Unità 1 Le molecole della vita In apertura: Lattosio, sì o no? Latte e latticini sono cibi nutrienti, ricchi di proteine e minerali Per milioni di persone, però, i benefici di questi alimenti sono accompagnati da problemi: sono infatti intolleranti al lattosio, lo zucchero principale del latte Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. 2 In apertura: Lattosio, sì o no? Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. Per assorbire il lattosio, le cellule dell’intestino tenue devono produrre un enzima, la lattasi, in grado di accelerare la demolizione del lattosio 3 In apertura: Lattosio, sì o no? Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. Chi è intollerante al lattosio produce una quantità insufficiente di lattasi 4 In apertura: Lattosio, sì o no? La maggior parte degli esseri umani non produce lattasi in età adulta La capacità di digerire da adulti è dovuta a una mutazione genetica 9000 anni fa, questa mutazione si diffuse tra le popolazioni del nord Europa, quando iniziarono ad allevare bestiame da latte Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. 5 Lezione 1 ELEMENTI, COMPOSTI E LEGAMI 6 1.1 Tutti gli organismi sono costituiti da circa 25 elementi chimici Gli organismi sono costituiti da materia La materia è tutto ciò che occupa spazio e ha massa (peso) – La materia è composa da elementi chimici – Elemento: una sostanza che non può essere separata chimicamente in altre sostanze – Gli elementi chimici naturali conosciuti sono circa 90 – Per la vita sono fondamentali circa 25 elementi – Gli elementi in tracce sono essenziali per l’organismo, ma solo in quantità minime 7 1.1 Tutti gli organismi sono costituiti da circa 25 elementi chimici Check Quali sono i quattro elementi chimici più abbondanti nella materia vivente? 8 1.2 Gli atomi sono costituiti da protoni, neutroni ed elettroni L’atomo è la più piccola unità di materia che conserva ancora le proprietà di un elemento – L’atomo può essere scisso in più di cento tipi di particelle subatomiche, ma solo tre sono importanti per i composti biologici – Protone: carica elettrica positiva – Elettrone: carica elettrica negativa – Neutrone: elettricamente neutro 9 1.2 Gli atomi sono costituiti da protoni, neutroni ed elettroni Nel nucleo, neutroni e protoni sono a stretto contatto Gli elettroni orbitano intorno al nucleo quasi alla velocità della luce – L’attrazione tra la carica positiva dei protoni e la carica negativa degli elettroni li trattiene vicino al nucleo – Protoni e neutroni hanno dimensioni impossibili da rappresentare correttamente in scala – Se l’atomo di elio fosse uno stadio, il suo nucleo sarebbe una mosca al centrocampo, e gli elettroni due moscerini che ronzano intorno allo stadio 10 1.2 Gli atomi sono costituiti da protoni, neutroni ed elettroni Gli atomi dei vari elementi differiscono per il numero di particelle subatomiche Tutti gli atomi di un dato elemento hanno lo stesso numero di protoni, indicato dal numero atomico – Un atomo di elio ha due protoni: numero atomico 2 – Un atomo di carbonio ha sei protoni: numero atomico 6 11 Nube elettronica 6e– Nucleo 6 Protoni 6 Neutroni 6 Elettroni Numero atomico = 6 12 Nube elettronica 6e– Nucleo 6 Protoni 6 Neutroni 6 Elettroni Numero di massa = 12 13 1.2 Gli atomi sono costituiti da protoni, neutroni ed elettroni Solo gli elettroni sono coinvolti nell’attività chimica Gli elettroni si dispongono su livelli di energia chiamati gusci elettronici – La tavola periodica degli elementi contiene informazioni sulla disposizione degli elettroni nei vari elementi 14 1.2 Gli atomi sono costituiti da protoni, neutroni ed elettroni Un atomo può avere uno, due o più gusci elettronici – Le proprietà chimiche di un atomo sono determinate dal numero di elettroni nel guscio più esterno – Il primo guscio elettronico può ospitare fino a due elettroni, quelli più esterni fino a otto 15 1.3 Gli atomi si uniscono per formare molecole tramite legami chimici Gli atomi con il guscio esterno completo sono più stabili di quelli con guscio esterno incompleto – Per raggiungere la massima stabilità un atomo può donare, condividere, ricevere elettroni – Questo determina interazioni tra gli atomi chiamate legami chimici 16 1.3 Gli atomi si uniscono per formare molecole tramite legami chimici Check Quanti elettroni e quanti gusci elettronici ha un atomo di sodio? Quanti sono gli elettroni nel suo guscio esterno? 