LE MOLECOLE BIOLOGICHE O BIOMOLECOLE

Costituiscono le strutture presenti negli organismi viventi

Caratteristiche: Sono composti chimici costituiti da carbonio, idrogeno e ossigeno. Sono molto abbondanti in natura. Hanno sapore dolce.

Funzioni: Strutturale: costituiscono strutture essenziali per gli organismi viventi

(funzione di sostegno, soprattutto nei vegetali � cellulosa)Energetica: forniscono energia per svolgere tutte le funzioni dell'organismoProtezione: costituiscono l’esoscheletro degli invertebrati (chitina)

GLICIDI o ZUCCHERI o CARBOIDRATI

Organismi autotrofi (Es. piante): sintetizzano zuccheri (glucosio) a partire da componenti inorganici quali acqua e CO2 mediante il processo di fotosintesi clorofilliana.

Organismi eterotrofi (Es. animali): soddisfano il fabbisogno energetico nutrendosi di alimenti che contengono zuccheri. Ecco alcuni esempi:

frutta e miele -> fruttosio; glucosio barbabietola da zucchero, zucchero di canna -> saccarosiolatte e latticini -> lattosiocereali (pane, pasta, riso), tuberi (patate) e legumi -> amidocarne e pesce -> glicogeno

Disaccaridi(formati da 2 molecole di zucchero)

Glucosio + fruttosio � Saccarosio (comune zucchero da cucina)Glucosio + glucosio � Maltosio (deriva da digestione dell’amido)Glucosio + galattosio � Lattosio (in latte e latticini)

Polisaccaridi(formati da

più di 20 molecole di

glucosio)

Amido � riserva energetica nei vegetali (cereali, tuberi, legumi)si accumula in amiloplasti nella cellula vegetalesi trova nei semi e nelle radici

Glicogeno � riserva energetica negli animali si accumula in muscoli e fegato

Cellulosa � funzione di sostegno nei vegetali si trova nella parete cellulare delle cellule vegetalipuò essere digerita solo dagli erbivoriè il composto organico più abbondante sulla Terra

I diversi tipi di glicidi

Monosaccaridi(formati da 1 molecola di zucchero)

5CRibosioDesossiribosio Componenti degli acidi nucleici

Glucosio ���� principale fonte di energiaFruttosio � si trova nella fruttaGalattosio

6C

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Aspetti generali• I glucidi sono composti ternari → C, H, O

• Sono anche detti carboidrati o zuccheri

• Sono i costituenti più abbondanti nelle cellule vegetali

• Vengono sintetizzati grazie alla fotosintesi clorofilliana

• Nel corpo umano costituiscono soltanto l’1% del peso corporeo

• CARBOIDRATI• Gli zuccheri, gli amidi e la cellulosa: costituiscono una riserva di

Energia, • Se si tratta di una sola molecola di zucchero: monosaccaride• Se due molecole legate con legame glucosidico: disaccaride• Se più molecole: polisaccaride• I monosaccaridi sono gli zuccheri più semplici formati da 3 a 7

atomidi C• Il composto a 3C più comune: gliceraldeide• 5C: ribosio e desossiribosio• 6C: glucosio, fruttosio e galattosio: esosi• Disaccaridi: Maltosio: 2 glucosio, saccarosio: 1 glucosio ed un

fruttosio, lattosio, 1 Glucosio ed 1 galattosio• Condensazione ed idrolisi

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Classificazione dei glucidi

I monosaccaridi

I monosaccaridi

• Sono solubili in acqua

• Hanno aspetto cristallino e colore bianco

• Sono dolci

• Formula generale: C6H12O6 CnH2nOn

Glucosio, fruttosio, galattosio

• Sono isomeri strutturali

• Glucosio: – è il glucide più importante in natura– si trova nella frutta e nei vegetali– nel sangue umano → 60-100 mg/100

• Fruttosio:– è lo zucchero della frutta– presente anche nel miele

• Galattosio: – non si trova allo stato libero ma combinato (è un

costituente del lattosio e di alcuni glucidi complessi)

