Biomolecole

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)
strasportano il colesterolo
dai tessuti periferici al fegato
H Lipoproteine LDL
a bassa densità (cattive)
strasportano 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