MACROMOLECOLE: CARATTERISTICHE, TIPI, FUNZIONI ED ESEMPI - BIOLOGIA - 2025

Le macromolecole sono grandi molecole - generalmente oltre 1.000 atomi - formate dall'unione di monomeri estructurares o blocchi più piccoli. Negli esseri viventi troviamo quattro tipi principali di macromolecole: acidi nucleici, lipidi, carboidrati e proteine. Ce ne sono anche altri di origine sintetica, come la plastica.

Ogni tipo di macromolecola biologica è composta da un monomero specifico, ovvero: acidi nucleici da nucleotidi, carboidrati da monosaccaridi, proteine ​​da aminoacidi e lipidi da idrocarburi di lunghezza variabile.

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Per quanto riguarda la loro funzione, i carboidrati ei lipidi immagazzinano energia affinché la cellula possa svolgere le sue reazioni chimiche e sono anche usati come componenti strutturali.

Le proteine ​​hanno anche funzioni strutturali, oltre ad essere molecole con capacità di catalisi e trasporto. Infine, gli acidi nucleici immagazzinano informazioni genetiche e partecipano alla sintesi proteica.

Le macromolecole sintetiche seguono la stessa struttura di una biologica: molti monomeri legati insieme per formare un polimero. Esempi di ciò sono il polietilene e il nylon. I polimeri sintetici sono ampiamente utilizzati nell'industria per la produzione di tessuti, materie plastiche, isolanti, ecc.

caratteristiche

Taglia

Come suggerisce il nome, una delle caratteristiche distintive delle macromolecole è la loro grande dimensione. Sono costituiti da almeno 1.000 atomi, legati da legami covalenti. In questo tipo di legame, gli atomi coinvolti nel legame condividono gli elettroni dell'ultimo livello.

Costituzione

Un altro termine usato per riferirsi alle macromolecole è polimero ("molte parti"), che sono costituite da unità ripetitive chiamate monomeri ("una parte"). Queste sono le unità strutturali delle macromolecole e possono essere uguali o diverse tra loro, a seconda dei casi.

Potremmo usare l'analogia del gioco per bambini Lego. Ciascuno dei pezzi rappresenta i monomeri e quando li uniamo per formare strutture diverse otteniamo il polimero.

Se i monomeri sono gli stessi, il polimero è un omopolimero; e se sono differenti sarà un eteropolimero.

Esiste anche una nomenclatura per designare il polimero a seconda della sua lunghezza. Se la molecola è composta da poche subunità viene chiamata oligomero. Ad esempio, quando vogliamo fare riferimento a un piccolo acido nucleico, lo chiamiamo oligonucleotide.

Struttura

Data l'incredibile diversità delle macromolecole, è difficile stabilire una struttura generale. Lo "scheletro" di queste molecole è formato dai loro corrispondenti monomeri (zuccheri, amminoacidi, nucleotidi, ecc.), E possono essere raggruppati in modo lineare, ramificato, oppure assumere forme più complesse.

Come vedremo più avanti, le macromolecole possono essere di origine biologica o sintetica. I primi hanno infinite funzioni negli esseri viventi e i secondi sono ampiamente utilizzati dalla società, come la plastica, per esempio.

Macromolecole biologiche: funzioni, struttura ed esempi

Negli esseri organici troviamo quattro tipi fondamentali di macromolecole, che svolgono un numero immenso di funzioni, consentendo lo sviluppo e il sostentamento della vita. Si tratta di proteine, carboidrati, lipidi e acidi nucleici. Di seguito descriveremo le sue caratteristiche più rilevanti.

Proteina

Le proteine ​​sono macromolecole le cui unità strutturali sono amminoacidi. In natura troviamo 20 tipi di amminoacidi.

Struttura

Questi monomeri sono composti da un atomo di carbonio centrale (chiamato carbonio alfa) legato da legami covalenti a quattro diversi gruppi: un atomo di idrogeno, un gruppo amminico (NH ₂ ), un gruppo carbossilico (COOH) e un gruppo R.

I 20 tipi di amminoacidi differiscono l'uno dall'altro solo nell'identità del gruppo R. Questo gruppo varia in termini di natura chimica, essendo in grado di trovare amminoacidi basici, acidi, neutri, con catene lunghe, corte e aromatiche, tra gli altri.

I residui di amminoacidi sono tenuti insieme da legami peptidici. La natura degli amminoacidi determinerà la natura e le caratteristiche della proteina risultante.

La sequenza amminoacidica lineare rappresenta la struttura primaria delle proteine. Questi vengono quindi piegati e raggruppati in diversi modelli, formando le strutture secondaria, terziaria e quaternaria.

