BIOMOLECOLE: CLASSIFICAZIONE E PRINCIPALI FUNZIONI - BIOLOGIA - 2024

Le biomolecole sono molecole che vengono generate negli esseri viventi. Il prefisso "bio" significa vita; quindi, una biomolecola è una molecola prodotta da un essere vivente. Gli esseri viventi sono costituiti da diversi tipi di molecole che svolgono varie funzioni necessarie alla vita.

In natura esistono sistemi biotici (viventi) e abiotici (non viventi) che interagiscono e, in alcuni casi, scambiano elementi. Una caratteristica che tutti gli esseri viventi hanno in comune è che sono organici, il che significa che le loro molecole costituenti sono costituite da atomi di carbonio.

Le biomolecole hanno anche altri atomi in comune oltre al carbonio. Questi atomi includono principalmente idrogeno, ossigeno, azoto, fosforo e zolfo. Questi elementi sono anche chiamati bioelementi perché sono il componente principale delle molecole biologiche.

Tuttavia, ci sono altri atomi che sono presenti anche in alcune biomolecole, anche se in quantità minori. Questi sono generalmente ioni metallici come potassio, sodio, ferro e magnesio, tra gli altri. Di conseguenza, le biomolecole possono essere di due tipi: organiche o inorganiche.

Pertanto, gli organismi sono costituiti da molti tipi di molecole a base di carbonio, ad esempio: zuccheri, grassi, proteine ​​e acidi nucleici. Tuttavia, ci sono altri composti che sono anche a base di carbonio e non fanno parte delle biomolecole.

Queste molecole contenenti carbonio che non si trovano nei sistemi biologici possono essere trovate nella crosta terrestre, nei laghi, nei mari e negli oceani e nell'atmosfera. Il movimento di questi elementi in natura è descritto in quelli che sono noti come cicli biogeochimici.

Si pensa che queste semplici molecole organiche presenti in natura siano quelle che hanno dato origine alle biomolecole più complesse che fanno parte della struttura fondamentale per la vita: la cellula. Questa è la cosiddetta teoria della sintesi abiotica.

Classificazione e funzioni delle biomolecole

Le biomolecole sono diverse per dimensioni e struttura, il che conferisce loro caratteristiche uniche per lo svolgimento delle diverse funzioni necessarie alla vita. Pertanto, le biomolecole agiscono come immagazzinamento di informazioni, fonte di energia, supporto, metabolismo cellulare, tra gli altri.

Le biomolecole possono essere classificate in due grandi gruppi, in base alla presenza o all'assenza di atomi di carbonio.

Biomolecole inorganiche

Sono tutte quelle molecole che sono presenti negli esseri viventi e che non contengono carbonio nella loro struttura molecolare. Le molecole inorganiche possono essere trovate anche in altri sistemi (non viventi) in natura.

I tipi di biomolecole inorganiche sono i seguenti:

acqua

È il componente principale e fondamentale degli esseri viventi, è una molecola formata da un atomo di ossigeno legato a due atomi di idrogeno. L'acqua è essenziale per l'esistenza della vita ed è la biomolecola più comune.

Tra il 50 e il 95% del peso di un essere vivente è l'acqua, poiché è necessaria per svolgere diverse importanti funzioni, come la regolazione termica e il trasporto di sostanze.

Sali minerali

Sono semplici molecole costituite da atomi caricati in modo opposto che si separano completamente nell'acqua. Ad esempio: cloruro di sodio, costituito da un atomo di cloro (caricato negativamente) e un atomo di sodio (caricato positivamente).

I sali minerali partecipano alla formazione di strutture rigide, come le ossa dei vertebrati o l'esoscheletro degli invertebrati. Queste biomolecole inorganiche sono necessarie anche per svolgere molte importanti funzioni cellulari.

gas

Sono molecole che sono sotto forma di gas. Sono essenziali per la respirazione degli animali e la fotosintesi nelle piante.

Esempi di questi gas sono: ossigeno molecolare, costituito da due atomi di ossigeno legati insieme; e anidride carbonica, costituita da un atomo di carbonio legato a due atomi di ossigeno. Entrambe le biomolecole partecipano allo scambio di gas che gli esseri viventi effettuano con il loro ambiente.

Biomolecole organiche

Le biomolecole organiche sono quelle molecole che contengono atomi di carbonio nella loro struttura. Le molecole organiche possono anche essere trovate distribuite in natura come parte di sistemi non viventi e costituiscono ciò che è noto come biomassa.

