano tra basi azotate complementari A-T C-G G-C T-A NB Quando si è stabilito l’ordine dei nucleotidi di una filamento resta stabilito anche l’ordine dei nucleotidi nell’altro. All’interno della doppia elica i due filamenti corrono in senso opposto. La direzione dall’estremità 5’ alla 3’ di ogni filamento è invertita rispetto all’altro. I filamenti sono detti perciò antiparalleli DNA DUPLICAZIONE PROCESSO La molecola del DNA si despiralizza in un tratto punto di origine della duplicazione I due filamenti della doppia elica si separano per azione di enzimi bolla di duplicazione, forcella di duplicazione Le basi azotate esposte dei nucleotidi dei due filamenti richiamano e agganciano i nucleotidi complementari di DNA liberi nel nucleo La duplicazione viene detta duplicazione bidirezionale perché avviene nelle due direzioni opposte rispetto al punto di origine I nucleotidi di DNA agganciati dalle basi azotate complementari si allineano lungo il filamento di DNA vengono legati uno dopo l’altro con legami di tipo estere per mezzo dell’enzima DNApolimerasi formano due filamenti complementari Ogni filamento di DNA serve da stampo per un nuovo filamento Si ottengono due doppie eliche identiche a quella di partenza con informazioni identiche a quelle di partenza CARATTERISTICA Duplicazione semiconservativa In ogni nuova molecola uno dei due filamenti deriva sempre dalla molecola di partenza NB Il processo di duplicazione è catalizzato da enzimi specifici: DNAelicasi DNApolimerasi DNAligasi non avviene da un estremo all’altro della molecola ma simultaneamente in più punti NB La duplicazione del DNA è un’autoduplicazione una proprietà peculiare del DNA NB Errori Enzimi riparatori presenza di nucleotidi non complementari RNA STRUTTURA la molecola del RNA è formata da due filamenti avvolti ad elica ogni filamento è un polimero di nucleotidi è costituito da una sequenza di unità fondamentali: Nucleotidi Nucleotide molecola formata da *gruppo fosforico * Ribosio *Base azotata deriva da H3PO4 (zucchero a 5 atomi di C) P In ogni nucleotide successione ordinata Z B è identico l’acido fosforico e lo zucchero cambia la base azotata la base azotata è legata al carbonio C1 con legame covalente Le basi azotate sono 4 adenina citosina guanina uracile si dividono in PURINE adenina guanina PIRIMIDINE citosina uracile formate da 2 anelli: uno esagonale e uno pentagonale formate da un anello esagonale Nel RNA si hanno 4 tipi di nucleotidi P Adenosinfosfato P R Citosoninfosfato P Guanosinfosfato P R Timinosinfosfato R A C R G U Il filamento di RNA è una sequenza di nucleotidi I nucleotidi si uniscono tra loro mediante un legame che si forma tra il gruppo fosforico di un nucleotide e il carbonio 3’ della molecola di zucchero del nucleotide adiacente (legame di tipo estere) DIFFERENZE TRA DNA e RNA Il DNA è formato da un doppio filamento l’RNA è formato da un semplice filamento La molecola di RNA è più piccola di quella di DNA I nucleotidi contengono: Desossiribosio Ribosio nel DNA nel RNA La base azotata Timida non esiste nel RNA (Le basi azotate del RNA sono: adenina, citosina, guanina, gracile) FUNZIONE L’RNA è il veicolo trasmettitore della informazione scritta nel DNA TIPI di RNA mRNA (messaggero) porta al citoplasma le informazioni che il DNA ha trascritto Gli mRNA sono tanti quante sono le proteine La diversificazione tra un mRNA e l’altro sta nella successione e nel numero dei nucleotidi rRNA (ribosomale) forma i ribosomi tRNA (di trasporto) trasporta