BIOMOLECOLE ORGANICHE: CARATTERISTICHE, FUNZIONI ED ESEMPI - BIOLOGIA - 2024

Le biomolecole organiche si trovano in tutti gli esseri viventi e sono caratterizzate da una struttura basata sull'atomo di carbonio. Se li confrontiamo con molecole inorganiche, quelle organiche sono molto più complesse in termini di struttura. Inoltre, sono molto più vari.

Sono classificati in proteine, carboidrati, lipidi e acidi nucleici. Le sue funzioni sono estremamente varie. Le proteine ​​partecipano come elementi strutturali, funzionali e catalitici. I carboidrati hanno anche funzioni strutturali e sono la principale fonte di energia per gli esseri organici.

Fonte: pixabay.com

I lipidi sono componenti importanti delle membrane biologiche e di altre sostanze, come gli ormoni. Funzionano anche come elementi di immagazzinamento dell'energia. Infine, gli acidi nucleici - DNA e RNA - contengono tutte le informazioni necessarie per lo sviluppo e il mantenimento degli esseri viventi.

Caratteristiche generali

Una delle caratteristiche più rilevanti delle biomolecole organiche è la loro versatilità quando si tratta di formare strutture. Questa enorme diversità di varianti organiche che possono esistere è dovuta alla situazione privilegiata in cui contribuisce l'atomo di carbonio, a metà del secondo periodo.

L'atomo di carbonio ha quattro elettroni nell'ultimo livello di energia. Grazie alla sua media elettronegatività è in grado di formare legami con altri atomi di carbonio, formando catene di diversa forma e lunghezza, aperte o chiuse, con legami singoli, doppi o tripli all'interno.

Allo stesso modo, l'elettronegatività media dell'atomo di carbonio gli consente di formare legami con altri atomi diversi dal carbonio, come elettropositivo (idrogeno) o elettronegativo (ossigeno, azoto, zolfo, tra gli altri).

Questa proprietà di legame permette di stabilire una classificazione per i carboni in primario, secondario, terziario o quaternario, a seconda del numero di atomi di carbonio con cui è legato. Questo sistema di classificazione è indipendente dal numero di valenze coinvolte nel collegamento.

Classificazione e funzioni

Le molecole organiche sono classificate in quattro grandi gruppi: proteine, carboidrati, lipidi e acidi nucleici. Li descriveremo in dettaglio di seguito:

-Proteins

Le proteine ​​sono il gruppo di molecole organiche meglio definite e caratterizzate dai biologi. Questa vasta conoscenza è principalmente dovuta alla facilità intrinseca che esiste di essere isolati e caratterizzati - rispetto al resto delle tre molecole organiche.

Le proteine ​​svolgono una serie di ruoli biologici estremamente ampi. Possono servire da vettore, molecole strutturali e persino catalitiche. Quest'ultimo gruppo è costituito da enzimi.

Elementi costitutivi: amminoacidi

I mattoni delle proteine ​​sono gli amminoacidi. In natura troviamo 20 tipi di amminoacidi, ciascuno con le sue proprietà fisico-chimiche ben definite.

Queste molecole sono classificate come alfa-amminoacidi, perché hanno un gruppo amminico primario e un gruppo di acido carbossilico come sostituente sullo stesso atomo di carbonio. L'unica eccezione a questa regola è l'amminoacido prolina, che è classificato come un alfa-imminoacido per la presenza di un gruppo amminico secondario.

Per formare le proteine, questi "mattoni" devono polimerizzare e lo fanno formando un legame peptidico. La formazione di una catena proteica comporta la rimozione di una molecola d'acqua per ogni legame peptidico. Questo legame è rappresentato come CO-NH.

Oltre a far parte delle proteine, alcuni aminoacidi sono considerati metaboliti energetici e molti di loro sono elementi nutritivi essenziali.

Proprietà degli amminoacidi

Ogni amminoacido ha la sua massa e il suo aspetto medio nelle proteine. Inoltre, ognuno ha un valore pK dei gruppi dell'acido alfa-carbossilico, alfa-ammino e dei gruppi laterali.

I valori di pK dei gruppi degli acidi carbossilici sono intorno a 2,2; mentre i gruppi alfa-ammino presentano valori di pK prossimi a 9,4. Questa caratteristica porta ad una caratteristica strutturale tipica degli amminoacidi: a pH fisiologico entrambi i gruppi sono in forma ionica.

Quando una molecola trasporta gruppi carichi di polarità opposte, vengono chiamati zwitterioni o zwitterions. Pertanto, un amminoacido può agire come acido o come base.

La maggior parte degli alfa-amminoacidi ha punti di fusione prossimi a 300 ° C. Si dissolvono più facilmente in ambienti polari, rispetto alla loro solubilità in solventi non polari. La maggior parte sono abbastanza solubili in acqua.

