Le biomolecole sono composti del carbonio PDF

# Le biomolecole sono composti del carbonio ## 1 Le biomolecole sono composti del carbonio - **Biomolecole** sono sostanze prodotte solo da organismi viventi. - Sono presenti in migliaia di tipi diversi. - Hanno funzione specifica e insostituibile. - Sono prodotte in quantità controllate. - **Fun...

# Le biomolecole sono composti del carbonio ## 1 Le biomolecole sono composti del carbonio - **Biomolecole** sono sostanze prodotte solo da organismi viventi. - Sono presenti in migliaia di tipi diversi. - Hanno funzione specifica e insostituibile. - Sono prodotte in quantità controllate. - **Funzioni delle biomolecole:** - Costruire le strutture cellulari. - Svolgere processi chimici tipici della vita. - Cooperare tra loro. ### 1.1 Caratteristiche chimiche delle biomolecole - Sono composti del carbonio. - Il carbonio non è l'elemento più abbondante sulla terra (0,1%). - Ha una grande versatilità. - Forma migliaia di composti chimici. ### 1.2 Catene carboniose - Atomi di carbonio possono formare catene di lunghezza variabile (anche migliaia di atomi). - Catene carboniose possono essere: - Lineari. - Ramificate. - Cicliche. ### 1.3 Gruppi funzionali - Gruppi funzionali sono atomi o gruppi di atomi che conferiscono proprietà chimiche specifiche alla molecola organica a cui sono legati. - Esempi di gruppi funzionali: - Ossidrile -OH - Carbossilico -COOH - Amminico -NH₂ ### 1.4 Modelli molecolari - Servono per rappresentare la forma delle molecole: - **Modelli compatti:** atomi sono rappresentati da sfere a contatto l'una con l'altra. - **Modelli a sfere e bastoncini:** bastoncini rappresentano i legami e gli atomi sono distanti l'uno dall'altro. ## 2 Le biomolecole sono divise in quattro classi: - I composti organici sono polifunzionali. - Contengono due o più gruppi funzionali. - Gruppi funzionali sono legati a una catena idrocarburica. - Sono presenti contemporaneamente migliaia di biomolecole nella cellula. ### 2.1 Classi di biomolecole - **Carboidrati:** monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi. - **Amminoacidi e proteine.** - **Lipidi.** - **Nucleotidi e acidi nucleici.** ### 2.2 Struttura delle molecole - È importante per descrivere correttamente le diverse classi di biomolecole. - Forma e formula di struttura influenzano le proprietà di una biomolecola. ### 2.3 Isomeri - Isomeri sono molecole formate dagli stessi atomi ma disposti in modo diverso. - Hanno proprietà chimiche e fisiche differenti. - Esempio: glucosio e fruttosio. ## 3 Monomeri e polimeri nelle cellule ### 3.1 Polimeri - Polimeri sono macromolecole costituite da centinaia o migliaia di molecole più piccole (monomeri) unite tra loro. - I monomeri sono simili tra loro. - Esempi di polimeri biologici: - Polisaccaridi. - Proteine. - Acidi nucleici. ### 3.2 Monomeri - Monomeri fondamentali sono gli stessi in tutte le forme di vita. - Polimeri variano per dimensioni, forma e funzione. ### 3.3 Reazioni di condensazione - Servono per costruire un polimero. - Si ripete tante volte quanti sono i monomeri. - Si libera una molecola d'acqua. ### 3.4 Reazioni di idrolisi - Scompongono un polimero nei singoli monomeri costituenti. - Richiede una molecola d'acqua per ogni legame che si rompe. ## 4 Le biomolecole e il corpo umano - Biomolecole vengono continuamente costruite e distrutte. - Mantenimento di un equilibrio. - Esseri umani sono eterotrofi. - Si nutrono per ingestione e digestione. - Assumiamo biomolecole prodotte da altri organismi. - Scomponiamo i polimeri. - Traferimenti di monomeri alle cellule. - Monomeri sono utilizzati come: - Fonte di energia. - Costruire le nostre biomolecole. ### 4.1 Nutrienti - Nutrienti sono le sostanze che assumiamo con l'alimentazione per svolgere le funzioni biologiche dell'organismo. - **Funzioni dei nutrienti:** - Ricavare energia. - Costruire le nostre biomolecole. - Svolgere i processi vitali che ci caratterizzano. - **Macronutrienti:** sono necessari in grandi quantità. - **Micronutrienti:** sono necessari in minima quantità. ## 5 I carboidrati: monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi ### 5.1 Funzioni dei carboidrati - Principale fonte di energia. - Componente strutturale delle cellule e dei loro rivestimenti. - Forniscono scheletri carboniosi. ### 5.2 Classi di carboidrati - **Monosaccaridi:** contengono da 3 a 7 atomi di carbonio. - **Disaccaridi:** formati da due monosaccaridi uniti tra loro. - **Polisaccaridi:** grossi polimeri costituiti da centinaia o migliaia di monosaccaridi legati insieme. ### 5.3 Monosaccaridi importanti - **Glucosio:** principale fonte di energia. - **Fruttosio:** si trova nei frutti e nel miele. - **Ribosio e desossiribosio:** non sono fonte di energia; entrano a far parte della struttura dei nucleotidi e degli acidi nucleici. ## 6 I monosaccaridi o zuccheri semplici - **Monosaccaridi:** molecole polari e solubili in acqua. - Formula generale: C_nH_2nO_n. - Hanno struttura ciclica (5 o 6 atomi di carbonio). ## 7 I disaccaridi e i polisaccaridi di riserva - **Disaccaridi:** formati da due monosaccaridi uniti da legami covalenti. - **Polisaccaridi:** sono polimeri formati da lunghe catene di monosaccaridi. ### 7.1 Disaccaridi importanti - **Saccarosio:** zucchero da tavola. - **Lattosio:** zucchero contenuto nel latte. ### 7.2 Polisaccaridi importanti - **Amido:** polimero del glucosio con struttura ramificata. - **Glicogeno:** polimero del glucosio con struttura ramificata. ## 8 I polisaccaridi strutturali ### 8.1 Cellulosa - Polimero del glucosio. - Costituisce la parete cellulare delle piante. - È la biomolecola più abbondante della Terra. - È difficilmente idrolizzabile dagli animali. - Forma fibre resistenti. ### 8.2 Chitina - Forma l'esoscheletro di insetti e crostacei. - È resistente alle sollecitazioni meccaniche. - Consente la digestione della cellulosa. ## 9 I lipidi: trigliceridi, fosfolipidi e steroidi - **Lipidi:** biomolecole apolari, insolubili in acqua (cioè idrofobiche) e untuose al tatto. - Hanno struttura e compiti diversi. ### 9.1 Trigliceridi - **Trigliceridi:** costituiscono il 90-95% dei lipidi. - Sono formati da glicerolo e acidi grassi. - Sono immagazzinati nel tessuto adiposo. - Servono come: - Riserve energetiche a lungo termine. - Isolanti termici. - Possono essere: - **Saturi:** tutti i legami sono semplici. - **Insaturi:** contengono almeno un legame doppio. ### 9.2 Fosfolipidi - Hanno una struttura simile a quella dei trigliceridi. - Un acido grasso è sostituito da un gruppo fosfato legato a una piccola molecola polare. - Hanno una <<doppia natura>>: - **Testa idrofila:** gruppo fosfato. - **Code idrofobiche:** acidi grassi. - Formano le membrane cellulari (doppio strato). ### 9.3 Steroidi - Sono composti da quattro anelli fusi insieme. - Esempio: colesterolo. - A partire dal colesterolo si formano gli steroidi: - Ormoni sessuali. - Ormoni prodotti dalle ghiandole surrenali. ## 10 I trigliceridi saturi e insaturi ### 10.1 Struttura dei trigliceridi - Sono formati da glicerolo e tre molecole di acidi grassi. - Gli acidi grassi hanno struttura lineare. ### 10.2 Acidid grassi saturi - Tutti i legami tra gli atomi di carbonio sono semplici. - Contengono il massimo numero di atomi di idrogeno. - Forma lineare. ### 10.3 Acidid grassi insaturi - Contengono almeno un legame doppio. - Forma meno lineare. ## 11 I fosfolipidi e gli steroidi ### 11.1 Fosfolipidi - Hanno una struttura simile a quella dei trigliceridi. - Un acido grasso è sostituito da un gruppo fosfato legato a una piccola molecola polare. - Sono presenti nelle membrane cellulari. - Formano un doppio strato: - Teste idrofile sono rivolte verso l'ambiente esterno e verso il citoplasma. - Code idrofobiche sono a contatto tra loro. ### 11.2 Colesterolo - È una molecola piccola, rigida e quasi piatta, formata da quattro anelli fusi insieme. - È presente nelle membrane cellulari. - È presente negli alimenti di origine animale. - Un consumo eccessivo può portare a malattie cardiovascolari (ictus, infarto). ### 11.3 Steroidi - Si formano a partire dal colesterolo. - Hanno funzione regolatrice. - Esempi di steroidi: - Ormoni sessuali. - Ormoni prodotti dalle ghiandole surrenali. ## 12 Le proteine: polimeri di amminoacidi ### 12.1 Proteine - Sono polimeri costituiti da una o più catene di amminoacidi ripiegate su se stesse. - Hanno dimensioni e forme molto varie. - Sono specializzate per svolgere una funzione particolare. - Sono presenti sia nelle strutture esterne (pelle, penne, corna) sia interne (muscoli). - I monomeri delle proteine sono gli amminoacidi. ### 12.2 Amminoacidi - Hanno la stessa struttura di base. - Contengono un atomo di carbonio centrale legato a: - Un atomo di idrogeno. - Un gruppo amminico (-NH₂). - Un gruppo carbossilico (-COOH). - Un gruppo R, che varia tra i 20 amminoacidi. ### 12.3 Struttura degli amminoacidi - Il gruppo R è diverso in ogni amminoacido. - Determina le caratteristiche specifiche dell'amminoacido. - Gli amminoacidi con gruppi R apolari hanno comportamento idrofobico. - Gli amminoacidi con gruppi R polari hanno comportamento idrofilo. ## 13 La struttura delle proteine ### 13.1 Struttura primaria - È formata da una catena di amminoacidi uniti da legami peptidici. - La sequenza lineare degli amminoacidi è importantissima. ### 13.2 Struttura secondaria - Si forma a causa dei legami a idrogeno tra i gruppi C=O e N-H di amminoacidi diversi della stessa catena. - Tipi di struttura secondaria: - Elica: catena si avvolge a spirale. - Foglietto pieghettato: catena si ripiega a zig-zag. ### 13.3 Struttura terziaria - È dovuta alle interazioni tra i gruppi R di amminoacidi appartenenti a regioni diverse della stessa catena. - Forma globulare o fibrosa. - È specifica per ogni proteina. ### 13.4 Struttura quaternaria - È presente in proteine molto grandi. - È formata da due o più catene polipeptidiche (subunità) unite insieme. - Esempio: emoglobina. ## 14 La forma e la funzione delle proteine - La forma nativa di una proteina dipende da legami deboli. - È molto sensibile alle variazioni di condizioni ambientali: - Alte temperature. - pH estremi. - Radiazioni ad alta energia. - Sostanze chimiche. - La denaturazione è l'alterazione della struttura tridimensionale di una proteina. - La denaturazione può essere reversibile o irreversibile. ## 15 Gli enzimi nelle reazioni cellulari ### 15.1 Enzimi - Sono proteine che catalizzano le reazioni chimiche. - Sono altamente specifici: ognuno catalizza un solo tipo di reazione. - Non vengono alterati durante la reazione. - Sono attivi anche a basse concentrazioni. - Hanno un sito attivo dove si lega il substrato. ## 16 Gli acidi nucleici: polimeri di nucleotidi ### 16.1 Nucleotidi - Sono i monomeri che costituiscono gli acidi nucleici. - Hanno diverse funzioni: - Costruire gli acidi nucleici. - Trasporto di energia. - Molecole segnale. - Coinvolti in importanti reazioni chimiche. ### 16.2 Struttura di base dei nucleotidi - Contengono: - Un gruppo fosfato. - Uno zucchero a cinque atomi di carbonio: ribosio o desossiribosio. - Una base azotata. ### 16.3 Basi azotate - Adenina (A). - Timina (T). - Citosina (C). - Guanina (G). - Uracile (U). ### 16.4 Acidi nucleici - **Acido desossiribonucleico (DNA):** contiene desossiribosio, adenina, guanina, citosina e timina. - **Acido ribonucleico (RNA):** contiene ribosio, adenina, guanina, citosina e uracile. ## 17 La struttura e le funzioni degli acidi nucleici - Il DNA è una molecola informazionale. - Contiene le informazioni necessarie per la sintesi delle proteine. - Ha struttura a doppia elica. - I due filamenti sono complementari: - **Adenina (A)** si appaia con **timina (T)**. - **Guanina (G)** si appaia con **citosina (C)**. - L'RNA ha struttura a singolo filamento. - Contiene uracile al posto della timina. - Ha funzione di trasporto dell'informazione genetica dai geni ai ribosomi per la sintesi delle proteine. ## 18 ATP, il nucleotide che trasporta energia ### 18.1 Adenosintrifosfato (ATP) - Contiene adenina, ribosio e una catena di tre gruppi fosfato. - I legami tra i gruppi fosfato sono: - Ad alta energia. - Molto instabili. - L'ATP è un trasportatore di energia. - La reazione di idrolisi libera energia: - ATP + H₂O ADP + P₁ + Energia. ### 18.2 Riciclo di ATP - L'ATP è una molecola ricaricabile. - L'energia per sintetizzare nuovamente l'ATP è ricavata dalla degradazione dei nutrienti.