Biomolecole: Struttura e Funzione PDF

CAPITOLO B1 Le biomolecole: struttura e funzione 1 Dai polimeri alle biomolecole Tra i composti organici rientrano molte molecole che svolgono un ruolo nei sistemi TI RICORDI? biologici e che, per questo motivo, vengono indicate con il nome di biomolecole. Le I monomeri si biomolecole...

CAPITOLO B1 Le biomolecole: struttura e funzione 1 Dai polimeri alle biomolecole Tra i composti organici rientrano molte molecole che svolgono un ruolo nei sistemi TI RICORDI? biologici e che, per questo motivo, vengono indicate con il nome di biomolecole. Le I monomeri si biomolecole hanno alcune caratteristiche chiave: uniscono a formare i polimeri grazie nella maggior parte dei casi si tratta di macromolecole, ovvero molecole comples- a una reazione di se che possono contenere anche migliaia di atomi (principalmente C, H e O); condensazione che dal punto di vista chimico, le biomolecole sono composti polifunzionali, sono porta alla perdita di cioè costituite da molecole che contengono due o più gruppi funzionali diversi; una molecola d’acqua le biomolecole sono in molti casi polimeri formati dall’unione di composti orga- per ciascun legame nici più piccoli chiamati monomeri. che si forma. La degradazione di un polimero è invece La biochimica comprende lo studio delle biomolecole, la loro organizzazione, le mediata da reazioni di interazioni e le trasformazioni che subiscono nelle cellule. idrolisi, che portano alla rottura dei La biochimica si occupa anche dello studio degli scambi energetici e della produzione legami tra i singoli di energia, degli scambi di informazioni all’interno degli organismi, del funziona- monomeri. mento di strutture complesse a livello molecolare. Ogni disciplina scientifica di area biomedica trova nella biochimica e nello studio delle biomolecole gli elementi per spiegare fenomeni e processi complessi. Fisiologia Microbiologia Farmacologia BIOCHIMICA Genetica Scienza Immunologia dell’alimentazione e del movimento Fisiopatologia B1  B1 LE BIOMOLECOLE: STRUTTURA E FUNZIONE Nonostante la loro eterogeneità chimica, le biomolecole possono essere suddivise in quattro classi fondamentali: carboidrati, lipidi, proteine e acidi nucleici. Carboidrati e lipidi costituiscono le principali fonti energetiche degli organismi e svolgono un’importante funzione strutturale. Le proteine, oltre ad avere un ruolo struttura- le, sono i principali regolatori degli organismi viventi e sono in grado di ricoprire Scarica GUARDA! molteplici ruoli: in pratica consentono lo svolgimento di tutte le funzioni vitali di e inquadrami una cellula. Gli acidi nucleici contengono le informazioni necessarie per la biosintesi per guardare i video delle proteine e garantiscono la riproduzione degli organismi e il perpetuarsi della vita (Figura B1.1). Figura B1.1 Composizione percentuale proteine: 16% dell’organismo umano. lipidi: 13% carboidrati: 1% acqua: 65% sali minerali: 5% vitamine: tracce 2 I carboidrati TI RICORDI? I carboidrati (o glicidi o saccaridi) sono un gruppo di sostanze organiche natu- Il gruppo carbonile rali costituite generalmente da tre soli elementi: carbonio, idrogeno e ossigeno. (C=O) caratterizza aldeidi e chetoni; il Da un punto di vista chimico i carboidrati sono un esempio di composti polifunzio- gruppo ossidrile (—OH) è tipico degli nali, perché contengono un gruppo carbonile (aldeidico o chetonico) insieme a più alcoli. gruppi ossidrile: per questo motivo vengono definiti poliidrossialdeidi o poliidrossi- chetoni. Sono considerati carboidrati anche tutte le sostanze che per idrolisi danno composti di questo tipo. Video Che cosa sono i I carboidrati svolgono due principali funzioni nel mondo vivente: carboidrati? 1. riserva energetica: l’amido nel mondo vegetale e il glicogeno in quello animale sono carboidrati con funzione di riserva energetica. 2. ruolo strutturale: la cellulosa, la biomolecola più abbondante sulla Terra, è il Figura B1.2 I carboidrati svolgono costituente principale della parete delle cellule vegetali, cui conferisce rigidità diverse funzioni. e resistenza; la chitina forma l’esoscheletro di insetti e crostacei (Figura B1.2). I cereali hanno un elevato contenuto Il cotone è costituito da L’esoscheletro degli insetti è formato da di amido, il più importante fra i cellulosa allo stato quasi chitina, un polisaccaride che costituisce carboidrati di riserva. puro. fibre molto resistenti. B2  LE BIOMOLECOLE: STRUTTURA E FUNZIONE B1 I carboidrati si classificano in base alla complessità della loro struttura (Figura B1.3): i monosaccaridi sono le molecole più semplici e rappresentano le unità costituti- ve di carboidrati più complessi; gli oligosaccaridi sono formati dall’associazione di pochi monosaccaridi; i polisaccaridi sono polimeri formati da numerosi monosaccaridi (da poche de- cine fino a molte migliaia). Dal punto di vista nutrizionale, i glicidi si suddividono in carboidrati semplici (monosac- caridi e oligosaccaridi), chiamati anche zuccheri, e carboidrati complessi (polisaccaridi). Figura B1.3 Rappresentazione schematica di monosaccaridi, oligosaccaridi e A Monosaccaride polisaccaridi. B Oligosaccaridi C Polisaccaride ▶ I glicoconiugati I carboidrati si trovano talvolta associati anche a molecole di natura diversa, for- mando molecole ibride chiamate glicoconiugati. Le glicoproteine e i glicolipidi sono esempi di glicoconiugati in cui la porzione glicidica si unisce, rispettivamente, a proteine e lipidi. La presenza di carboidrati aumenta la diversità biologica della proteina o del lipide di partenza; queste molecole ibride sono importanti perché mediano la comunica- zione fra le cellule. 