Le molecole della vita
2° parte
Lic. Scientifico “A. Meucci”
Aprilia
Prof. Rolando Neri
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Le molecole della vita
Acqua
Inorganici
Sali minerali
Composti chimici
Organici
Idrocarburi
Glicidi
Alcoli, aldeidi
Lipidi
Molecole biologiche
o biomolecole
Proteine
Acidi nucleici
Vitamine
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7. Le molecole biologiche: i lipidi
Caratteristiche: sono costituiti da lunghe catene di atomi di carbonio,
idrogeno e ossigeno
sono comunemente chiamati grassi
sono untuosi al tatto
sono insolubili in acqua (idrofobi = “paura dell’acqua”)
Funzioni:
riserva energetica (molecole ad alto contenuto energetico;
si accumulano nel tessuto adiposo, ad esempio nel derma)
protezione meccanica per alcuni organi (cuore, fegato, reni....)
isolante termico (es. grasso animale)
impermeabilizzante (es. cere sulle penne degli uccelli)
funzione strutturale (nelle membrane cellulari  fosfolipidi)
precursori di importanti molecole biologiche (ormoni, vitamine)
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7. I grassi e olii
I grassi sono composti che
svolgono un’importante
funzione
di
riserva
energetica in molte piante
e animali: a parità di peso,
infatti,
la
completa
demolizione dei grassi
libera circa il doppio di
energia dei carboidrati.
Ogni
molecola
di grasso è formata da tre
molecole di acidi grassi,
legate a una molecola di
glicerolo. Proprio per
questo vengono detti
trigliceridi..
Le caratteristiche di un
grasso dipendono dalla
lunghezza dello scheletro
carbonioso che forma gli
acidi grassi e dalla
presenza o meno di doppi
legami covalenti nelle
catene stesse.
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7. I trigliceridi (detti anche grassi)
I lipidi che contengono acidi grassi in cui non compaiono doppi legami sono detti saturi e sono
solidi a temperatura ambiente (il burro, il grasso della carne).
Se, invece, gli acidi grassi presentano doppi legami sono detti insaturi e sono liquidi a
temperatura ambiente (olio d’oliva e oli di semi). Infatti, in questo caso le molecole di questi
lipidi in corrispondenza dei doppi legami presentano dei ripiegamenti che ne rendono più
difficile una disposizione compatta.
Si accumulano nel tessuto adiposo (grasso sottocuteneo).
Svolgono anche la funzione di isolante termico.
Grassi di origine vegetale
liquidi a temperatura ambiente
(es. olio di oliva, olio di semi)
Grassi di origine animale
solidi a temperatura ambiente
(es. burro, lardo, grasso animale)
Ac. oleico
Acido butirrico
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7. Le cere
1) Sono lipidi piuttosto simili ai grassi Essendo insolubili in acqua, le cere svolgono un’importante
funzione di rivestimento protettivo ed impermeabilizzante
Le penne degli uccelli
2) Conferiscono lucentezza ai frutti
(mele, pere, ciliegie)
La cuticola sulle foglie
3) Le api le usano per costruire le pareti degli
alveari
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7. I fosfolipidi e i glicolipidi
I fosfolipidi sono formati
da due molecole di acidi
grassi, una molecola di
glicerolo e un gruppo
fosfato (legato a un
gruppo di atomi polare).
Il fatto che il terzo atomo
di carbonio del glicerolo
non sia legato ad un acido
grasso, ma ad un gruppo
PO43– legato a sua volta
ad un gruppo polare (R)
determina
che
i
fosfolipidi abbiano una
doppia natura: idrofila,
dalla parte del gruppo
fosfato, idrofoba dalla
parte idrocarburiche degli
acidi grassi.
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7. I fosfolipidi
I fosfolipidi hanno una duplice
natura: idrofila (cioè affinità per
l’acqua) in corrispondenza del
gruppo fosfato, e idrofoba (cioè
non affinità per l’acqua e tende ad
allontanarsi
da
essa)
in
corrispondenza
delle
catene
idrocarburiche degli acidi grassi.
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7. I fosfolipidi
Prodotti nel fegato.
Costituiti da:
testa idrofila (fosfato, glicerolo)
code idrofobe (2 catene degli acidi grassi)
Occorre sottolineare che, per
comodità, i fosfolipidi vengono
rappresentati con una sferetta (la
«testa» polare) dalla quale
pendono due code (le catene
idrocarburiche dell’acido grasso)
Principali costituenti delle membrane
plasmatiche cellulari (doppio strato
lipidico) insieme alle proteine di
membrana.
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7. Le molecole biologiche: i lipidi
Negli steroidi, come il
colesterolo, gli atomi di
carbonio si legano a
formare quattro anelli
chiusi e uniti tra loro.
Lo steroide più comune è il
colesterolo,
un
componente
essenziale
della membrana cellulare.
