I composti organici della vita: carboidrati, lipidi, proteine e acidi nucleici

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Donato Rubino
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1 I composti organici della vita: carboidrati, lipidi, proteine e acidi nucleici La seta della tela di ragno è un insieme di macromolecole, dette proteine. Sono le caratteristiche fisico-chimiche di queste macromolecole che conferiscono a questi fili le loro straordinarie proprietà Lezione 3: I composti organici della vita Biologia e Genetica aa 2014/2015

2 Proteine, carboidrati, lipidi e acidi nucleici sono i quattro tipi di molecole di grandi dimensioni (macromolecole) che caratterizzano i viventi Caratteristiche delle macromolecole - Elevata massa molecolare (alcuni acidi nucleici arrivano a miliardi di dalton) - Contengono sempre atomi di Carbonio (C) - (composti organici) - Gli atomi sono tenuti insieme da legami covalenti e stabiliscono all interno della stessa molecola anche legami non covalenti - Stabilità strutturale - Conformazioni tridimensionali specifiche Su queste forme caratteristiche si basano le molte e differenti funzioni svolte dalle macromolecole

3 La chimica del C Ha 4 e- di valenza, può formare 4 legami covalenti Può legarsi ad altri C, adatto a formare scheletri di molecole di grandi dimensioni Legami C-C sono forti, ma le cellule possono romperli Tra 2C si possono formare anche doppi e tripli legami Legame singolo ha libertà di rotazione, legami doppi e tripli sono rigidi Lezione 3: I composti organici della vita Biologia e Genetica aa 2014/2015

4 Gli idrocarburi: composti costituiti solo da C e H, possono assumere svariate forme (catene lineari o ramificate, strutture ad anello, catene e anelli uniti. Legami C-H sono apolari: in H 2 0 sono insolubili e tendono a raggrupparsi per interazioni idrofobiche

5 I gruppi funzionali conferiscono proprietà specifiche alle molecole biologiche

6 Gli isomeri hanno la stessa formula molecolare, ma diversa struttura

7 La struttura delle macromolecole è in rapporto alla loro funzione Macromolecole presenti negli organismi all incirca nella stessa proporzione Anche le proprietà chimiche sono simili nei diversi organismi «universalità biochimica» deriva da evoluzione progenitore comune «possiamo procurarci le materie prime necessarie mangiando altri organismi» La funzione di una macromolecola è in rapporto con la forma tridimensionale e con la sequenza e le proprietà chimiche dei suoi monomeri

8 Le macromolecole sono per lo più polimeri: si formano per condensazione e si degradano per idrolisi Il polietilene è un polimero dell etilene (C2H4)

9 I CARBOIDRATI (o glucidi, o saccaridi o zuccheri) Idrati del carbonio. Formula bruta (CH 2 O) n Comprendono composti contenenti un gruppo carbonilico (C=O) a un estremità (aldeidi) o al centro (chetoni) Hanno funzioni energetiche e strutturali

10 I monosaccaridi sono zuccheri semplici costituiti da 3 a 7 atomi di C

11 I disaccaridi (due zuccheri) sono costituiti da due monosaccaridi uniti da un legame glicosidico

12 I polisaccaridi: macromolecole con unità ripetute di uno zucchero semplice (generalmente glucosio) Sono i carboidrati più abbondanti in natura (cellulosa, amido, glicogeno)

13 I carboidrati modificati contengono gruppi funzionali aggiuntivi

14 I LIPIDI (o grassi) Sono idrocarburi insolubili in H 2 O a causa dei numerosi legami covalenti apolari Funzioni dei lipidi Strutturale (componenti delle membrane biologiche) Riserva energetica Messaggeri chimici (sia nella cellula secondi messaggeri; sia tra le cellule ormoni) Vitamine (A,D,E,K) I lipidi più importanti dal punto di vista biologico sono: I triacilgliceroli (o trigliceridi o grassi) I fosfolipidi Gli steroidi I carotenoidi Le cere