Funzione

Le proteine ​​svolgono varie funzioni. Alcuni servono come catalizzatori biologici e sono chiamati enzimi; alcune sono proteine ​​strutturali, come la cheratina presente nei capelli, nelle unghie, ecc.; e altri svolgono funzioni di trasporto, come l'emoglobina all'interno dei nostri globuli rossi.

Acidi nucleici: DNA e RNA

Il secondo tipo di polimero che fa parte degli esseri viventi sono gli acidi nucleici. In questo caso, le unità strutturali non sono amminoacidi come nelle proteine, ma sono monomeri chiamati nucleotidi.

Struttura

I nucleotidi sono costituiti da un gruppo fosfato, uno zucchero a cinque atomi di carbonio (il componente centrale della molecola) e una base azotata.

Esistono due tipi di nucleotidi: ribonucleotidi e desossiribonucleotidi, che variano in termini di zucchero di base. I primi sono i componenti strutturali dell'acido ribonucleico o RNA, e i secondi sono quelli dell'acido desossiribonucleico o del DNA.

In entrambe le molecole, i nucleotidi sono tenuti insieme da un legame fosfodiestere, equivalente al legame peptidico che tiene insieme le proteine.

I componenti strutturali del DNA e dell'RNA sono simili e differiscono nella loro struttura, poiché l'RNA si trova sotto forma di una singola banda e il DNA in una doppia banda.

Funzione

RNA e DNA sono i due tipi di acidi nucleici che troviamo negli esseri viventi. L'RNA è una molecola multifunzionale e dinamica che si presenta in varie conformazioni strutturali e partecipa alla sintesi proteica e alla regolazione dell'espressione genica.

Il DNA è la macromolecola incaricata di immagazzinare tutte le informazioni genetiche di un organismo, necessarie al suo sviluppo. Tutte le nostre cellule (ad eccezione dei globuli rossi maturi) hanno materiale genetico immagazzinato nel loro nucleo, in modo molto compatto e organizzato.

carboidrati

I carboidrati, noti anche come carboidrati o semplicemente come zuccheri, sono macromolecole costituite da elementi costitutivi chiamati monosaccaridi (letteralmente "uno zucchero").

Struttura

La formula molecolare dei carboidrati è (CH ₂ O) _n . Il valore di n può variare da 3, per lo zucchero più semplice, a migliaia per i carboidrati più complessi, essendo piuttosto variabile in termini di lunghezza.

Questi monomeri hanno la capacità di polimerizzare tra loro attraverso una reazione che coinvolge due gruppi idrossilici, determinando la formazione di un legame covalente chiamato legame glicosidico.

Questo legame tiene insieme i monomeri dei carboidrati nello stesso modo in cui i legami peptidici e i legami fosfodiestere tengono rispettivamente proteine ​​e acidi nucleici.

Tuttavia, i legami peptidici e fosfodiestere si verificano in aree specifiche dei loro monomeri costituenti, mentre i legami glicosidici possono essere formati con qualsiasi gruppo idrossile.

Come accennato nella sezione precedente, le piccole macromolecole sono designate con il prefisso oligo. Nel caso di carboidrati piccoli si usa il termine oligosaccaridi, se sono legati solo due monomeri è un disaccaride, e se sono più grandi polisaccaridi.

Funzione

Gli zuccheri sono macromolecole fondamentali per la vita, poiché svolgono funzioni energetiche e strutturali. Questi forniscono l'energia chimica necessaria per guidare un numero significativo di reazioni all'interno delle cellule e sono usati come "carburante" per gli esseri viventi.

Altri carboidrati, come il glicogeno, servono a immagazzinare energia, in modo che la cellula possa attingerla quando necessario.

Hanno anche funzioni strutturali: fanno parte di altre molecole, come gli acidi nucleici, le pareti cellulari di alcuni organismi e gli esoscheletri degli insetti.

Nelle piante e in alcuni protisti, ad esempio, troviamo un carboidrato complesso chiamato cellulosa, costituito da sole unità di glucosio. Questa molecola è incredibilmente abbondante sulla terra, poiché è presente nelle pareti cellulari di questi organismi e in altre strutture di supporto.

lipidi

"Lipide" è un termine usato per racchiudere un gran numero di molecole non polari o idrofobiche (con una fobia o repulsione all'acqua) costituite da catene di carbonio. A differenza delle tre molecole menzionate, proteine, acidi nucleici e carboidrati, non esiste un singolo monomero per i lipidi.