gli amminoacidi ai ribosomi nell’ordine indicato dal mRNA RNA SINTESI Il doppio filamento del DNA si despiralizza e si apre in un punto Le basi azotate esposte dei nucleotidi di un solo filamento del DNA richiamano i nucleotidi complementari di RNA liberi nel nucleo NB Nucleotidi complementari di RNA: I nucleotidi di RNA agganciati alle basi azotate complementari per azione di enzimi U G C A A C G T si allineano lungo il filamento del DNA vengono legati uno dopo l’altro (per mezzo dell’enzima RNApolimerasi) formano una molecola di mRNA °°° Ogni gruppo di tre nucleotidi nel mRNA è detto codone (unità di codice) NB L’mRNA è formato così da una sequenza di nucleotidi che segue l’ordine dei nucleotidi del DNA Ogni codone codifica per un amminoacido Ogni amminoacido può essere codificato da diversi codoni L’mRNA si separa dal DNA si porta fuori del nucleo nel citoplasma ACIDI NUCLEICI ESPERIMENTI 1869 FRIEDRICK MIESCHER Isolò per la prima volta una sostanza zuccherina leggermente acida contenente fosforo Questa sostanza venne chiamata: acido nucleico perché scoperta nel nucleo delle cellule 1940 ALFREDO HERSHEY e MARTA CHASE Esperimenti: virus (fago T4) su Escherichia coli Fago formato da capside di natura proteica genoma (DNA) 2 campioni di fagi uno marcato con S35 proteine del capside l’altro marcato con P32 infezione di due gruppi di cellule batteriche ciclo evolutivo del virus mescolamento delle cellule batteriche separazione delle cellule batteriche dai capsidi virali per centrifugazione DNA del genoma Scoperta l’isotopo S35 era rimasto fuori delle cellule batteriche l’isotopo P32 era entrato all’interno delle cellule batteriche e si era duplicato ACIDI solo il DNA è coinvolto nel processo di duplicazione e contiene il materiale ereditari NUCLEICI ESPERIMENTI 1950 PAULING Le proteine sono disposte in modo elicoidale. Questo avvolgimento ad elica è mantenuto da legami idrogeno che si instaurano tra amminoacidi della catena polipeptidica Pauling avanzò l’ipotesi che il DNA e l’RNA potessero avere struttura simile a quella delle proteine 1951 CHARGAFF Scopre che la proporzione dei nucleotidi di DNA contenenti timina è di 1:1 dei nucleotidi contenenti adenina Lo stesso vale per la citosina e la guanina 1952 ROSALIND FRANKLIN Specialista nel riprendere immagini ai raggiX di materiali cristallini Diffrazione ai raggi X Facendo passare un fascio di raggi X attraverso un aggregato cristallino, si possono ricavare informazioni sulla struttura molecolare del cristallo dal modo in cui i raggi X vengono diffratti dalle particelle del cristallo. Le sue immagini della diffrazione ai raggi X del DNA e del RNA fornirono indizi fondamentali a Watson e Crick 1953 WATSON e CRICK Modello molecolare del DNA ACQUA ACQUA e VITA L’acqua è la molecola più abbondante negli esseri viventi MOLECOLA DELL’ACQUA formula bruta formula di struttura H2O molecola polare Legami a H Forza di coesione e forza di adesione CONSEGUENZE DEI LEGAMI H nell’H2O coesione adesione imbibizione capillarità tensione superficiale densità massima calore di evaporazione elevato calore specifico elevato acqua solvente di sostanze polari PROPRIETA’ DELL’ACQUA solvente polare mezzo di trasporto ambiente di reazioni chimiche partecipa a due reazioni chimiche: disidratazione idrolisi mantiene il turgore cellulare l’equilibrio termico (con l’evaporazione) L’ACQUA non SCIOGLI LE SOSTANZE APOLARI SOSTANZE IDROFILE E SOSTANZE IDROFOBE ACIDI E BASI IN ACQUA scala del pH CICLO DELL’ACQUA