Struttura delle proteine

Per poter specificare la funzione di una particolare proteina, è necessario determinarne la struttura, cioè la relazione tridimensionale che esiste tra gli atomi che compongono la proteina in questione. Per le proteine, sono stati determinati quattro livelli di organizzazione della loro struttura:

Struttura primaria : si riferisce alla sequenza amminoacidica che compone la proteina, escludendo qualsiasi conformazione che possono assumere le sue catene laterali.

Struttura secondaria : è formata dalla disposizione spaziale locale degli atomi scheletrici. Anche in questo caso, la conformazione delle catene laterali non viene presa in considerazione.

Struttura terziaria : si riferisce alla struttura tridimensionale dell'intera proteina. Sebbene possa essere difficile stabilire una chiara divisione tra la struttura terziaria e secondaria, le conformazioni definite (come la presenza di eliche, fogli piegati e torsioni) vengono utilizzate per designare esclusivamente le strutture secondarie.

Struttura quaternaria : si applica a quelle proteine ​​che sono costituite da più subunità. Cioè, da due o più catene polipeptidiche individuali. Queste unità possono interagire tramite forze covalenti o tramite legami disolfuro. La disposizione spaziale delle subunità determina la struttura quaternaria.

-Carbohydrates

I carboidrati, i carboidrati o i saccaridi (dalle radici greche sakcharón, che significa zucchero) sono la classe più abbondante di molecole organiche dell'intero pianeta terra.

La loro struttura può essere desunta dal loro nome "carboidrati", poiché sono molecole con formula (CH ₂ O) _n , dove n è maggiore di 3.

Le funzioni dei carboidrati sono molteplici. Uno dei principali è di tipo strutturale, in particolare negli impianti. Nel regno vegetale, la cellulosa è il suo principale materiale strutturale, che corrisponde all'80% del peso secco del corpo.

Un'altra funzione rilevante è il suo ruolo energetico. I polisaccaridi, come l'amido e il glicogeno, rappresentano importanti fonti di riserve nutrizionali.

Classificazione

Le unità di base dei carboidrati sono i monosaccaridi o gli zuccheri semplici. Questi sono derivati ​​da aldeidi a catena lineare o chetoni e alcoli poliidrici.

Sono classificati in base alla natura chimica del loro gruppo carbonile in aldosi e chetosi. Sono anche classificati in base al numero di atomi di carbonio.

I monosaccaridi si raggruppano per formare oligosaccaridi, che si trovano frequentemente in associazione con altri tipi di molecole organiche come proteine ​​e lipidi. Questi sono classificati come omopolisaccaridi o eteropolisaccaridi, a seconda che siano composti dagli stessi monosaccaridi (il primo caso) o siano diversi.

Inoltre, sono anche classificati in base alla natura del monosaccaride che li compone. I polimeri del glucosio sono chiamati glucani, quelli fatti di galattosio sono chiamati galattani e così via.

I polisaccaridi hanno la particolarità di formare catene diritte e ramificate, poiché i legami glicosidici possono essere formati con uno qualsiasi dei gruppi idrossilici presenti nel monosaccaride.

Quando si associa un numero maggiore di unità monosaccaridiche, si parla di polisaccaridi.

-Lipids

I lipidi (dal greco lipos, che significa grasso) sono molecole organiche insolubili in acqua e solubili in solventi inorganici, come il cloroformio. Questi costituiscono grassi, oli, vitamine, ormoni e membrane biologiche.

Classificazione

Acidi grassi : sono acidi carbossilici con catene formate da idrocarburi di notevole lunghezza. Fisiologicamente, è raro trovarli liberi, poiché nella maggior parte dei casi sono esterificati.

Negli animali e nelle piante li troviamo spesso nella loro forma insatura (formando doppi legami tra i carboni) e polinsaturi (con due o più doppi legami).

Triacilgliceroli : detti anche trigliceridi o grassi neutri, costituiscono la maggioranza dei grassi e degli oli presenti negli animali e nelle piante. La sua funzione principale è immagazzinare energia negli animali. Questi hanno celle specializzate per la conservazione.

Sono classificati in base all'identità e alla posizione dei residui di acidi grassi. Generalmente, gli oli vegetali sono liquidi a temperatura ambiente e sono più ricchi di residui di acidi grassi con doppi e tripli legami tra i loro carboni.

Al contrario, i grassi animali sono solidi a temperatura ambiente e il numero di carboni insaturi è basso.

Glicerofosfolipidi : noti anche come fosfogliceridi, sono i principali componenti delle membrane lipidiche.

I glicerofosfolipidi hanno una "coda" con caratteristiche apolari o idrofobiche e una "testa" polare o idrofila. Queste strutture sono raggruppate in un doppio strato, con le code rivolte verso l'interno, per formare le membrane. In questi sono incorporate una serie di proteine.

Sfingolipidi : sono lipidi che si trovano in quantità molto basse. Fanno anche parte delle membrane e derivano dalla sfingosina, dalla diidrosfingosina e dai loro omologhi.