15 I trigliceridi Sono i lipidi più abbondanti negli esseri viventi Hanno funzione di riserva energetica Sono formati da glicerolo più 1, 2 o 3 molecole di acidi grassi Glicerolo, alcol a 3 atomi di C, con 3 gruppi OH (utili x legami con acidi grassi) Acidi grassi: catene idrocarburiche lineari con testa polare (COOH)

16 Reazione di esterificazione e formazione dei trigliceridi I trigliceridi sono i principali lipidi di riserva

17 I grassi e gli oli sono trigliceridi e le loro proprietà derivano dalle caratteristiche degli acidi grassi. (grado di saturazione e lunghezza della catena idrocarburica) Grassi vegetali: tendono ad avere acidi grassi corti e insaturi Grassi animali: trigliceridi con molti acidi grassi saturi a catena lunga

18 I fosfolipidi costituiscono le membrane biologiche Lipidi anfipatici: un estremità idrofilica, l altra idrofobica)

19 Carotenoidi: famiglia di pigmenti insolubili in acqua contenuti in cellule vegetali e animali. Nell uomo il β-carotene viene scisso in 2 molecole di vitamina A, che serve a produrre il cis-retinale (pigmento necessario per la visione) Steroidi: famiglia di composti organici costituiti da 4 anelli ci carbonio. Si distinguono a seconda della lunghezza e della struttura della catena laterale.

20 LE PROTEINE macromolecole costituite da aminoacidi; sono i componenti più versatili delle cellule Funzioni delle proteine - Enzimi - Strutturali (es citoscheletro e collagene) - Riserva (es ovoalbumina) - Regolazione (es ormoni come l insulina) - Trasporto (es emoglobina) - Movimento (es filamenti contrattili) - Difesa (es. anticorpi) «Ogni tipo cellulare contiene caratteristiche forme, concentrazioni e distribuzioni di proteine che determinano la struttura e la funzione della stessa cellula»

21 Gli aminoacidi sono i monomeri delle proteine Un aminoacido a ph 7

22 I 20 aminoacidi che compongono le proteine Aminoacidi essenziali per l uomo (+ arginina nei bambini)

23 I legami peptidici uniscono gli aminoacidi e formano l ossatura di una proteina La sequenza aminoacidica è la struttura primaria della proteina Glucagone: polipeptide di 29 aminoacidi

24 La struttura delle proteine

25 Struttura secondaria Si forma grazie legami a idrogeno tra elementi della catena aminoacidica

26 Singoli peptidi possono comprendere sia regioni a α-elica sia a foglietto β Proprietà di materiali biologici complessi sono dovute a queste combinazioni Es. seta della tela del ragno Resistente per presenza di foglietti β, elastica per presenza di α-eliche e strutture amorfe

27 Struttura terziaria Determinata da interazioni tra gruppi R della catena polipeptidica Struttura quaternaria Determinata da interazioni tra diversi polipeptidi

28 - La sequenza aminoacidica determina la conformazione delle proteine

29 - Proteine note come chaperoni molecolari mediano il ripiegamento di alcune proteine

30 La forma delle proteine può cambiare La struttura terziaria può cambiare quando si legano altre molecole o quando aminoacidi vanno incontro a modificazioni chimiche

31 GLI ACIDI NUCLEICI sono polimeri di nucleotidi; contengono e trasmettono l informazione ereditaria; determinano la sintesi delle proteine 1 zucchero a 5 atomi C Ribosio nell RNA Desossiribosio nel DNA Nucleotide 1 (o più) gruppi fosfato 1 base azotata

32 Il legame fosfodiesterico

33 RNA

34 DNA

35 Adenosina trifosfato (ATP) Molecola energetica della cellula Nucleotidi importanti in altre funzioni cellulari Nicotinammide adenin-dinucleotide (NAD+) Ruolo nelle ossido-riduzioni cellulari Adenosina monofosfato ciclico (camp) Molecola che regola la segnalazione cellulare

36 L ipotesi di un «mondo a RNA» La scoperta dell esistenza di RNA catalitici (in grado di accelerare le reazioni biochimiche), in aggiunta alle funzioni informative (codifica la sequenza di nucleotidi) consentì di ipotizzare che la vita sia cominciata in un «mondo a RNA»

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