3 I monosaccaridi I monosaccaridi sono i carboidrati più semplici: esistono liberi in natura ma più spesso sono legati fra loro a formare molecole complesse. Sono costituiti da moleco- le la cui formula molecolare generale è CnH2nOn , dove n è un numero mai inferiore a tre e spesso non superiore a sei. I monosaccaridi si distinguono in base al numero di atomi di carbonio presenti nella loro molecola. I triosi hanno tre atomi di carbonio, i tetrosi ne hanno quattro e i pentosi cin- que e così via. Gli aldosi possiedono un gruppo funzionale aldeidico (—C=O); i chetosi un gruppo chetonico ( C=O). H In tutti i casi, le molecole dei monosaccaridi contengono anche tanti gruppi ossidrile quanti sono gli atomi di carbonio meno uno. B3  B1 LE BIOMOLECOLE: STRUTTURA E FUNZIONE ▶ La gliceraldeide, lo zucchero più semplice TI RICORDI? L’aldoso più semplice è la gliceraldeide C3H6O3 , della quale esistono due possibili L’isomeria ottica isomeri, chiamati d-gliceraldeide e l-gliceraldeide. caratterizza una Le molecole di d-gliceraldeide e l-gliceraldeide sono enantiomeri, cioè l’una è molecola che l’immagine speculare e non sovrapponibile dell’altra. Si tratta di due isomeri ottici contenga almeno un atomo di carbonio per la presenza di un centro stereogenico. legato a quattro sostituenti diversi Gruppo Gruppi aldeidico alcolici (detto centro stereogenico). Il centro stereogenico O H O H = = — — implica l’esistenza C C di due isomeri ottici, ∗ ∗ H—C— OH HO—C— H detti d e l. Centro stereogenico CH2OH CH2OH d-gliceraldeide l-gliceraldeide ▶ Le formule di proiezione di Fischer Le lettere d (destro) e l (levo) che precedono il nome dello zucchero si riferiscono alla posizione del gruppo —OH sul secondo atomo di carbonio della gliceraldeide (C-2). L’assegnazione della lettera d oppure l dipende dalla convenzione proposta dal chimico tedesco Emil Fischer (1852-1919), da cui derivano le formule di proie- zione di Fischer. Esse si ottengono immaginando di proiettare l’atomo di carbonio tetraedrico (C-2) su un piano; i suoi quattro legami diventano in questo modo due segmenti perpendicolari e il punto della loro intersezione è l’atomo di carbonio stes- so (Figura B1.4). Figura B1.4 Le sfere colorate indicano quattro sostituenti generici diversi. modello tetraedrico proiezione di Fischer Quando si proietta un atomo di carbonio tetraedrico su un piano, i legami diretti verso chi legge diventano segmenti orizzontali; quelli diretti verso il retro della pagina diventano segmenti verticali. Per convenzione, nelle formule di proiezione di Fischer si pone in alto l’atomo di carbonio più ossidato (C-1, ovvero quello del gruppo funzionale CHO) e in verticale la catena di atomi di carbonio; si assegna poi la lettera d alla configurazione della gliceraldeide con l’ossidrile a destra della catena e la lettera l al suo enantiomero con l’ossidrile a sinistra. La differente disposizione dei sostituenti non influenza la maggior parte delle proprietà chimiche e fisiche delle due sostanze ma ha profonde conseguenze sulla loro funzione biologica: infatti solo la d-gliceraldeide è utilizzata dagli organismi viventi mentre la l-gliceraldeide è una molecola biologicamente inerte. B4  LE BIOMOLECOLE: STRUTTURA E FUNZIONE B1 ▶ Il glucosio e gli altri monosaccaridi Con l’aumentare del numero di atomi di carbonio nella molecola, aumenta il nume- ro dei centri stereogenici e quindi il numero di isomeri ottici possibili. Una molecola di monosaccaride appartiene alle serie d oppure l a seconda della disposizione del gruppo —OH legato all’atomo di carbonio stereogenico più lontano dal gruppo aldeidico (o chetonico): se questo gruppo —OH è disposto a destra, la molecola appartiene alla serie d, altrimenti appartiene alla serie l. Come nel caso della glice- raldeide, solo i monosaccaridi della serie d hanno rilevanza biologica e si ritrovano negli organismi viventi. Le molecole dei monosaccaridi della serie d sono quelle biologicamente rile- vanti: esse presentano il gruppo —OH del centro stereogenico più lontano dal gruppo aldeidico (o chetonico) legato sulla destra. La Figura B1.5 illustra le formule di struttura di alcuni d-aldosi importanti per gli esseri viventi. Gruppo Figura B1.5 aldeidico Esempi di aldosi di rilevanza biologica: d-glucosio e d-galattosio. O H O H = = — — C C H—C—OH H—C—OH HO—C—H HO—C—H H—C—OH HO—C—H H—C—OH H—C—OH CH2OH CH2OH Nella serie D d-glucosio d-galattosio il gruppo —OH è (aldoesoso) legato a destra. (aldoesoso) Il d-glucosio, un esoso di formula molecolare C6H12O6 , è lo zucchero più usato da- HAI CAPITO? gli organismi viventi come fonte di energia; è anche il composto di partenza per la ◾ Scrivi la formula di costruzione di molecole più complesse. Il d-galattosio (C6H12O6) forma, combinan- Fischer dell’acido dosi con il glucosio, lo zucchero del latte. d-gluconico, ottenuto Il d-ribosio, un pentoso di formula molecolare C5H10O5 , entra nella costituzione dal d-glucosio per ossi- dell’RNA. Il 2-desossiribosio si ottiene dal ribosio per eliminazione dell’atomo di dazione del C-1. ossigeno legato al carbonio C-2. Questo desossizucchero entra nella costituzione delle molecole di DNA. O H O H = = — — C C H—C—OH H—C—H H—C—OH H—C—OH H—C—OH H—C—OH CH2OH CH2OH d-ribosio 2-desossiribosio (aldopentoso) B5  B1 LE BIOMOLECOLE: STRUTTURA E FUNZIONE Il chetoso più semplice è il diidrossiacetone un intermedio a tre atomi di carbo- nio (C3H6O3) del metabolismo degli zuccheri che non presenta centri stereogenici. Appartiene ai chetosi anche il d-fruttosio, un esoso (C6H12O6) che si trova nella frutta e nel miele (Figura B1.6). La Tabella B1.1 illustra i principali monosaccaridi. Figura B1.6 CH2OH CH2OH Gruppo Esempi di chetosi di chetonico rilevanza fisiologica per C =O C =O l’uomo: diidrossiacetone e d-fruttosio. CH2OH HO—C—H Diidrossiacetone H—C—OH (chetotrioso) H—C—OH Serie D CH2OH d-fruttosio (chetoesoso) Tabella B1.1 Le proprietà dei principali monosaccaridi. Monosaccaride Fonti Funzione biochimica nell’uomo d-ribosio Derivato dal glucosio. Entra nella costituzione dell’RNA e di alcune molecole biologicamente importanti come ATP, NAD+, FAD. È il precursore del desossiribosio. d-desossiribosio Derivato dal ribosio. Entra nella costituzione del DNA. d-glucosio Frutta; prodotto per idrolisi di È lo zucchero presente nel sangue e nelle cellule, dove saccarosio, lattosio, maltosio e amido. viene degradato a scopo energetico. È precursore di altri carboidrati ma anche dei grassi. d-galattosio Prodotto per idrolisi del lattosio. È trasformato in glucosio e metabolizzato nel fegato. Nella ghiandola mammaria, insieme al glucosio, costituisce il lattosio del latte materno. d-fruttosio Contenuto in frutta, miele; prodotto È metabolizzato nel fegato. per idrolisi del saccarosio. ▶ La struttura ciclica dei monosaccaridi in soluzione TI RICORDI? In soluzione, le molecole dei monosaccaridi a cinque