17 1.3 Gli atomi si uniscono per formare molecole tramite legami chimici Quando un atomo, o una molecola, acquisiscono una o più cariche elettriche diventano ioni – La perdita di un elettrone determina l’acquisto di una carica positiva – Il guadagno di un elettrone dona una carica negativa Due ioni con carica opposta si attraggono – Quando l’attrazione è abbastanza forte da legarli si forma un legame ionico 18 Trasferimento di un elettrone Na Atomo di sodio Cl Atomo di cloro 19 Trasferimento di un elettrone Na Atomo di sodio Cl Atomo di cloro + – Na+ Ione sodio Cl– Ione cloruro Cloruro di sodio (NaCl) 20 Na+ Cl– 21 1.3 Gli atomi si uniscono per formare molecole tramite legami chimici Check Che cosa tiene uniti gli atomi in un cristallo di cloruro di sodio (NaCl)? 22 1.3 Gli atomi si uniscono per formare molecole tramite legami chimici In un legame covalente due atomi condividono una o più coppie di elettroni – Due o più atomi uniti da legami covalenti formano una molecola 23 24 1.3 Gli atomi si uniscono per formare molecole tramite legami chimici Check La seguente formula di struttura è sbagliata: sai dire perché? H–C=C–H 25 1.4 Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono la vita esplorando In una molecola gli atomi sono in costante competizione per gli elettroni condivisi nei legami – L’elettronegatività è l’attrazione che un atomo esercita sugli elettroni condivisi – Più un atomo è elettronegativo, maggiore è la forza con cui attira gli elettroni 26 1.4 Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono la vita esplorando Nelle molecole formate da un solo elemento gli atomi esercitano un’uguale attrazione sugli elettroni – Di conseguenza, si formano legami covalenti puri (o non polari) 27 1.4 Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono la vita esplorando Gli atomi che formano la molecola di acqua hanno invece una diversa elettronegatività – L’ossigeno attrae gli elettroni con più forza rispetto all’idrogeno – Gli elettroni passano quindi più tempo vicino all’atomo di ossigeno – In questo modo si genera un legame covalente polare 28 1.4 Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono la vita esplorando Nell’acqua, l’ossigeno acquista una parziale carica negativa, mentre gli atomi di idrogeno acquistano una parziale carica positiva – L’acqua è dunque una molecola polare, ha cioè una ineguale distribuzione delle cariche 29 (–) (–) O H (+) H (+) 30 1.4 Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono la vita esplorando Check Perché è improbabile che due molecole di acqua vicine si dispongano come illustrato? 31 1.4 Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono la vita esplorando Alcuni legami chimici sono più deboli di quelli covalenti Quando è parte di un legame covalente polare, un atomo di idrogeno può interagire con atomi elettronegativi – Per esempio ossigeno e azoto Si forma in questo modo un legame idrogeno – Una molecola di acqua forma legami idrogeno con le molecole d’acqua adiacenti 32 Legame idrogeno 33 1.4 Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono la vita esplorando Check Che cosa permette alle molecole di acqua vicine di stabilire legami idrogeno? 