Inoltre,
il
colesterolo
rappresenta la molecola di
partenza nella sintesi di un
gruppo di ormoni, detti
ormoni steroidei, che
comprendono gli ormoni
sessuali e alcuni ormoni
prodotti dalle ghiandole
surrenali.
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7. Il colesterolo e gli steroidi
Il colesterolo svolge funzioni essenziali al metabolismo:
• costituente delle membrane cellulari delle cellule animali
• precursore della vitamina D (importante per la crescita ossea e dei denti)
• composto di partenza per la sintesi degli acidi biliari (prodotti dal fegato)
Può essere sintetizzato dalle cellule (origine
endogena) o introdotto con la
l’alimentazione (origine esogena)
• costituisce gli ormoni sessuali prodotti dalle ghiandole sessuali e surrenali
(testosterone, aldosterone, estradiolo) ed altri ormoni steroidei (es. cortisone)
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7. I livelli di colesterolo nel sangue vanno tenuti sotto controllo:
perchè?
Il colesterolo viene trasportato nel sangue e quando è presente
in eccesso può causare problemi all’apparato circolatorio.
Il colesterolo in eccesso nel
sangue si accumula sulle pareti
interne delle arterie provocando
la formazione di placche che
causano aterosclerosi.
Il colesterolo in eccesso nel
fegato si accumula dando
origine ai calcoli biliari
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8. Le molecole biologiche: le proteine
Caratteristiche:
sono catene (polimeri) di amminoacidi
sono il più abbondante materiale biologico negli organismi animali
sono essenziali per la struttura e le funzioni degli esseri viventi
Le informazioni per la costruzione delle proteine sono contenute
nei geni, cioè nelle sequenze di DNA
Funzioni:
Strutturale Es. tubulina e actina sono proteine del citscheletro
cheratina  forma i capelli
collagene  componente di pelle, tendini, legamenti
proteine della seta  ragnatela
Contrazione Es. actina e miosina  contrazione muscolare
Riserva  ovalbumina, nell’uovo, ha funzione di riserva per l’embrione
Recettoriale  recepiscono i segnali inviati dalle cellule
Enzimatica Es. enzimi digestivi  facilitano la digestione degli alimenti
Trasporto Es. emoglobina  trasporta ossigeno ed anidride carbonica
nei globuli rossi del sangue
Segnale di comunicazione tra le cellule  ormoni, fattori di crescita
Difesa immunitaria Es. anticorpi combattono le infezioni
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8. Le molecole biologiche: le proteine
Gli amminoacidi sono i monomeri che formano le proteine.
Un aminoacido è un composto chimico caratterizzato da un gruppo amminico (–NH2), un gruppo
carbossilico (–COOH) ed un gruppo di atomi (gruppo R) specifico per ogni aminoacido.
Il carbonio centrale è legato anche a un atomo di idrogeno (H).
Molti animali (tra cui gli esseri umani) sono in grado di sintetizzare solo alcuni di questi amminoacidi; 8
amminoacidi sono detti essenziali perché devono essere assunti con la dieta, ingerendo vegetali o carne di
animali.
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8. Gli amminoacidi e la formazione del legame peptidico
Gli amminoacidi sono tenuti insieme mediante un legame peptidico: esso si
forma tra il gruppo carbossilico di un amminoacido ed il gruppo amminico
dell’amminoacido successivo accompagnato dalla perdita di una molecola di
acqua (H2O).
Nel legame peptidico l’atomo di ossigeno del gruppo carbonilico e l’atomo di
azoto del gruppo amminico sono in posizione trans.
La formazione del legame peptidico è una reazione di condensazione.
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8. Le molecole biologiche: le proteine
In natura, esistono 20 amminoacidi diversi.
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8. La struttura delle proteine
La forma della proteina è importante per svolgere la sua funzione.
Il riscaldamento, o una variazione del pH, provoca la perdita della forma (denaturazione) e la perdita
della funzione delle proteine.
Struttura primaria: sequenza di amminoacidi che
forma una catena polipeptidica.
Struttura secondaria: catena polipetidica si ripiega
a formare struttura ad -elica o struttura a
foglietti  .
Struttura terziaria: catena polipetidica può essere
lineare (proteina fibrosa) o avvolgersi su se stessa
assumendo una forma quasi sferica (proteina
globulare)
Struttura quaternaria: associazione di più catene
polipetidiche. Es. emoglobina (proteina presente
nei globuli rossi, con funzione di trasporto
dell’ossigeno nel sangue)
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8. Le molecole biologiche: le proteine
La struttura primaria
delle proteine
Le proteine differiscono
per
il
numero
di
amminoacidi
che
le
costituiscono e per la loro
sequenza, cioè l’ordine
con cui sono assemblate.
Ogni proteina ha una
diversa struttura primaria
che determina la forma
tridimensionale
della
molecola. Dalla forma
delle proteine dipende la
funzione
che
esse
svolgono.