e sei atomi di carbonio forma- Gli emiacetali si no prevalentemente strutture cicliche. La chiusura dell’anello avviene tramite una ottengono quando reazione di addizione nucleofila fra il gruppo ossidrile legato a uno degli atomi di un gruppo aldeidico reagisce con un carbonio terminali della catena e il gruppo aldeidico (o chetonico) con formazione gruppo alcolico in una di un emiacetale ciclico. Circa il 99% delle molecole di glucosio in soluzione si trova reazione di addizione in forma di emiacetale, in cui il gruppo aldeidico ha reagito con il gruppo alcolico in nucleofila. posizione C-5. O = R—C— + Rl—OH " O H HO H — — = — H C C aldeide alcol H—C—OH H—C—OH OH ciclizzazione O In soluzione acquosa, il — HO—C—H HO—C—H glucosio tende a formare " R—C—O—Rl anelli a sei atomi perché — H H—C—OH H—C—OH questi garantiscono la massima stabilità emiacetale H—C—OH H—C strutturale della molecola. CH2OH CH2OH d-Glucosio Emiacetale o d-glucopiranosio B6  LE BIOMOLECOLE: STRUTTURA E FUNZIONE B1 ▶ Le formule di proiezione di Haworth La miglior rappresentazione dei monosaccaridi in forma ciclica si deve al chimico britannico Norman Haworth (1883-1950). Nelle formule di proiezione di Haworth si disegna l’anello come se fosse piano e leggermente inclinato. H O = — 1C 6 6 Gli atomi di carbonio si 2 CH2OH CH2OH dispongono in senso H—C—OH 5 5 orario a partire dal C-1 che 3 H C OH H H H O H è a destra nella formula; HO—C—H 4 H l’ossigeno a ponte fra C-1 4 C C 4 1 e C-5 è in alto a destra e i H—C—OH OH H 1 O OH H = sostituenti stanno sopra o 5 HO HO OH sotto il piano dell’anello. H—C—OH C C 3 2 3 2 6 H OH H OH CH2OH La tridimensionalità della molecola è messa in evidenza dal bordo spesso che unisce i due atomi di carbonio più vicini all’osservatore (C-2 e C-3). In queste formule, gli atomi di carbonio che costituiscono l’anello non sono espressamente indicati con la lettera C. L’atomo di carbonio C-6 si trova fuori dell’anello. ▶ L’anomeria La formazione dell’emiacetale e la chiusura dell’anello hanno importanti conse- guenze sulle proprietà della molecola poiché l’atomo di carbonio C-1, inizialmente aldeidico, diventa anch’esso un centro stereogenico (carbonio anomerico). Ciò dà origine a due nuovi isomeri ottici, detti anomeri, in equilibrio fra loro. Nel caso del d-glucosio, si hanno due anomeri, con diverse funzioni biochimiche: 𝛂-d-glucosio, con il gruppo —OH disposto sotto il piano dell’anello (in trans rispetto al gruppo CH2OH legato al C-5); 𝛃-d-glucosio, con il gruppo —OH disposto sopra il piano dell’anello (in cis ri- spetto al gruppo CH2OH legato al C-5). 6 CH2OH CH2OH HAI CAPITO? 5 O O In acqua le H H H OH ◾ Se il carbonile del forme α e β si interconvertono 4 H 1 H glucosio reagisce con l’una nell’altra. OH H OH H il gruppo ossidrile in HO OH HO H 3 2 C-4, quale struttura si H OH H OH ottiene? α-d-glucosio β-d-glucosio Le strutture cicliche dei monosaccaridi possono essere a cinque o sei atomi. Gli anelli a cinque atomi sono detti furanosi e quelli a sei atomi sono detti piranosi perché ri- cordano, rispettivamente, le strutture del furano e del pirano. In natura (Figura B1.7) sono presenti miscele del β-d-glucosio (piranoso) e del β-d-fruttosio (furanoso): CH2OH HOH2C O OH O H O OH O Figura B1.7 H HO H Il miele è una miscela H CH2OH OH H composta principalmente HO H da glucosio e fruttosio. OH H H OH furano β-d-fruttosio β-d-glucosio pirano (furanoso) (piranoso) B7  B1 LE BIOMOLECOLE: STRUTTURA E FUNZIONE 4 Il legame O-glicosidico e i disaccaridi HAI CAPITO? Il legame fra alcune molecole di monosaccaridi (fino a non più di una decina) porta ◾ Riassumi la reazione alla formazione degli oligosaccaridi. Tra questi, i disaccaridi derivano dall’unione di di sintesi di un disac- due monosaccaridi per reazione dell’ossidrile anomerico di un monosaccaride con caride. un ossidrile dell’altro attraverso una reazione di condensazione (acetalizzazione): la reazione porta alla liberazione di una molecola di acqua e alla formazione di un lega- me O-glicosidico, in cui un atomo di ossigeno si pone a ponte tra i due anelli. Un disaccaride è un acetale in cui il gruppo —OH anomerico è sostituito da un gruppo —OR. Il legame glicosidico viene indicato sempre con la posizione degli atomi di carbonio delle due molecole che si uniscono. Il maltosio, per esempio, presenta un legame α1,4-glicosidico fra due molecole di α-d-glucosio, a indicare che il C-1 della prima molecola (anomero α) è legato al C-4 della seconda (Figura B1.8). Figura B1.8 Legame α1,4-glicosidico Il legame glicosidico può essere di tipo α o β CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH a seconda che il gruppo O O O O H2O ossidrile del carbonio H H H H H H H H anomerico sia α o β. H 1 + 4 H H H OH H OH H OH H O OH H HO OH HO OH HO OH H OH H OH H OH H OH α-d-glucosio α-d-glucosio Maltosio LA CHIMICA DI TUTTI I GIORNI Gli edulcoranti e l’intolleranza al lattosio Il potere dolcificante degli edulcoranti Il potere dolcificante di una sostanza è un valore nume- Gli edulcoranti o dolcificanti sono sostanze che confe- rico che consente di esprimere la sua capacità addolcen- riscono un sapore dolce agli alimenti. Il dolcificante più te. Per convenzione, al saccarosio si attribuisce potere diffuso è il saccarosio o zucchero da tavola, la cui as- dolcificante 1; il potere dolcificante di tutte le altre so- sunzione si accompagna all’introduzione di un numero stanze si esprime in riferimento a quello del saccarosio. rilevante di calorie (4 kcal/g). I soggetti affetti da diabete Il potere dolcificante di una sostanza è espresso come mellito - una malattia caratterizzata dall’incapacità di rapporto fra la concentrazione di una soluzione di sac- utilizzare lo zucchero a causa di un deficit dell’ormone carosio e la concentrazione di una soluzione dell’edul- insulina - devono limitare l’uso di questa sostanza. corante che ha la stessa intensità di dolcezza. Per esem- Sono stati quindi introdotti sul mercato edulcoranti al- pio, una soluzione di saccarosio, a parità di solvente, ha ternativi, naturali o di sintesi, che sostituiscono il sacca- lo stesso grado di dolcezza di una soluzione di saccarina rosio nei prodotti per diabetici o dietetici. la cui concentrazione è 300 volte inferiore; dunque la saccarina ha