34 1.4 Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono la vita esplorando La tendenza delle molecole di una sostanza a restare unite tra loro è detta coesione – Grazie ai legami idrogeno nell’acqua la coesione è molto più forte che nella maggior parte degli altri liquidi – Questa caratteristica è assai importante per gli esseri viventi – Le piante dipendono dalle forze di coesione per il trasporto dell’acqua e delle sostanze nutritive 35 1.4 Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono la vita esplorando Una forza connessa alla coesione è la tensione superficiale, una misura della resistenza alla deformazione della superficie di un liquido – I legami idrogeno conferiscono all’acqua una tensione superficiale insolitamente alta 36 1.4 Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono la vita esplorando Check Sai spiegare in che modo l’acqua risale attraverso il fusto dei fiori recisi posti in un vaso? 37 1.4 Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono la vita esplorando Grazie ai suoi legami idrogeno, l’acqua ha una elevata resistenza alle variazioni di temperatura – Il calore è l’energia associata al movimento degli atomi e delle molecole nella materia – La temperatura misura la velocità media degli atomi e delle molecole Nel caso dell’acqua, parte dell’energia assorbita serve per spezzare i legami idrogeno 38 Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. 39 1.4 Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono la vita esplorando Check Perché nei mesi estivi l’umidità sembra rendere le giornate più calde? 40 1.4 Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono la vita esplorando L’acqua esiste in natura allo stato gassoso, liquido e solido – Quando si trova allo stato solido l’acqua è meno densa di quando è allo stato liquido: questo è dovuto ai legami idrogeno 41 1.4 Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono la vita esplorando Quando l’acqua ghiaccia, ogni molecola forma legami idrogeno stabili con quattro molecole vicine – Si crea un reticolo tridimensionale – Le molecole sono poste a distanza regolare Il ghiaccio è meno denso dell’acqua e quindi galleggia 42 Legami idrogeno Ghiaccio I legami idrogeno sono stabili Acqua allo stato liquido I legami idrogeno si spezzano e si riformano in continuazione 43 1.4 Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono la vita esplorando Check Perché la frattura delle rocce può essere causata dal congelamento dell’acqua contenuta nelle loro fessure? 44 1.4 Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono la vita esplorando Una soluzione è un miscuglio omogeneo di due o più sostanze – L’agente che scioglie è chiamato solvente – La sostanza che viene sciolta è chiamata soluto Se il solvente è l’acqua, si parla di soluzione acquosa 45 1.4 Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono la vita esplorando L’acqua è un ottimo solvente grazie alla polarità delle sue molecole Questa proprietà è fondamentale per la vita – Il sale da tavola si scioglie facilmente in acqua – Gli ioni sodio e cloro e le molecole d’acqua si attraggono reciprocamente grazie al fatto che possiedono cariche opposte 46 Ione in soluzione Cristallo di sale 47 1.4 Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono la vita esplorando Check Che cos’è una soluzione acquosa? 48 1.5 La diversità delle molecole che caratterizzano la vita si fonda sulle proprietà del carbonio Quasi tutte le molecole sintetizzate dalle cellule sono composte da atomi di carbonio legati tra loro e con atomi di altri elementi – Queste molecole a base di carbonio sono chiamate composti organici – Un atomo di carbonio può formare fino a quattro legami – In questo modo può formare ramificazioni in quattro direzioni 49 1.5 La diversità delle molecole che caratterizzano la vita si fonda sulle proprietà del carbonio Il metano (CH4) è una delle molecole organiche più semplici – Quattro atomi di idrogeno sono legati a un atomo di carbonio mediante quattro legami covalenti – Ognuno dei quattro trattini nella formula di struttura rappresenta una coppia di elettroni condivisa 50 Formula di struttura Modello a sfere e bastoncini modello molecolare Metano I quattro legami del