Colesterolo : negli animali è un componente predominante delle membrane, che ne modifica le proprietà, come la fluidità. Si trova anche nelle membrane degli organelli cellulari. È un importante precursore degli ormoni steroidei, legati allo sviluppo sessuale.

-Acidi nucleici

Gli acidi nucleici sono il DNA e i diversi tipi di RNA esistenti. Il DNA è responsabile della conservazione di tutte le informazioni genetiche, che consente lo sviluppo, la crescita e il mantenimento degli organismi viventi.

L'RNA, da parte sua, partecipa al passaggio dell'informazione genetica codificata nel DNA alle molecole proteiche. Classicamente, si distinguono tre tipi di RNA: messaggero, trasferimento e ribosomiale. Tuttavia, ci sono un certo numero di piccoli RNA che possiedono funzioni regolatorie.

Elementi costitutivi: nucleotidi

Gli elementi costitutivi degli acidi nucleici, DNA e RNA, sono i nucleotidi. Chimicamente, sono esteri fosfatici di pentosi, in cui una base azotata è attaccata al primo carbonio. Possiamo distinguere tra ribonucleotidi e desossiribonucleotidi.

Queste molecole sono piatte, aromatiche ed eterocicliche. Quando il gruppo fosfato è assente, il nucleotide viene rinominato nucleoside.

Oltre al loro ruolo di monomeri negli acidi nucleici, queste molecole sono biologicamente ubiquitarie e partecipano a un numero significativo di processi.

I trifosfati nucleosidici sono prodotti ricchi di energia, come l'ATP e vengono utilizzati come moneta energetica delle reazioni cellulari. Sono una componente importante dei coenzimi NAD ⁺ , NADP ⁺ , FMN, FAD e coenzima A. Infine, sono elementi regolatori di diverse vie metaboliche.

Esempi

Esistono innumerevoli esempi di molecole organiche. I più importanti e studiati dai biochimici saranno discussi di seguito:

Emoglobina

L'emoglobina, il pigmento rosso nel sangue, è uno dei classici esempi di proteine. Grazie alla sua ampia diffusione e al facile isolamento, è stata una proteina studiata fin dall'antichità.

È una proteina composta da quattro subunità, motivo per cui rientra nella classificazione tetramerica, con due unità alfa e due beta. Le subunità dell'emoglobina sono correlate a una piccola proteina responsabile dell'assorbimento di ossigeno nei muscoli: la mioglobina.

Il gruppo eme è un derivato della porfirina. Questo caratterizza l'emoglobina ed è lo stesso gruppo trovato nei citocromi. Il gruppo eme è responsabile del caratteristico colore rosso del sangue ed è la regione fisica in cui ogni monomero globinico si lega all'ossigeno.

La funzione principale di questa proteina è il trasporto dell'ossigeno dall'organo responsabile dello scambio gassoso - chiamatelo polmoni, branchie o pelle - ai capillari, da utilizzare nella respirazione.

Cellulosa

La cellulosa è un polimero lineare costituito da subunità D-glucosio, legate da legami di tipo beta 1,4. Come la maggior parte dei polisaccaridi, non hanno una dimensione massima limitata. Tuttavia, in media hanno circa 15.000 residui di glucosio.

È il componente delle pareti cellulari delle piante. Grazie alla cellulosa sono rigidi e permettono di resistere allo stress osmotico. Allo stesso modo, nelle piante più grandi, come gli alberi, la cellulosa fornisce supporto e stabilità.

Sebbene sia prevalentemente correlato alle verdure, alcuni animali chiamati tunicati hanno la cellulosa nella loro struttura.

Si stima che una media di ^10-15 chilogrammi di cellulosa vengano sintetizzati - e degradati - all'anno.

Membrane biologiche

Le membrane biologiche sono composte principalmente da due biomolecole, lipidi e proteine. La conformazione spaziale dei lipidi ha la forma di un doppio strato, con le code idrofobe rivolte verso l'interno e le teste idrofile rivolte verso l'esterno.

La membrana è un'entità dinamica e i suoi componenti subiscono frequenti movimenti.

Riferimenti

1. Aracil, CB, Rodríguez, MP, Magraner, JP e Pérez, RS (2011). Fondamenti di biochimica. Università di Valencia.
2. Battaner Arias, E. (2014). Compendio di enzimologia. Edizioni dell'Università di Salamanca.
3. Berg, JM, Stryer, L. e Tymoczko, JL (2007). Biochimica. Ho invertito.
4. Devlin, TM (2004). Biochimica: libro di testo con applicazioni cliniche. Ho invertito.
5. Díaz, AP e Pena, A. (1988). Biochimica. Editoriale Limusa.
6. Macarulla, JM e Goñi, FM (1994). Biochimica umana: corso base. Ho invertito.
7. Müller - Esterl, W. (2008). Biochimica. Fondamenti di medicina e scienze della vita. Ho invertito.
8. Teijón, JM (2006). Fondamenti di biochimica strutturale. Tébar editoriale.