un potere dolcificante pari a 300. Fra gli edulcoranti naturali è da ricordare il fruttosio, il monosaccaride della frutta e del miele. Il fruttosio ha lo stesso contenuto calorico del saccarosio, ma il suo potere dolcificante è più elevato rispetto al saccarosio (1,8): per ottenere lo stesso effetto addolcente basta una quantità inferiore, da cui un minor apporto calorico. Il metaboli- smo del fruttosio è indipendente dall’insulina e lo zucche- ro può essere usato anche dai diabetici. Gli edulcoranti di sintesi (o artificiali) hanno in ge- nere un potere dolcificante molto elevato e possono essere assunti in piccolissime quantità. La saccarina, per esempio, è stata utilizzata in passato anche se il retro- B8  LE BIOMOLECOLE: STRUTTURA E FUNZIONE B1 Tra gli oligosaccaridi diffusi in natura, oltre al maltosio hanno particolare rilevanza due disaccaridi: saccarosio e lattosio (Figura B1.9). CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH Figura B1.9 O H O O O OH Fra i disaccaridi più H H HO H importanti vi sono H α H βO H β il saccarosio (A), lo OH H O H HO OH H OH H zucchero da tavola, HO CH2OH H H H e il lattosio (B) contenuto H OH OH H H OH H OH nel latte. A Saccarosio B Lattosio La Tabella B1.2 illustra la composizione e le fonti naturali dei disaccaridi che abbia- mo descritto. Tabella B1.2 Disaccaridi di rilevanza biologica. Nome Costituenti Fonti Maltosio Due molecole di α-d-glucosio unite con Digestione dell’amido. Cereali legame 1,4-glicosidico. e malto in germinazione. Saccarosio Una molecola di α-d-glucosio e una di Canna da zucchero e β-d-fruttosio unite con legame barbabietola da zucchero. 1,2-glicosidico. Lattosio Una molecola di β-d-galattosio e una di Latte e derivati. β-d-glucosio unite con legame 1,4-glicosidico. gusto metallico e amaro ne ha successivamente ridotto lattasi Gal-O-Glu + H2 O lattosio(idrolisi) galattosio + glucosio l’impiego. L’aspartame (un derivato degli amminoacidi) ha potere dolcificante pari a circa 200 ma non può essere Per motivi diversi, in alcune persone si può manifestare assunto da soggetti affetti da fenilchetonuria perché con- un deficit di lattasi che causa un accumulo di lattosio tiene l’amminoacido fenilalanina; la stessa sostanza non indigerito nell’intestino. Lo zucchero richiama acqua resiste alle elevate temperature e non può dunque essere per osmosi e viene fermentato dai batteri intestinali, il aggiunta a cibi che devono essere cotti. L’acesulfame K cui metabolismo genera gas e altre sostanze irritanti ha potere dolcificante 200, è resistente al calore e alle responsabili dei sintomi clinici. La terapia di questa sin- variazioni di pH e non ha retrogusto amaro. Oggi è uno drome consiste nel seguire una dieta priva del latte e di degli edulcoranti più diffusi. tutti i suoi derivati. Oggi sono disponibili formulazioni Negli ultimi anni, è entrata in uso la stevia, una pian- commerciali di latte dietetico a contenuto ridotto di lat- ta originaria dell’America del Sud, le cui foglie hanno tosio, più facilmente digeribile. un contenuto elevato di principi attivi come lo stevioside L’intolleranza al lattosio ha basi genetiche e non e il rebaudioside. Rispetto al saccarosio, la stevia ha un deve essere confusa con l’intolleranza al latte o, più potere dolcificante circa 200-300 volte superiore e il suo propriamente, allergia al latte. Mentre l’intolleranza al contenuto calorico è nullo. lattosio è dovuta a un deficit enzimatico, l’allergia al latte è scatenata dalla reazione del sistema immunitario con- Nutrizione e prodotti dietetici tro le proteine del latte. In questo caso, oltre ai sintomi Un numero sempre più elevato di persone in tutto il gastrointestinali si manifestano anche reazioni cutanee mondo soffre di intolleranza al lattosio, una sindrome e, talvolta, attacchi di asma. A lungo termine, l’allergia al caratterizzata da disturbi digestivi, dolori addominali, latte può portare alla degenerazione della mucosa inte- diarrea e produzione di gas intestinali (meteorismo). stinale e a una perdita della capacità di assorbire nutrien- Il lattosio introdotto con il latte alimentare è normal- ti. La terapia consiste nell’uso dietetico di latte artificiale mente digerito grazie all’azione di un enzima, chiamato che contiene proteine idrolizzate o, nei casi meno gravi, lattasi, prodotto dalle ghiandole intestinali. di latte di soia. B9  B1 LE BIOMOLECOLE: STRUTTURA E FUNZIONE 5 I polisaccaridi con funzione di riserva energetica L’unione mediante legami glicosidici di numerose molecole di monosaccaridi porta alla formazione dei polisaccaridi. Alcuni di questi sono formati dall’associazione di qualche decina di unità monosaccaridiche, altri possono formare catene anche di decine di migliaia di molecole. Gli omopolisaccaridi sono costituiti dalla ripetizione di un solo tipo di monosac- caride; gli eteropolisaccaridi contengono, invece, due o più tipi diversi di monosac- caride. I polisaccaridi si classificano anche in base alla presenza di ramificazioni nel- le loro molecole: esistono così polisaccaridi a catena lineare e polisaccaridi a catena ramificata (Figura B1.10). Figura B1.10 Omopolisaccaridi Eteropolisaccaridi I polisaccaridi possono Lineare Ramificato Due tipi di monomeri Diversi tipi di monomeri essere composti da lineari ramificati uno, due o più tipi di monosaccaridi, disposti in catene lineari o ramificate di varie lunghezze. ▶ L’amido L’amido, un omopolisaccaride assai diffuso nelle piante, è dato dall’associazione di numerose molecole di α-d-glucosio. È il più importante polisaccaride di riserva e si trova nei cereali, nelle patate e nei legumi, assumendo così notevole importanza alimentare per l’uomo (Figura B1.11). Figura B1.11 Le piante accumulano grandi quantità di amido Patate e radici di nei tuberi. manioca sono fonti di amido molto utilizzate in cucina. B10  LE BIOMOLECOLE: STRUTTURA E FUNZIONE B1 I costituenti principali dell’amido sono l’amilosio (15-20%), formato da una catena HAI CAPITO? lineare che assume un andamento elicoidale nello spazio, e l’amilopectina (80-85%) ◾ Ispirandosi alla costituita da catene ramificate (Figura B1.12). Le unità di α-d-glucosio nelle catene Figura B1.10 disegna di amilosio e amilopectina sono legate attraverso legami α1,4-glicosidici mentre nei in modo schematico la punti di ramificazione dell’amilopectina, ogni 25-30 unità di glucosio, sono presenti struttura dell’amilosio legami α1,6-glicosidici. e dell’amilopectina. L’amido è un omopolisaccaride costituito da unità di α-d-glucosio legate fra loro con legami α1,4-glicosidici in presenza di ramificazioni (legami α1,6-glicosidici) ogni 25-30 unità. CH Figura B1.12 2 OH Amilosio e amilopectina H 4 O sono i componenti H OH H dellÕamido. H 1 H H CH O 4 OH legame 2O H H α1,4-glicosidico H O O H H H 1 OH O H 4 CH2OH H OH H Amilosio O H OH La molecola di amilosio H 1 forma una catena lineare O ad andamento elicolidale. 