carbonio puntano verso i vertici di un immaginario tetraedro 51 1.5 La diversità delle molecole che caratterizzano la vita si fonda sulle proprietà del carbonio Il metano e i composti costituiti esclusivamente da carbonio e idrogeno sono chiamati idrocarburi – Gli atomi di carbonio, legati a quelli di idrogeno, si uniscono tra loro formando catene di varia lunghezza 52 1.5 La diversità delle molecole che caratterizzano la vita si fonda sulle proprietà del carbonio La catena di atomi di carbonio in una molecola organica è chiamata scheletro carbonioso – Gli scheletri carboniosi possono essere lineari oppure ramificati – Composti con la stessa formula molecolare, ma con struttura diversa sono chiamati isomeri 53 1.5 La diversità delle molecole che caratterizzano la vita si fonda sulle proprietà del carbonio Check Perché gli isomeri hanno la stessa formula molecolare (ovvero lo stesso tipo e numero di atomi) ma proprietà differenti? 54 1.6 Alcuni gruppi chimici determinano le proprietà dei composti organici Le proprietà esclusive di ogni composto organico dipendono da – Dimensioni e forma del suo scheletro carbonioso – Gruppi di atomi (gruppi funzionali) a esso legati I gruppi funzionali influenzano in modo specifico l’esito delle reazioni chimiche 55 1.6 Alcuni gruppi chimici determinano le proprietà dei composti organici I composti che contengono gruppi funzionali polari tendono a essere idrofili (“amanti dell’acqua”) – Sono dunque solubili in acqua, una condizione essenziale per esplicare il loro importante ruolo nei processi vitali 56 1.6 Alcuni gruppi chimici determinano le proprietà dei composti organici I gruppi funzionali sono – Gruppo ossidrilico OH: un atomo di idrogeno legato a un atomo di ossigeno – Gruppo carbonilico: un atomo di carbonio è legato un atomo di ossigeno da un doppio legame – Gruppo carbossilico: un atomo di carbonio unito a un atomo di ossigeno, con un doppio legame, e a un gruppo ossidrilico, con un legame semplice – Gruppo amminico: un atomo di azoto legato a due atomi di idrogeno e a uno scheletro carbonioso – Gruppo fosfato: costituito da un atomo di fosforo legato a quattro atomi di ossigeno 57 58 59 60 1.6 Alcuni gruppi chimici determinano le proprietà dei composti organici Un esempio di composti simili che differiscono solo per i gruppi funzionali è quello di due ormoni sessuali: – L’estradiolo è l’ormone sessuale femminile – Il testosterone è l’ormone sessuale maschile – Nonostante differiscano solo per i gruppi funzionali sono in grado di guidare lo sviluppo dei caratteri sessuali maschili o femminili 61 Estradiolo Leonessa Testosterone Leone 62 Estradiolo Leonessa 63 Testosterone Leone 64 1.6 Alcuni gruppi chimici determinano le proprietà dei composti organici Check Tra i seguenti gruppi funzionali, quali non contengono carbonio? Carbonilico Carbossilico Fosfato Metilico Ossidrilico Amminico 65 1.7 Le cellule sintetizzano grandi molecole a partire da un numero limitato di molecole più piccole Le grandi molecole biologiche si dividono in quattro classi principali – Carboidrati – Lipidi – Proteine – Acidi nucleici 66 1.7 Le cellule sintetizzano grandi molecole a partire da un numero limitato di molecole più piccole Date le notevoli dimensioni, queste molecole sono indicate dai biologi come macromolecole Le cellule sintetizzano la maggior parte delle macromolecole unendo molecole più piccole in catene chiamate polimeri Le unità che costituiscono i polimeri sono chiamate monomeri 67 1.7 Le cellule sintetizzano grandi molecole a partire da un numero limitato di molecole più piccole La cellula sintetizza una grande varietà di polimeri partendo da un numero ridotto di monomeri – Le proteine sono costruite utilizzando solo venti amminoacidi diversi, mentre per il DNA bastano quattro basi azotate I monomeri utilizzati dalle cellule sono comuni a tutti gli organismi 68 1.7 Le cellule sintetizzano grandi molecole a partire da un numero limitato di