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8. Le molecole biologiche: le proteine
La sequenza di amminoacidi che forma la struttura primaria determina, in conseguenza dei legami
idrogeno che si formano tra di loro, dei ripiegamenti caratteristici che ne condizionano la struttura
secondaria. A causa delle interazioni tra i gruppi R dei diversi amminoacidi, la struttura secondaria può
ancora ripiegarsi a costituire la struttura terziaria di alcune proteine. Infine, molte proteine sono formate
da più catene di amminoacidi legate tra loro, che nel loro insieme rappresentano la struttura quaternaria.
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8. Le molecole biologiche: le proteine
La struttura secondaria può ripiegarsi e determinare la complessa
struttura terziaria di alcune proteine.
Grazie a questi ripiegamenti, le proteine formano delle «nicchie»
chiamate siti. Come la serratura di una porta che viene aperta da
una sola chiave, il sito di una proteina è in grado di «accogliere»
un unico tipo di molecola o di atomo. Si tratta di una proprietà
fondamentale in molti processi biologici.
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9. Le molecole biologiche: gli acidi nucleici
Gli acidi nucleici, DNA ed RNA sono lunghi polimeri lineari che contengono,
trasportano e decifrano l’informazione genetica.
Gli acidi nucleici sono costituiti da un gran numero di nucleotidi legati l’uno
all’altro mediante legami covalenti.
Le molecole di DNA si trovano in forma di doppia elica, mentre le molecole di
RNA sono in genere a singolo filamento.
Caratteristica peculiare del DNA è la sua lunghezza. Per contenere
l’informazione genetica una molecola di DNA deve necessariamente essere
costituita da molti nucleotidi.
Gli acidi nucleici interagiscono con altri tipi di biomolecole dando origine a
strutture molecolari spesso estremamente complesse, come ad esempio la
cromatina nucleare e i ribosomi.
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9. Le molecole biologiche: gli acidi nucleici
Le unità monomeriche degli acidi nucleici
sono i nucleotidi .
Un singolo nucleotide è composto da:
- uno zucchero;
- un gruppo fosforico;
- una base azotata (purina o pirimidina).
La base azotata è legata allo zucchero tramite
un legame N-glicosidico.
Struttura di un nucleotide
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9. Le molecole biologiche: gli acidi nucleici
Negli acidi nucleici i nucleotidi sono
uniti l’uno all’altro mediante legami
di tipo fosfodiestere.
Il gruppo 3′–OH di un nucleotide
forma un legame estere con il gruppo
fosforico al 5′ del nucleotide
adiacente.
Per convenzione, la sequenza dei
nucleotidi è scritta in direzione 5′→
3′.
Nel DNA (acido deossiribonucleico) lo
zucchero è il deossiribosio, un
aldopentoso senza la funzione
ossidrilica sull’atomo di carbonio in
posizione 2′.
Scheletri covalenti dei polimeri
lineari di DNA ed RNA
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9. I nucleotidi, le unità monomeriche degli acidi nucleici
Le basi presenti nel DNA
sono le purine adenina (A) e
guanina (G), e le pirimidine
citosina (C) e timina (T).
Basi puriniche e pirimidiniche
presenti negli acidi nucleici
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9. La struttura dell’RNA
L’acido ribonucleico (RNA), analogamente al DNA, è un lungo polimero lineare
formato dalla successione di ribonucleotidi uniti mediante legami
fosfodiestere.
La struttura molecolare dell’RNA differisce da quella del DNA per due aspetti:
le unità di zucchero sono costituite da ribosio;
una delle 2 basi azotate pirimidiniche presenti nella molecola è l’uracile (U)
anziché la timina (T) (Figura diapositiva precedente).
Nelle cellule eucariotiche, le molecole di RNA sono implicate nei processi di
espressione genica e non sono depositarie dell’informazione genetica, come
invece si verifica in alcuni tipi di virus ad RNA.
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9. La doppia elica del DNA
La molecola di DNA ha la forma di una doppia elica
del diametro di 20 Å.
E’ una struttura elicoidale regolare costituita da 2
filamenti (catene) polinucleotidici complementari .
Le caratteristiche del modello di DNA di Watson e
Crick sono:
- le 2 catene polinucleotidiche sono avvolte in modo
destrorso intorno ad un asse comune ed hanno
direzionalità opposte (antiparallele);
- lo scheletro idrofilo zucchero-fosfato si trova
all’esterno, mentre le basi azotate sono disposte
all’interno originando un nucleo idrofobico;
- in questa struttura, l’adenina (A) si appaia con la
timina (T) e la guanina (G) con la citosina (C);
- le coppie di basi sono quasi perpendicolari all’asse
dell’elica;
- la struttura elicoidale si ripete ogni 34 Å,
corrispondenti a 10 basi per giro dell’elica.
La doppia elica del DNA
secondo Watson e Crick
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