4 H H OH H H2 OH C OH H O H 1 CH H O 4 2 O O H H H H O H H 1 CH H O O 4 Ramificazione 2 O O H H (legame α1,6-glicosidico) H H H O La molecola di H H amilopectina contiene 1 legame 1,4 diverse ramificazioni. O O 6 H CH2OH CH2OH CH2 CH2OH H O H H O H H O H H OH 4 H 1 4 H 1 4 H 1 4 H 1 OH H O OH H O OH H O OH H H OH H OH H OH H OH Amilopectina B11  B1 LE BIOMOLECOLE: STRUTTURA E FUNZIONE ▶ Il glicogeno, un polisaccaride di riserva di origine animale Nel mondo animale, il glicogeno è l’analogo dell’amido e si trova nel citoplasma delle cellule del fegato e del muscolo dove è depositato sotto forma di granuli (Figura B1.13). Questo polisaccaride svolge una funzione di riserva energetica anche se, negli animali, la maggior parte dell’energia è conservata sotto forma di grasso nel tessuto adiposo. Figura B1.13 Immagine al microscopio elettronico In azzurro sono visibili a trasmissione di una i depositi di glicogeno all’interno delle cellule sezione di tessuto del fegato. epatico. Il glicogeno degli organismi animali è un omopolimero di α-d-glucosio: la molecola è molto più ramificata dell’amilopectina e forma una struttura di tipo globulare. Anche il glicogeno, come l’amido, mostra una struttura globulare ed è costituto da catene in cui le unità di α-d-glucosio sono legate con legami α1,4-glicosidici in presenza di ramificazioni mediante legami α1,6-glicosidici; in questo caso, tuttavia, le ramificazioni sono più frequenti, ogni 10-12 unità di glucosio. Nel complesso, una molecola di glicogeno può contenere fino a 30 000-100 000 unità di glucosio e può raggiungere una massa molecolare che supera anche i 10 milioni di dalton (Figura B1.14). Il glicogeno depositato nelle cellule animali va incontro a modificazioni con- tinue in base alle esigenze dell’intero organismo: in condizioni di abbondanza energetica, come accade dopo un pasto, il glicogeno viene sintetizzato a partire dal glucosio e si accumula; in condizioni di deficit energetico, come avviene a digiuno o a seguito di uno sforzo fisico, il glicogeno accumulato è demolito a glucosio, la cui successiva degradazione metabolica fornisce l’energia di cui l’organismo ha bisogno. La sintesi e la demolizione del glicogeno sono regolate dagli ormoni pan- creatici insulina e glucagone. Figura B1.14 Ogni catena possiede Rappresentazione da 10 a 12 residui di glucosio. schematica della struttura di un granulo di glicogeno. Le molecole di glicogeno crescono per aggiunta progressiva di glucosio. B12  LE BIOMOLECOLE: STRUTTURA E FUNZIONE B1 6 I polisaccaridi con funzione strutturale Numerosi polisaccaridi hanno una funzione strutturale. Alcuni formano robuste strutture fibrose che conferiscono resistenza e protezione a cellule e organismi; altri costituiscono la matrice extracellulare e, legandosi a proteine, formano l’impalcatu- ra molecolare che sostiene i tessuti e permette alle cellule di interagire. ▶ La cellulosa La cellulosa è il principale costituente della parete delle cellule vegetali (Figura B1.15). La cellulosa è un omopolisaccaride insolubile costituito da numerose unità di β-d-glucosio unite fra loro con legami β1,4-glicosidici a formare catene lineari, prive di ramificazioni. CH2OH OH CH2OH OH Figura B1.15 O O Il legno degli alberi è O O costituito da fibre di 4 1 4 OH 1 4 1 4 OH 1 O OH O OH O cellulosa ed emicellulosa O O legate insieme dalla lignina. OH CH2OH OH CH2OH Legami β1,4-glicosidici A differenza di ciò che accade nell’amido e nel glicogeno, la presenza dell’anomero β del d-glucosio fa sì che le catene polisaccaridiche assumano un andamento lineare, associandosi fra loro per mezzo di legami a idrogeno e fascicolandosi insieme: questa struttura permette alla cellulosa di formare fibre molto resistenti alla trazione, in grado di sostenere la pianta. I legami β-glicosidici della cellulosa non possono essere idrolizzati dai succhi digestivi del nostro organismo e il polisaccaride è pertanto indigeribile. Gli stessi legami sono invece idrolizzati dagli enzimi prodotti da alcuni batteri che abitano nell’apparato digerente degli erbivori: il risultato è che gli erbivori digeriscono la cellulosa, ottenendo da questa la maggior parte dell’energia di cui hanno bisogno. ▶ La chitina La chitina è un importante omopolisaccaride a funzione strutturale che forma l’eso- scheletro di crostacei, insetti e anche la parete cellulare di alcuni funghi. La chitina è un omopolimero di N-acetil-β-d-glucosammina, in cui le unità monosaccaridiche sono unite fra loro da legami 1,4-glicosidici a formare catene prive di ramificazioni. H3C O H3C O — =— — =— C C Come nel caso della cellulosa, anche le catene NH CH2OH NH di chitina non sono ramificate e formano O O robusti fasci che O O conferiscono resistenza OH OH OH OH alla struttura che le O O O contiene. O O NH CH2OH NH CH2OH — — C C — — = = O CH3 O CH3 B13  B1 LE BIOMOLECOLE: STRUTTURA E FUNZIONE 7 I lipidi I lipidi sono un gruppo eterogeneo di sostanze che hanno in comune la carat- teristica di essere insolubili in acqua e solubili in solventi organici apolari come GUARDA! il video etere, cloroformio e cicloesano. TI RICORDI? I manicotti di mielina I lipidi svolgono importanti funzioni nel mondo vivente, prima fra tutte quella di che avvolgono gli riserva energetica, ma hanno anche un ruolo strutturale: per esempio, partecipano assoni accelerano la alla formazione delle membrane biologiche, costituiscono il rivestimento mielinico trasmissione degli degli assoni delle cellule nervose e agiscono come isolante termico, come nel caso impulsi nervosi. La del grasso dei mammiferi marini e degli animali che vivono in climi freddi. Infine, i perdita di