molecole più piccole Le cellule uniscono i monomeri per “costruire” i polimeri mediante reazioni di condensazione Per demolire i polimeri, le cellule compiono una reazione di idrolisi Queste reazioni necessitano dell’aiuto di enzimi, proteine specializzate che accelerano le reazioni chimiche cellulari 69 Polimero a catena breve Monomero libero 70 Polimero a catena breve Monomero libero Reazione di disidratazione Polimero più lungo 71 72 Idrolisi 73 1.7 Le cellule sintetizzano grandi molecole a partire da un numero limitato di molecole più piccole Check Con quali reazioni gli amminoacidi che fanno parte delle proteine di un formaggio vengono riassemblati per formare le proteine del nostro corpo? 74 Lezione 2 I CARBOIDRATI 75 Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. 1.8 I monosaccaridi sono i carboidrati più semplici I carboidrati sono una classe di molecole di dimensioni molto varie – Dalle piccole molecole dello zucchero sciolto nelle bibite… – … alle grandi molecole di amido, un polisaccaride presente nella pasta e nelle patate 77 Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. 78 1.8 I monosaccaridi sono i carboidrati più semplici In genere la formula molecolare di un monosaccaride è un multiplo della semplice formula CH2O Diversi monosaccaridi differiscono solo nella disposizione degli atomi (sono isomeri) – Differenze apparentemente trascurabili come queste conferiscono agli isomeri proprietà diverse I monosaccaridi, in particolare il glucosio, sono il principale combustibile chimico della cellula 79 Glucosio (un aldoso) Fruttosio (un chetoso) 80 Formula di struttura Formula semplificata Struttura semplificata 81 1.8 I monosaccaridi sono i carboidrati più semplici Check Scrivi la formula molecolare di un monosaccaride con tre atomi di carbonio 82 1.9 Le cellule formano i disaccaridi unendo due monosaccaridi La cellula sintetizza i disaccaridi a partire da due monosaccaridi con una reazione di condensazione – Il disaccaride più comune è il saccarosio, costituito da glucosio e fruttosio 83 1.9 Le cellule formano i disaccaridi unendo due monosaccaridi Check Il lattosio, il disaccaride del latte, è costituito da glucosio e galattosio. La formula di entrambi questi monosaccaridi è C6H12O6 – Qual è la formula molecolare del lattosio? 84 Glucosio Glucosio 85 Glucosio Glucosio Maltosio 86 I dolcificanti contenuti nei prodotti industriali possono portare all’obesità? COLLEGAMENTO salute Dall’idrolisi dell’amido si ottiene glucosio, che in parte può essere convertito in fruttosio per ottenere un dolcificante più gustoso del solo glucosio Questo dolcificante, conosciuto come sciroppo di mais ad alto contenuto di fruttosio (high-fructose corn syrup o HFCS), è contenuto in molti prodotti industriali – Sembra che l’incidenza di diabete di tipo 2 e di malattie croniche associate all’aumento di peso sia cresciuta quando è aumentato il consumo di HFSC – Secondo gli scienziati un eccessivo consumo di dolcificanti e grassi insieme a una ridotta attività fisica favoriscono l’aumento di peso 87 Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. 88 1.10 I polisaccaridi sono lunghe catene di monosaccaridi I polisaccaridi sono polimeri di monosaccaridi – Sono usati dagli organismi come depositi di energia o come composti strutturali 89 1.10 I polisaccaridi sono lunghe catene di monosaccaridi Amido: polisaccaride di riserva energetica nelle piante; è costituito da monomeri di glucosio Glicogeno: polisaccaride di riserva energetica degli animali; è costituito da monomeri di glucosio Cellulosa: è il polimero di glucosio con cui sono costituite le pareti cellulare nelle piante Chitina: è un polisaccaride con cui insetti e crostacei costruiscono il proprio esoscheletro 90 1.10 I polisaccaridi sono lunghe catene di monosaccaridi Quasi tutti i carboidrati sono idrofili a causa dei numerosi gruppi ossidrilici presenti nei monomeri da cui sono formati 91 Granuli di amido in