Le tipologie di biomolecole organiche sono le seguenti:

carboidrati

I carboidrati sono probabilmente le sostanze organiche più abbondanti e diffuse in natura e sono componenti essenziali di tutti gli esseri viventi.

I carboidrati sono prodotti dalle piante verdi dall'anidride carbonica e dall'acqua durante il processo di fotosintesi.

Queste biomolecole sono costituite principalmente da atomi di carbonio, idrogeno e ossigeno. Sono anche conosciuti come carboidrati o saccaridi e funzionano come fonti di energia e come componenti strutturali degli organismi.

- Monosaccaridi

I monosaccaridi sono i carboidrati più semplici e sono spesso chiamati zuccheri semplici. Sono i mattoni elementari da cui si formano tutti i carboidrati più grandi.

I monosaccaridi hanno la formula molecolare generale (CH2O) n, dove n può essere 3, 5 o 6. Pertanto, i monosaccaridi possono essere classificati in base al numero di atomi di carbonio presenti nella molecola:

Se n = 3, la molecola è una triosa. Ad esempio: gliceraldeide.

Se n = 5, la molecola è un pentoso. Ad esempio: ribosio e desossiribosio.

Se n = 6, la molecola è un esoso. Ad esempio: fruttosio, glucosio e galattosio.

I pentosi e gli esosi possono esistere in due forme: ciclica e non ciclica. Nella forma non ciclica, le sue strutture molecolari mostrano due gruppi funzionali: un gruppo aldeidico o un gruppo chetone.

I monosaccaridi che contengono il gruppo aldeidico sono chiamati aldosi e quelli che hanno un gruppo chetonico sono chiamati chetosi. Le aldosi sono zuccheri riducenti, mentre le chetosi sono zuccheri non riducenti.

Tuttavia, nell'acqua i pentosi e gli esosi esistono principalmente in forma ciclica, ed è in questa forma che si combinano per formare molecole di saccaride più grandi.

- Disaccaridi

La maggior parte degli zuccheri presenti in natura sono disaccaridi. Questi sono formati dalla formazione di un legame glicosidico tra due monosaccaridi, attraverso una reazione di condensazione che libera acqua. Questo processo di formazione del legame richiede energia per tenere insieme le due unità monosaccaridiche.

I tre disaccaridi più importanti sono il saccarosio, il lattosio e il maltosio. Sono formati dalla condensazione dei monosaccaridi appropriati. Il saccarosio è uno zucchero non riducente, mentre il lattosio e il maltosio sono zuccheri riducenti.

I disaccaridi sono solubili in acqua, ma sono biomolecole troppo grandi per attraversare la membrana cellulare per diffusione. Per questo motivo, durante la digestione vengono scomposti nell'intestino tenue in modo che i loro componenti essenziali (cioè i monosaccaridi) passino nel sangue e in altre cellule.

I monosaccaridi vengono utilizzati molto rapidamente dalle cellule. Tuttavia, se una cellula non ha bisogno di energia, può immagazzinarla immediatamente sotto forma di polimeri più complessi. Pertanto, i monosaccaridi vengono convertiti in disaccaridi attraverso reazioni di condensazione che si verificano nella cellula.

- Oligosaccaridi

Gli oligosaccaridi sono molecole intermedie composte da tre a nove unità zuccherine semplici (monosaccaridi). Si formano abbattendo parzialmente carboidrati più complessi (polisaccaridi).

La maggior parte degli oligosaccaridi naturali si trovano nelle piante e, ad eccezione del maltotriosio, sono indigeribili dagli esseri umani perché il corpo umano non ha gli enzimi necessari nell'intestino tenue per scomporli.

Nell'intestino crasso, i batteri benefici possono abbattere gli oligosaccaridi attraverso la fermentazione; così vengono trasformati in nutrienti assorbibili che forniscono energia. Alcuni prodotti di degradazione degli oligosaccaridi possono avere un effetto benefico sul rivestimento dell'intestino crasso.

Esempi di oligosaccaridi includono raffinosio, un trisaccaride di legumi e alcuni cereali composti da glucosio, fruttosio e galattosio. Il maltotriosio, un trisaccaride del glucosio, è presente in alcune piante e nel sangue di alcuni artropodi.

- Polisaccaridi

I monosaccaridi possono subire una serie di reazioni di condensazione, aggiungendo un'unità dopo l'altra alla catena fino a formare molecole molto grandi. Questi sono i polisaccaridi.

Le proprietà dei polisaccaridi dipendono da diversi fattori della loro struttura molecolare: lunghezza, rami laterali, pieghe e se la catena è "diritta" o "arrotolata". Esistono diversi esempi di polisaccaridi in natura.