mielina è lipidi sono precursori di numerose molecole dotate di attività biologica, quali vita- alla base della sclerosi multipla. mine e ormoni (Figura B1.16). Figura B1.16 Funzione di riserva L’importanza dei lipidi in natura. Funzione di Fisiologia Funzione strutturale isolante termico LIPIDI Video Che cosa sono i lipidi? Precursori di ormoni Trasmissione dello e molecole segnale stimolo nervoso Precursori di vitamine HAI CAPITO? L’eterogeneità strutturale dei lipidi rende necessaria una loro classificazione in ◾ Indica almeno una lipidi semplici e lipidi complessi; alcune molecole possono poi essere precursori o proprietà che distingue derivati lipidici (Tabella B1.3). i lipidi dagli zuccheri. Un altro criterio consente di distinguere i lipidi a seconda che le loro molecole siano o meno in grado di dare saponi a seguito di trattamento a caldo con basi forti, quali NaOH o KOH: lipidi saponificabili (per esempio trigliceridi, fosfogliceridi, sfingolipidi); lipidi non saponificabili (per esempio steroidi, terpeni). Tabella B1.3 Classificazione dei lipidi in base alla loro complessità strutturale. Classe Caratteristiche Esempi Lipidi semplici Esteri di acidi grassi con alcoli. Grassi: esteri di acidi grassi con glicerolo. Cere: esteri di acidi grassi con alcoli ad alto peso molecolare. Lipidi complessi Esteri di acidi grassi con alcoli Fosfolipidi: contengono gruppi fosfato. Fra questi che contengono anche altri gruppi si riconoscono i glicerofosfolipidi, in cui l’alcol è atomici. il glicerolo, e gli sfingofosfolipidi, in cui l’alcol è la sfingosina. Glicosfingolipidi: contengono carboidrati, oltre ad un acido grasso e all’alcol sfingosina. Altri lipidi complessi: solfolipidi e amminolipidi; lipoproteine. Precursori e derivati lipidici Composti che non rientrano nelle Precursori lipidici: acidi grassi, sfingosina, alcoli ad due categorie precedenti. alto peso molecolare. Derivati lipidici: vitamine, ormoni, sali biliari, eicosanoidi, steroidi, terpeni. B14  LE BIOMOLECOLE: STRUTTURA E FUNZIONE B1 8 I precursori lipidici: gli acidi grassi Tra i precursori lipidici più importanti vi sono gli acidi grassi, una classe di compo- TI RICORDI? sti organici che partecipa alla formazione di molte molecole con importanti funzioni Gli acidi carbossilici negli organismi viventi. sono composti organici caratterizzati dalla presenza del Gli acidi carbossilici che possiedono quattro o più atomi di carbonio sono detti gruppo carbossile, acidi grassi. —COOH. La formula generale di un acido Sono presenti nei lipidi naturali prevalentemente sotto forma di esteri ma esistono carbossilico è anche come acidi grassi liberi. Gli acidi grassi più diffusi in natura sono provvisti di R—COOH. una lunga catena costituita da almeno dodici atomi di carbonio (acidi grassi a cate- na lunga) e hanno formula generale R—COOH, dove R contiene 11 o più atomi di carbonio. Gli acidi grassi a catena lunga sono insolubili in acqua ma si sciolgono in soluzio- ne alcalina, formando sali solubili detti saponi: RCOOH + NaOH " RCOO- Na+ + H2O Acido grasso Idrossido di sodio Sapone La catena R può essere satura, se non sono presenti doppi legami fra gli atomi di carbonio, o insatura, se sono presenti uno o più doppi legami in configurazione cis. Gli acidi grassi in cui sono presenti due o più doppi legami fra gli atomi di carbonio della catena sono noti come acidi grassi polinsaturi. Gli acidi grassi saturi sono provvisti di una catena in cui gli atomi di carbonio si legano fra loro mediante legami singoli. Le catene degli acidi grassi insaturi contengono uno o più doppi legami. Gli acidi grassi che prendono parte alla formazione dei lipidi hanno in genere catene formate da un numero pari di atomi di carbonio (compreso tra 4 e 30) e con struttu- ra lineare (non presentano, quindi, strutture chiuse ad anello). La Tabella B1.4 riporta alcuni fra gli acidi grassi saturi e insaturi più rilevanti nei sistemi biologici. Tabella B1.4 Acidi grassi a catena lunga di rilevanza fisiologica. Nome comune N° atomi di Formula chimica Punto di Fonte carbonio fusione Acidi grassi saturi A. laurico 12 CH3(CH2)10COOH 44,2 °C Bianco di cetaceo (una sostanza oleo-cerosa che si trova in una concavità esterna del cranio dei cetacei), olio di cocco A. miristico 14 CH3(CH2)12COOH 53,9 °C Noce moscata, semi di palma, burro A. palmitico 16 CH3(CH2)14COOH 63,1 °C Tutti i grassi animali e vegetali A. stearico 18 CH3(CH2)16COOH 69,6 °C Tutti i grassi animali e vegetali Acidi grassi insaturi A. oleico 18 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH 13,4 °C Tutti i grassi animali e vegetali A. linoleico 18 CH3(CH2)3(CH2CH=CH)2(CH2)7COOH -5 °C Arachidi, semi di soia, altri oli vegetali A. linolenico 18 CH3(CH2CH=CH)3(CH2)7COOH -11 °C Olio di semi di lino, altri oli vegetali A. arachidonico 20 CH3(CH2)3(CH2CH=CH)4(CH2)3COOH -49,5 °C Grassi animali, arachidi B15  B1 LE BIOMOLECOLE: STRUTTURA E FUNZIONE La lunga catena idrocarburica degli acidi grassi saturi ha un andamento pressoché rettilineo: questa caratteristica consente alle molecole di compattarsi strettamente l’una con l’altra e determina un punto di fusione relativamente elevato. Al contra- rio, negli acidi grassi insaturi, in prossimità dei doppi legami in configurazione cis la catena subisce un cambiamento di direzione che ostacola il compattamento serrato delle molecole (Figura B1.17). Gli acidi insaturi hanno perciò un punto di fusione relativamente basso che diminuisce all’aumentare del numero di doppi legami. In chimica organica, la catena carboniosa degli acidi grassi si numera a partire dall’atomo di carbonio del gruppo carbossile (carbonio C-1). In biochimica, si usa- no invece le lettere greche, attribuendo la lettera α al carbonio adiacente al gruppo carbossile (carbonio C-2) per terminare con la lettera ω, attribuita al carbonio meti- lico posto all’altra estremità della catena. Figura B1.17 16 atomi L’acido palmitico non ha doppi legami: Rappresentazione di carbonio è un acido saturo. schematica dell’acido palmitico e dell’acido 16 oleico. Si notino i due O ω α = C— diversi modi di numerare Acido palmitico OH la catena carboniosa. 