cellule di patata Granuli di glicogeno nel tessuto muscolare AMIDO Monomero di glucosio GLICOGENO CELLULOSA Fibrille di cellulosa nella parete di una cellula vegetale Legami idrogeno Molecole di cellulosa 92 Granuli di amido in cellule di patata AMIDO Monomero di glucosio 93 Granuli di glicogeno nel tessuto muscolare GLICOGENO 94 CELLULOSA Fibrille di cellulosa nella parete di una cellula vegetale Legami idrogeno Molecole di cellulosa 95 1.10 I polisaccaridi sono lunghe catene di monosaccaridi Check Amido e cellulosa sono due polisaccaridi di origine vegetale; quali sono le somiglianze e le differenze tra i due? 96 Lezione 3 I LIPIDI 97 1.11 I grassi sono lipidi impiegati principalmente per immagazzinare energia I lipidi sono composti idrofobi (“temono l’acqua”) importanti per immagazzinare energia – Contengono il doppio di energia di un polisaccaride I grassi (trigliceridi) sono lipidi costituiti da glicerolo e acidi grassi 98 Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. 99 1.11 I grassi sono lipidi impiegati principalmente per immagazzinare energia Gli acidi grassi si legano al glicerolo per condensazione formando i trigliceridi – Un trigliceride contiene una molecola di glicerolo legata a tre acidi grassi 100 Glicerolo Acido grasso 101 102 1.11 I grassi sono lipidi impiegati principalmente per immagazzinare energia Alcuni acidi grassi contengono doppi legami – Per questo si formano pieghe nella catena carboniosa – Sono detti insaturi perché hanno un numero di atomi di idrogeno inferiore agli acidi grassi privi di doppi legami (saturi) – Le pieghe degli acidi grassi insaturi impediscono alle molecole di compattarsi e di solidificare a temperatura ambiente 103 1.11 I grassi sono lipidi impiegati principalmente per immagazzinare energia Check Che cosa sono i grassi? 104 1.12 I fosfolipidi e gli steroidi svolgono funzioni fondamentali nelle cellule I fosfolipidi sono strutturalmente simili ai trigliceridi e sono componenti fondamentali della cellula – Sono i costituenti principali della membrana cellulare, formata da un doppio strato di fosfolipidi – Le “teste” idrofile, costituite dal gruppo fosfato sono rivolte verso l’ambiente acquoso interno ed esterno – Le “code” idrofobe, costituite dagli acidi grassi, sono raggruppate nel mezzo 105 Teste idrofile Acqua Code idrofobe Acqua 106 1.12 I fosfolipidi e gli steroidi svolgono funzioni fondamentali nelle cellule Gli steroidi sono lipidi il cui scheletro carbonioso è costituito da quattro anelli uniti tra loro – Il colesterolo è un importante steroide presente nelle membrane delle cellule animali – È anche il materiale di partenza per sintetizzare altri steroidi, tra cui gli ormoni sessuali 107 108 1.12 I fosfolipidi e gli steroidi svolgono funzioni fondamentali nelle cellule Check Perché gli ormoni sessuali umani sono considerati lipidi? 109 Gli steroidi anabolizzanti sono pericolosi? COLLEGAMENTO salute Gli steroidi anabolizzanti sono varianti sintetiche del testosterone, che determinano uno sviluppo della muscolatura e delle ossa – Possono essere utilizzati a fini terapeutici – In ambito sportivo sono sfruttati (illegalmente) per potenziare le prestazioni, ponendo gli atleti in serio pericolo 110 Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. 111 Lezione 4 LE PROTEINE 112 1.13 Le proteine svolgono un ruolo fondamentale in molte strutture e funzioni cellulari Una proteina è un polimero costituito da monomeri chiamati amminoacidi – Ogni proteina ha una struttura tridimensionale unica che corrisponde a una specifica funzione 113 1.13 Le proteine svolgono un ruolo fondamentale in molte strutture e funzioni cellulari Gli enzimi sono proteine che agiscono da catalizzatori nella cellula Le proteine strutturali si trovano nei peli dei mammiferi e nelle fibre di tessuti connettivi come i tendini e i legamenti Le proteine contrattili come l’actina e la miosina si trovano nei muscoli Le proteine di difesa, come gli anticorpi, contribuiscono a combattere le infezioni 114 1.13 Le proteine svolgono un ruolo fondamentale in molte strutture e funzioni cellulari Le proteine regolatrici (o proteine-segnale) sono ormoni e altri messaggeri che contribuiscono a coordinare le attività dell’organismo Le proteine-recettore si trovano all’interno delle membrane cellulari e favoriscono il riconoscimento di particolari molecole Le proteine di trasporto spostano le sostanze nel corpo 115 Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. 