Struttura

Da un punto di vista strutturale, un lipide può presentarsi in più modi. Poiché sono costituiti da idrocarburi (CH), i legami non sono parzialmente caricati, quindi non sono solubili in solventi polari come l'acqua. Tuttavia, possono essere sciolti in altri tipi di solventi non polari come il benzene.

Un acido grasso è composto dalle catene idrocarburiche citate e da un gruppo carbossilico (COOH) come gruppo funzionale. Generalmente, un acido grasso contiene da 12 a 20 atomi di carbonio.

Le catene di acidi grassi possono essere saturate, quando tutti i carboni sono legati tra loro da legami singoli, oppure insature, quando all'interno della struttura è presente più di un doppio legame. Se contiene più doppi legami, è un acido polinsaturo.

Tipi di lipidi in base alla loro struttura

Ci sono tre tipi di lipidi nella cellula: steroidi, grassi e fosfolipidi. Gli steroidi sono caratterizzati da una struttura a quattro anelli voluminosa. Il colesterolo è il più conosciuto ed è un importante componente delle membrane, poiché ne controlla la fluidità.

I grassi sono costituiti da tre acidi grassi collegati tramite un legame estere a una molecola chiamata glicerolo.

Infine, i fosfolipidi sono costituiti da una molecola di glicerolo attaccata a un gruppo fosfato e due catene di acidi grassi o isoprenoidi.

Funzione

Come i carboidrati, anche i lipidi funzionano come fonte di energia per la cellula e come componenti di alcune strutture.

I lipidi hanno una funzione essenziale per tutte le forme viventi: sono un costituente essenziale della membrana plasmatica. Questi formano il confine cruciale tra il vivente e il non vivente, fungendo da barriera selettiva che decide cosa entra nella cellula e cosa no, grazie alla sua proprietà semipermeabile.

Oltre ai lipidi, le membrane sono costituite anche da varie proteine, che funzionano come trasportatori selettivi.

Alcuni ormoni (come quelli sessuali) sono di natura lipidica e sono essenziali per lo sviluppo del corpo.

Trasporto

Nei sistemi biologici, le macromolecole vengono trasportate tra l'interno e l'esterno delle cellule mediante processi chiamati endo ed esocitosi (che comportano la formazione di vescicole) o mediante trasporto attivo.

L'endocitosi comprende tutti i meccanismi che la cellula utilizza per ottenere l'ingresso di particelle di grandi dimensioni ed è classificata come: fagocitosi, quando l'elemento da ingerire è una particella solida; pinocitosi, quando entra il liquido extracellulare; ed endocitosi, mediata dai recettori.

La maggior parte delle molecole che vengono ingerite in questo modo finiscono in un organello preposto alla digestione: il lisosoma. Altri finiscono nei fagosomi, che hanno proprietà di fusione con i lisosomi e formano una struttura chiamata fagolisosomi.

In questo modo, la batteria enzimatica presente nel lisosoma finisce per degradare le macromolecole inizialmente entrate. I monomeri che li hanno formati (monosaccaridi, nucleotidi, amminoacidi) vengono trasportati nuovamente nel citoplasma, dove vengono utilizzati per la formazione di nuove macromolecole.

In tutto l'intestino ci sono cellule che hanno trasportatori specifici per l'assorbimento di ciascuna macromolecola che è stata consumata nella dieta. Ad esempio, i trasportatori PEP1 e PEP2 vengono utilizzati per le proteine ​​e SGLT per il glucosio.

Macromolecole sintetiche

Nelle macromolecole sintetiche troviamo anche lo stesso pattern strutturale descritto per le macromolecole di origine biologica: monomeri o piccole subunità che vengono legate mediante legami a formare un polimero.

Esistono diversi tipi di polimeri sintetici, il più semplice è il polietilene. Si tratta di una plastica inerte di formula chimica CH ₂ -CH ₂ (unita da un doppio legame) abbastanza comune nel settore, poiché è economica e di facile produzione.

Come si può vedere, la struttura di questa plastica è lineare e non presenta ramificazioni.

Il poliuretano è un altro polimero ampiamente utilizzato nell'industria per la produzione di schiume e isolanti. Avremo sicuramente una spugna di questo materiale nelle nostre cucine. Questo materiale è ottenuto dalla condensazione di basi idrossiliche miscelate con elementi chiamati diisocianati.

Esistono altri polimeri sintetici di maggiore complessità, come il nylon (o il nylon). Tra le sue caratteristiche c'è l'essere molto resistente, con un'apprezzabile elasticità. L'industria tessile sfrutta queste caratteristiche per la produzione di tessuti, setole, linee, ecc. Viene anche utilizzato dai medici per eseguire le suture.

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