18 18 atomi 1 O = C— di carbonio 10 9 OH Acido oleico L’acido oleico ha un doppio legame «cis» sul C-9: è un acido insaturo. SCIENZA E SALUTE Gli eicosanoidi sono molecole regolatrici Gli eicosanoidi sono un gruppo di sostanze biologica- Gli eicosanoidi sono presenti nell’organismo in quantità mente molto attive che derivano da acidi grassi polinsa- piccolissime, ma possono innescare effetti fisiologici ri- turi a venti atomi di carbonio, come l’acido arachidonico levanti. Essi prendono parte a numerosi processi tra cui (vedi Tabella B1.3). Tra i principali eicosanoidi ricordia- la risposta infiammatoria, l’aggregazione delle piastrine del mo le prostaglandine e i trombossani. sangue, le sensazioni di dolore e la febbre. La loro azione Le prostaglandine vengono suddivise in più classi viene bloccata dai farmaci antinfiammatori non steroi- a seconda delle loro caratteristiche chimiche, ma tut- dei (FANS), come per esempio l’aspirina (acido acetil- te contengono un anello a cinque atomi di carbonio salicilico, Figura B): l’effetto analgesico, antipiretico e (Figura A). Nel corpo umano, le prostaglandine si ritro- antiaggregante di questi farmaci è dovuto all’inibizione vano, oltre che nella prostata (da cui deriva il loro nome), dell’enzima cicloossigenasi che catalizza una tappa della praticamente in tutti i tessuti dell’organismo. biosintesi di prostaglandine e trombossani. O COO- HO O CH3 O CH3 OH O Prostaglandina A2 (PGA2) Figura A Struttura della prostaglandina A2. Figura B Formula di struttura dell’acido acetilsalicilico. B16  LE BIOMOLECOLE: STRUTTURA E FUNZIONE B1 ▶ La denominazione 𝛚 degli acidi grassi Gli acidi grassi insaturi sono talvolta classificati in base ad un criterio che considera la distanza in atomi di carbonio fra l’ultimo doppio legame della catena e l’estremità metilica della molecola (carbonio ω). Questo tipo di suddivisione è nota con il nome di denominazione ω ed è particolarmente utile dal punto di vista nutrizionale. 6 5 4 2 3 1 COOH Acido linoleico ω6 Gli acidi grassi delle serie ω6 (per esempio, l’acido linoleico) e ω3 (per esempio, l’acido α-linolenico) non possono essere prodotti dalle cellule del corpo umano per- ché mancano gli enzimi necessari alla loro sintesi e, pertanto, sono detti acidi grassi essenziali (Figura B1.18). Gli acidi grassi essenziali non possono essere sintetizzati dal metabolismo cellu- lare umano e devono essere assunti con la dieta. Figura B1.18 Il salmone contiene Come tutte le sostanze definite in biochimica essenziali, ossia non biosintetizza- grandi quantità di acido bili da un organismo, questi acidi grassi devono essere necessariamente introdotti linoleico, un acido grasso mediante l’alimentazione. È importante ricordare che il concetto di «essenzialità» essenziale. dipende dalla specie: ciò che è essenziale per una specie può non esserlo per un’altra e viceversa. SCIENZA E SALUTE Gli acidi grassi polinsaturi e il rischio cardiovascolare Gli acidi grassi polinsaturi della serie ω3 sono l’acido ematici di trigliceridi e ridurre la pressione arteriosa. Per α-linolenico, l’acido eicosapentaenoico (EPA) e l’acido questo molti medici hanno prescritto negli anni inte- docosaesaenoico (DHA). gratori a base di olio di pesce a soggetti in cui il rischio HO di contrarre malattie cardiovascolari era elevato. Due 3 recenti studi scientifici condotti su campioni di pazienti O molto vasti hanno, tuttavia, dimostrato l’infondatezza Acido α-linolenico (ALA, C18:3, ω-3) di tali principi, indicando che la somministrazione di in- HO tegratori a base di acidi polinsaturi w3 non influenza in 3 modo significativo il rischio cardiovascolare. O Negli ultimi tempi è salito all’attenzione dei media Acido eicosapentaenoico (EPA, C20:5, ω-3) il possibile ruolo dell’olio di palma nel rischio cardio- 3 HO vascolare causato da un aumento della concentrazione del colesterolo nel sangue. L’olio di palma è ricco di acidi O grassi saturi a lunga catena ma anche di acido oleico ed è Acido docosaesenoico (DHA, C22:6, ω-3) ampiamente utilizzato nell’industria alimentare. Gli studi Gli acidi grassi polinsaturi sono particolarmente abbon- più recenti non dimostrano un effetto diverso dell’olio di danti in alimenti quali pesce azzurro, crostacei, noci e palma rispetto ad altri grassi di composizione simile. In certi oli vegetali. Per molti anni è stata attribuita un’a- altre parole, l’olio di palma non ha un effetto negativo spe- zione quasi miracolosa alle diete ricche in acidi grassi cifico: se l’assunzione di alimenti contenenti olio di palma polinsaturi della serie w3, ritenendo che queste avessero avviene in un quadro nutrizionale bilanciato (con assun- un effetto benefico sul sistema cardiovascolare e nella zione di quantità adeguate di acidi grassi polinsaturi), il prevenzione di gravi malattie, come infarto del miocar- rischio cardiovascolare non aumenta in modo rilevante in dio e ictus, grazie alla loro capacità di abbassare i livelli individui sani e di peso normale. B17  B1 LE BIOMOLECOLE: STRUTTURA E FUNZIONE 9 I trigliceridi I trigliceridi sono la principale riserva energetica degli organismi viventi; sono anche i costituenti del tessuto adiposo negli animali, dove sono presenti in forma di grassi, e dei depositi lipidici delle piante, in cui prendono il nome di oli (Figura B1.19). Figura B1.19 A Sezione di tessuto adiposo osservato al microscopio. B Cellula della pianta Arabidopsis thaliana. A B 3 mmm I lipidi sono immagazzinati nel citoplasma delle cellule Nelle piante, i depositi oleosi sono le adipose sotto forma di una singola grande goccia (aree goccioline chiare che circondano le parti chiare); i nuclei e il citoplasma (aree più scure) sono più scure e occupano gran parte del schiacciati nella periferia della cellula. citoplasma. L’impalcatura strutturale di base dei trigliceridi è data dall’1,2,3-propantriolo o glicerolo, una molecola in cui sono presenti tre funzioni alcoliche. CH2—CH—CH2 OH OH OH Glicerolo TI RICORDI? Nei trigliceridi, la molecola di glicerolo lega tre molecole di acido grasso attraverso Gli esteri si formano reazioni di esterificazione in cui vengono eliminate tre molecole di acqua. Per questo per reazione fra un motivo i trigliceridi sono anche chiamati triacilgliceroli. acido carbossilico e un alcol con eliminazione Glicerolo CH2—CH—CH2 CH2—CH—CH2 di una molecola OH OH OH O O O dÕacqua. O OH OH OH O =C O =C