116 1.13 Le proteine svolgono un ruolo fondamentale in molte strutture e funzioni cellulari Check Quale, tra le macromolecole indicate, non è una proteina? – Emoglobina – Colesterolo – Ovalbumina – Lattasi – Actina 117 1.14 Le proteine sono costituite da amminoacidi legati mediante legami peptidici Tutti gli amminoacidi contengono un gruppo amminico e un gruppo carbossilico – Questi sono uniti da un legame covalente a un atomo di carbonio centrale, chiamato carbonio alfa – Al carbonio alfa sono legati anche un atomo di idrogeno e il gruppo R, o catena laterale 118 Gruppo amminico Gruppo carbossilico 119 1.14 Le proteine sono costituite da amminoacidi legati mediante legami peptidici Gli amminoacidi possono essere divisi in idrofili e idrofobi – Quelli con un gruppo R polare sono idrofili – Quelli con un gruppo R apolare sono idrofobi 120 1.14 Le proteine sono costituite da amminoacidi legati mediante legami peptidici Gli amminoacidi (monomeri) sono uniti per formare le catene polipetidiche (polimeri) – Ciò avviene tramite una reazione di disidratazione guidata da un enzima – Il gruppo carbossilico di un amminoacido si lega al gruppo amminico di quello successivo, liberando una molecola di acqua – Il legame covalente risultante si chiama legame peptidico 121 Gruppo Gruppo carbossilico amminico Amminoacido Amminoacido 122 Gruppo Gruppo carbossilico amminico Amminoacido Legame peptidico Reazione di disidratazione Amminoacido Dipeptide 123 1.14 Le proteine sono costituite da amminoacidi legati mediante legami peptidici Check Che cosa accomuna la sintesi di un dipeptide con quella di un polisaccaride? 124 1.15 Nelle proteine si distinguono quattro livelli strutturali esplorando Una proteina può avere quattro livelli di struttura – Struttura primaria – Struttura secondaria – Struttura terziaria – Struttura quaternaria 125 1.15 Nelle proteine si distinguono quattro livelli strutturali esplorando La struttura primaria di una proteina è rappresentata dalla sequenza di amminoacidi – La corretta sequenza è precisamente definita dal patrimonio genetico della cellula – Anche un leggero cambiamento nella struttura primaria della proteina può avere effetti sulla forma complessiva della molecola e sulla sua funzione 126 1.15 Nelle proteine si distinguono quattro livelli strutturali esplorando La struttura secondaria di una proteina è rappresentata dall’avvolgimento o dal ripiegamento di parti del polipeptide – L’avvolgimento a elica della catena polipeptidica determina la formazione di alfa eliche – Un particolare tipo di ripiegamento porta invece al foglietto ripiegato (o foglietto beta) – Queste strutture si formano grazie a legami idrogeno che si formano a intervalli regolari lungo la catena polipeptidica 127 Le ghiandole addominali del ragno producono le fibre della ragnatela, costituite da una proteina fibrosa ricca di foglietti beta Le fibre radiali, rigide, contribuiscono a fissare la forma della ragnatela Le fibre concentriche, usate per catturare le prede, sono elastiche e conferiscono resistenza a vento, pioggia, aggressioni Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. 