L'amido è spesso prodotto nelle piante come un modo per immagazzinare energia ed è costituito da polimeri α-glucosio. Se il polimero è ramificato si chiama amilopectina e se non è ramificato si chiama amilosio.

Il glicogeno è il polisaccaride di riserva energetica negli animali ed è costituito da amilopectine. Pertanto, l'amido delle piante viene scomposto nel corpo per produrre glucosio, che entra nella cellula e viene utilizzato nel metabolismo. Il glucosio non utilizzato polimerizza e forma il glicogeno, la riserva di energia.

lipidi

I lipidi sono un altro tipo di biomolecole organiche la cui caratteristica principale è che sono idrofobiche (respingono l'acqua) e, di conseguenza, sono insolubili in acqua. A seconda della loro struttura, i lipidi possono essere classificati in 4 gruppi principali:

- Trigliceridi

I trigliceridi sono costituiti da una molecola di glicerolo attaccata a tre catene di acidi grassi. Un acido grasso è una molecola lineare che contiene un acido carbossilico a un'estremità, seguita da una catena di idrocarburi e un gruppo metilico all'altra estremità.

A seconda della loro struttura, gli acidi grassi possono essere saturi o insaturi. Se la catena di idrocarburi contiene solo legami singoli, è un acido grasso saturo. Viceversa, se questa catena idrocarburica ha uno o più doppi legami, l'acido grasso è insaturo.

All'interno di questa categoria sono presenti oli e grassi. I primi sono la riserva energetica delle piante, hanno insaturazioni e sono liquidi a temperatura ambiente. Al contrario, i grassi sono le riserve di energia degli animali, sono molecole sature e solide a temperatura ambiente.

I fosfolipidi

I fosfolipidi sono simili ai trigliceridi in quanto hanno una molecola di glicerolo attaccata a due acidi grassi. La differenza è che i fosfolipidi hanno un gruppo fosfato sul terzo carbonio del glicerolo, piuttosto che un'altra molecola di acido grasso.

Questi lipidi sono molto importanti per il modo in cui possono interagire con l'acqua. Avendo un gruppo fosfato a un'estremità, la molecola diventa idrofila (attrae l'acqua) in quella regione. Tuttavia, è ancora idrofobo nel resto della molecola.

Per la loro struttura, i fosfolipidi tendono ad organizzarsi in modo tale che i gruppi fosfato siano disponibili per interagire con il mezzo acquoso, mentre le catene idrofobe che organizzano all'interno sono lontane dall'acqua. Pertanto, i fosfolipidi fanno parte di tutte le membrane biologiche.

- Steroidi

Gli steroidi sono costituiti da quattro anelli di carbonio fusi, a cui sono collegati diversi gruppi funzionali. Uno dei più importanti è il colesterolo, poiché è essenziale per gli esseri viventi. È il precursore di alcuni importanti ormoni come estrogeni, testosterone e cortisone, tra gli altri.

- Cere

Le cere sono un piccolo gruppo di lipidi che hanno una funzione protettiva. Si trovano nelle foglie degli alberi, nelle piume degli uccelli, nelle orecchie di alcuni mammiferi e in luoghi che necessitano di essere isolati o protetti dall'ambiente esterno.

Acidi nucleici

Gli acidi nucleici sono le principali molecole di trasporto di informazioni genetiche negli esseri viventi. La sua funzione principale è quella di dirigere il processo di sintesi proteica, che determina le caratteristiche ereditarie di ogni essere vivente. Sono composti da atomi di carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto e fosforo.

Gli acidi nucleici sono polimeri costituiti da ripetizioni di monomeri, chiamati nucleotidi. Ogni nucleotide è costituito da una base aromatica contenente azoto attaccata a uno zucchero pentoso (cinque atomi di carbonio), che a sua volta è attaccato a un gruppo fosfato.

Le due classi principali di acidi nucleici sono l'acido desossiribonucleico (DNA) e l'acido ribonucleico (RNA). Il DNA è la molecola che contiene tutte le informazioni di una specie, motivo per cui è presente in tutti gli esseri viventi e nella maggior parte dei virus.

L'RNA è il materiale genetico di alcuni virus, ma si trova anche in tutte le cellule viventi. Lì svolge funzioni importanti in alcuni processi, come la produzione di proteine.

Ogni acido nucleico contiene quattro delle cinque possibili basi contenenti azoto: adenina (A), guanina (G), citosina (C), timina (T) e uracile (U). Il DNA ha le basi adenina, guanina, citosina e timina, mentre l'RNA ha le stesse basi tranne la timina, che è sostituita dall'uracile nell'RNA.