C=O = O O O R—C— + OH—Rl C= C= C= 3 H2O OH Acido Alcol Esterificazione carbossilico H2O O = R—C— O—Rl Estere Acido Acido Acido Trigliceride palmitico oleico stearico I trigliceridi sono una famiglia di molecole molto simili che differiscono per il tipo di acido grasso legato. I grassi animali, che si trovano allo stato solido a temperatura ambiente, sono ricchi di acidi grassi saturi; negli oli vegetali, che si presentano liquidi a tempe- ratura ambiente, predominano invece gli acidi grassi insaturi. B18  LE BIOMOLECOLE: STRUTTURA E FUNZIONE B1 ▶ La reazione di saponificazione dei trigliceridi Il trattamento a caldo di una miscela di grassi o oli con una soluzione concentrata di NaOH o KOH dà luogo ad una reazione di saponificazione in cui si formano saponi (sali di acidi grassi e glicerolo): O = CH2—O—C—R O CH2—OH O = = a caldo CH—O—C—Rl + 3 NaOH (o KOH) CH—OH + 3 R—C—ONa (o K) O CH2—OH = CH2—O—C—Rm Trigliceride Idrossido di sodio Glicerolo Saponi (o di potassio) Figura B1.20 Le molecole di sapone sono anfipatiche: a questa loro caratteristica si deve il loro Il sapone contiene sali di potere detergente (Figura B1.20). acidi grassi e glicerolo. ▶ La reazione di idrogenazione degli oli vegetali Gli oli vegetali possono essere trasformati in sostanze solide, dette margarine, at- traverso una semplice addizione di atomi di idrogeno ai doppi legami (reazione di idrogenazione), in presenza di un opportuno catalizzatore. Nell’industria questo processo è alla base delle produzione di prodotti alimentari che possono sostituire il burro animale. La saturazione dei doppi legami diminuisce anche la possibilità di attacchi da parte di sostanze ossidanti e, di conseguenza, li- mitano la formazione di sottoprodotti che hanno odori sgradevoli (come nel burro irrancidito) e sono potenzialmente tossici. 10 I lipidi con funzione strutturale: i fosfogliceridi Accanto al ruolo di riserva energetica, i lipidi svolgono all’interno dell’organismo anche un importante ruolo strutturale e sono tra i principali componenti delle membrane cellulari. ▶ I fosfogliceridi contengono gruppi polari TI RICORDI? Un amminoalcol è un I fosfogliceridi contengono, al pari dei trigliceridi, uno scheletro di base costituito composto organico dal glicerolo con due molecole di acido grasso esterificate sui primi due atomi di bifunzionale: contiene carbonio. Tuttavia, nel caso dei fosfogliceridi, il glicerolo esterifica in terza posizione un gruppo amminico —NH2 e un gruppo anche un gruppo fosfato, legato a sua volta a un gruppo X, in genere un amminoal- ossidrile —OH. col, la cui natura è spesso ionica o polare (Figura B1.21). Figura B1.21 G acido grasso G acido grasso Schema della struttura l l i i di trigliceridi e c c fosfogliceridi. e acido grasso e acido grasso r r o o l l o acido grasso gruppo X fosfato o struttura generale struttura generale di un trigliceride di un fosfogliceride B19  B1 LE BIOMOLECOLE: STRUTTURA E FUNZIONE L’acido fosfatidico è il fosfogliceride più semplice; il gruppo X è un atomo di idrogeno. O = CH2—O—C—R O Code idrofobiche = O CH—O—C—Rl = H—O—P—O—CH2 O- Acido fosfatidico Testa idrofila Dall’acido fosfatidico possono derivare altre molecole di fosfogliceridi più comples- si come la fosfatidilcolina o lecitina e la fosfatidiletanolammina o cefalina. ▶ I fosfogliceridi formano le membrane cellulari Le molecole dei fosfogliceridi hanno una doppia natura: in prossimità del gruppo fosfato e del gruppo X (vedi Figura B1.21) la molecola è polare (testa idrofila), men- tre nella regione dei due acidi grassi la molecola è apolare (code idrofobiche). Le mo- lecole con questa caratteristica sono dette anfipatiche e tendono a formare doppi strati quando si trovano a contatto con l’acqua (Figura B1.22). Figura B1.22 Le teste idrofile I fosfogliceridi formano Le code idrofobiche si orientano verso si giustappongono doppi strati quando il solvente l’una all’altra per vengono posti a contatto acquoso. formare la porzione con l’acqua. interna del doppio strato. I fosfogliceridi sono molecole anfipatiche provviste di una porzione polare (testa idrofila), in prossimità del gruppo fosfato e del gruppo X, e di una porzio- ne apolare (code idrofobiche), in corrispondenza degli acidi grassi. Figura B1.23 Rappresentazione schematica della Queste proprietà fanno dei fosfogliceridi i principali costituenti delle membrane membrana cellulare. biologiche, formate da un doppio strato fosfolipidico (Figura B1.23). I carboidrati sono legati alla superficie esterna Ambiente delle proteine (e formano glicoproteine) extracellulare o dei lipidi (e formano glicolipidi). Doppio strato fosfolipidico Le proteine periferiche di membrana non penetrano nel doppio strato. Alcune proteine Le molecole di colesterolo integrali attraversano Ambiente interposte tra le code tutto lo spessore dello intracellulare fosfolipidiche del doppio strato strato fosfolipidico; altre influenzano la fluidità degli vi penetrano solo acidi grassi nella membrana. parzialmente. B20  LE BIOMOLECOLE: STRUTTURA E FUNZIONE B1 11 I terpeni, gli steroli e gli steroidi ▶ I terpeni sono derivati dell’isoprene I terpeni sono un gruppo di lipidi non saponificabili che derivano dal 2-metil-1,3-butadiene, noto come isoprene. CH3 — C CH2 H2 C = C = — — H Isoprene Questa molecola è piuttosto instabile e ha una spiccata tendenza alla polimerizzazio- ne, che porta alla formazione di composti sia lineari sia ciclici. Alcuni di questi sono i terpeni, molecole spesso dotate di un odore intenso; sono presenti sia negli anima- li, come lo squalene (Figura B1.24) contenuto nel fegato di squalo, sia nei vegetali, come il geraniolo e il mentolo, responsabili del profumo di queste piante. Alcuni terpeni sono importanti anche per gli esseri umani: lo stesso squalene è implicato nella biosintesi del colesterolo nel fegato, mentre le vitamine A, E e K e i loro precursori sono fondamentali per alcuni processi fisiologici. Figura B1.24 La molecola di squalene, un terpene a 30 atomi di carbonio. Squalene ▶ Il colesterolo Gli steroidi sono un gruppo di lipidi non saponificabili che presentano la strut- tura di base dell’idrocarburo policiclico saturo ciclopentanoperidrofenantrene. La molecola di ciclopentanoperidrofenantrene è caratterizzata da un sistema a quat