128 1.15 Nelle proteine si distinguono quattro livelli strutturali esplorando La struttura terziaria è la forma tridimensionale complessiva assunta da un polipeptide – Solitamente la struttura terziaria di un polipeptide deriva dalle interazioni tra i gruppi R dei suoi amminoacidi – La forma di una proteina può essere ulteriormente stabilizzata da legami covalenti chiamati ponti disolfuro 129 1.15 Nelle proteine si distinguono quattro livelli strutturali esplorando Molte proteine sono costituite da due o più polipeptidi (subunità) che, associandosi, costituiscono una struttura quaternaria – Il collagene è una proteina fibrosa con subunità elicoidali avvolte a formare una tripla elica più spessa – Questa struttura quaternaria conferisce alle fibre di collagene una grande resistenza alla trazione 130 Struttura primaria Amminoacidi 131 Struttura primaria Amminoacidi Legame idrogeno Struttura secondaria Alfa elica Foglietto beta 132 Struttura primaria Amminoacidi Legame idrogeno Struttura secondaria Alfa elica Foglietto beta Struttura terziaria Polipeptide (singola subunità di transtiretina) 133 Struttura primaria Amminoacidi Legame idrogeno Struttura secondaria Alfa elica Foglietto beta Struttura terziaria Polipeptide (singola subunità di transtiretina) Struttura quaternaria Transtiretina, con le sue quattro subunità identiche 134 Amminoacidi Struttura primaria 135 Amminoacidi Legame idrogeno Alfa elica Foglietto beta Struttura secondaria 136 Polipeptide (singola subunità di transtiretina) Struttura terziaria 137 Transtiretina, con le sue quattro subunità identiche Struttura quaternaria 138 1.15 Nelle proteine si distinguono quattro livelli strutturali esplorando Check Una mutazione genetica può alterare la struttura primaria di una proteina. In che modo ciò potrebbe incidere anche sulla funzione della proteina interessata? 139 Lezione 5 ACIDI NUCLEICI 140 1.16 Gli acidi nucleici sono polimeri di nucleotidi Gli acidi nucleici (polinucleotidi) sono polimeri costituiti da monomeri detti nucleotidi – I nucleotidi sono composti da tre parti – Uno zucchero a cinque atomi ci carbonio: ribosio per l’RNA, desossiribosio per il DNA) – Un gruppo fosfato – Una base azotata 141 Base azotata (adenina) Gruppo fosfato Zucchero 142 1.16 Gli acidi nucleici sono polimeri di nucleotidi Le basi azotate del DNA sono: – Adenina – Timina – Guanina – Citosina Le basi azotate dell’RNA sono: – Adenina – Uracile – Guanina – Citosina 143 1.16 Gli acidi nucleici sono polimeri di nucleotidi Gli acidi nucleici si formano quando più nucleotidi si uniscono tramite condensazione Il gruppo fosfato di un nucleotide si lega allo zucchero del monomero successivo – Il risultato è uno scheletro di unità zucchero-fosfato, da cui si proiettano le basi azotate 144 1.16 Gli acidi nucleici sono polimeri di nucleotidi Il DNA ha una configurazione a doppia elica: due polinucleotidi avvolti a spirale l’uno intorno all’altro – Le due catene sono tenute unite dai legami idrogeno si formano tra le basi azotate appaiate – A si appaia sempre con T – C si appaia sempre con G L’RNA, solitamente, è costituito da un unico filamento polinucleotidico 145 Coppia di basi azotate 146 1.16 Gli acidi nucleici sono polimeri di nucleotidi Check In che modo RNA e DNA cooperano a livello funzionale? 147 1.17 La tolleranza al lattosio è un evento recente nell’evoluzione umana alla luce dell’evoluzione La maggior parte degli esseri umani smette di sintetizzare l’enzima lattasi nella prima infanzia La capacità di continuare a produrlo anche in età adulta è diffusa nelle popolazioni di origini nordeuropee Questo carattere è diventato comune in questo gruppo perché vantaggioso per la sopravvivenza Nel clima nordeuropeo, gli esseri umani dovevano sfruttare risorse alimentari non vegetali, tra cui latte e i latticini I portatori di un’alterazione genetica che permetteva di continuare a produrre la lattasi in età adulta risultavano avvantaggiati: perciò l’alterazione si diffuse e fu tramandata 148 149 1.17 La tolleranza al lattosio è un evento recente nell’evoluzione umana alla luce dell’evoluzione Check Il caso dell’intolleranza al lattosio coinvolge tre delle quattro classi principali di macromolecole organiche. Quali sono? 150