- Acido desossiribonucleico (DNA)

La molecola di DNA è costituita da due catene di nucleotidi unite da legami chiamati legami fosfodiestere. Ogni catena ha una struttura a forma di elica. Le due eliche si intrecciano per dare una doppia elica. Le basi sono all'interno dell'elica e i gruppi fosfato sono all'esterno.

Il DNA è costituito da una spina dorsale di zucchero desossiribosio legato al fosfato e da quattro basi azotate: adenina, guanina, citosina e timina. Le coppie di basi si formano nel DNA a doppio filamento: l'adenina si lega sempre alla timina (AT) e la guanina alla citosina (GC).

Le due eliche sono tenute insieme accoppiando le basi nucleotidiche mediante legame a idrogeno. La struttura è talvolta descritta come una scala in cui le catene di zucchero e fosfato sono i lati e i legami base-base sono i pioli.

Questa struttura, insieme alla stabilità chimica della molecola, rende il DNA il materiale ideale per la trasmissione dell'informazione genetica. Quando una cellula si divide, il suo DNA viene copiato e passato da una generazione di cellule a quella successiva.

- Acido ribonucleico (RNA)

L'RNA è un polimero di acido nucleico la cui struttura è costituita da una singola catena nucleotidica: adenina, citosina, guanina e uracile. Come nel DNA, la citosina si lega sempre alla guanina (CG) ma l'adenina si lega all'uracile (AU).

È il primo intermediario nel trasferimento di informazioni genetiche nelle cellule. L'RNA è essenziale per la sintesi proteica, poiché l'informazione contenuta nel codice genetico viene generalmente trasmessa dal DNA all'RNA, e da questo alle proteine.

Alcuni RNA hanno anche funzioni dirette nel metabolismo cellulare. L'RNA si ottiene copiando la sequenza di basi di un segmento di DNA chiamato gene, su una porzione di acido nucleico a filamento singolo. Questo processo, chiamato trascrizione, è catalizzato da un enzima chiamato RNA polimerasi.

Esistono diversi tipi di RNA, principalmente ce ne sono 3. Il primo è l'RNA messaggero, che è quello che viene copiato direttamente dal DNA attraverso la trascrizione. Il secondo tipo è l'RNA di trasferimento, che è quello che trasferisce gli amminoacidi corretti per la sintesi proteica.

Infine, l'altra classe di RNA è l'RNA ribosomiale che, insieme ad alcune proteine, forma i ribosomi, organelli cellulari responsabili della sintesi di tutte le proteine ​​nella cellula.

Proteina

Le proteine ​​sono molecole grandi e complesse che svolgono molte funzioni importanti e svolgono la maggior parte del lavoro nelle cellule. Sono necessari per la struttura, la funzione e la regolazione degli esseri viventi. Sono costituiti da atomi di carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto.

Le proteine ​​sono costituite da unità più piccole chiamate amminoacidi, legate tra loro da legami peptidici e che formano lunghe catene. Gli amminoacidi sono piccole molecole organiche con proprietà fisico-chimiche molto particolari, ne esistono 20 tipi diversi.

La sequenza degli amminoacidi determina la struttura tridimensionale unica di ciascuna proteina e la sua funzione specifica. In effetti, le funzioni delle singole proteine ​​sono tanto varie quanto le loro sequenze di amminoacidi uniche, che determinano le interazioni che generano complesse strutture tridimensionali.

Varie funzioni

Le proteine ​​possono essere componenti strutturali e di movimento per la cellula, come l'actina. Altri lavorano accelerando le reazioni biochimiche all'interno della cellula, come la DNA polimerasi, che è l'enzima che sintetizza il DNA.

Ci sono altre proteine ​​la cui funzione è quella di trasmettere un messaggio importante all'organismo. Ad esempio, alcuni tipi di ormoni come gli ormoni della crescita trasmettono segnali per coordinare i processi biologici tra cellule, tessuti e organi diversi.

Alcune proteine ​​si legano e trasportano atomi (o piccole molecole) all'interno delle cellule; questo è il caso della ferritina, che è responsabile della conservazione del ferro in alcuni organismi. Un altro gruppo di proteine ​​importanti sono gli anticorpi, che appartengono al sistema immunitario e sono responsabili della rilevazione di tossine e agenti patogeni.

Pertanto, le proteine ​​sono i prodotti finali del processo di decodifica dell'informazione genetica che inizia con il DNA cellulare. Questa incredibile varietà di funzioni deriva da un codice sorprendentemente semplice in grado di specificare un insieme di strutture enormemente diversificato.

Riferimenti

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