I disaccaridi

• Il legame tra due monomeri glucidici è detto legame glucosidico, può essere:– di tipo α (i due –OH sono sotto il piano della molecola) – di tipo β (uno dei due –OH è sotto il piano della molecola,

l’altro sopra)

• Sono bianchi, cristallini, dolci e idrolizzabili

I disaccaridi

• Saccarosio (glucosio + fruttosio):– è lo zucchero da tavola– si ottiene dalla barbabietola e dalla canna da zucchero

• Maltosio (glucosio + glucosio):– è lo zucchero del malto– si ottiene per idrolisi dell’amido

• Lattosio (glucosio + galattosio):– è lo zucchero del latte – per fermentazione lattica dà acido lattico

Saccarosio, maltosio, lattosio

Lattosioβ-D-galattosio-(1-4)-β-D-glucosio

Saccarosioβ-D-fruttosio-(1-2)-α-D-glucosio

Trealosioα-D-glucosio-(1-1)-α-D-glucosio

glucosio glucosio

maltosio

I polisaccaridi: classificazione

• In base alla composizione chimica:– omopolisaccaridi, ad es. amido, glicogeno, cellulosa– eteropolisaccaridi, ad es. emicellulosa, pectina

• In base alla funzione:– di riserva, ad es. amido, glicogeno – strutturale, ad es. cellulosa, chitina

• In base agli aspetti nutrizionali:– disponibili, ad es. amido – non disponibili, ad es. cellulosa, emicellulosa → fibra

Amido

• È la riserva energetica più importante dei vegetali

• Si accumula nei semi e nei tuberi

• È formato da due polisaccaridi:– amilosio → lineare– amilopectina → ramificato

Amido

PuntoramificazioneRamificazione

Catenaprincipale

Glicogeno è il più importante zuccherodi riserva animale

• Polimero del glucosio → forma ramificata

• Si accumula nel fegato e nei muscoli

GlicogenoGlicogenoGlicogenoGlicogeno

• Possediamo enzimi salivari, pancreatici e intestinali che scindono i legami α1-4 interni, α1-4 terminali e α1-6.• Non possediamo enzimi che frammentano i legami β1-4 della cellulosa

Glicogeno

Puntoramificazione

Ramificazione

Catenaprincipale

Cellulosa

• Polimero del glucosio con legami β-glucosidici →non è digeribile dall’organismo umano

• Ha forma lineare

• Conferisce rigidità ai tessuti vegetali

Eteropolisaccaridi

• Emicellulose:– Struttura per lo più ramificata– Ad es. xilani, mannani, galattani, ecc.

• Pectine:– Sono molto abbondanti nella frutta– In soluzione acida e con zuccheri gelificano → marmellata

• Glicoproteine:– Svolgono ruoli biologici complessi– Ad es. fibrinogeno, collagene, immunoglobuline, ecc.

La fibra alimentare

Funzioni della fibra alimentare

Catene polisaccaridica

ramificatanon-ramificata

Granuli di amido

Fotografia al microscopio elettronico di un cloroplasto

granuli di

glicogeno

Granuli di glicogeno

Fotografia al microscopio elettronico di un epatocita

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La digestione e l'assorbimento dei glucidi

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Il destino metabolico dei glucidi

Il destino metabolico dei glucidi coincide in gran parte con quello del glucosio

Nel processo ossidativo del glucosio si distinguono tre tappe:� la glicolisi� il ciclo di Krebs� la fosforilazione ossidativa

Complessivamente:C6H12O6+ 6O2 → 6 CO2 + 6 H2O +38 ATP

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La glicolisi

È una via metabolica molto antica, presente in tutte le forme viventi

glucosio → 2 acido piruvico + 2 ATP

Si compie nel citoplasma cellulare

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Destini metabolici dell’acido piruvico

11 reazioni in successione lineare costituiscono il pathway della glicolisi.

Il glucosio viene ossidato lentamente per produrre due tronconi da 3 atomidi carbonio: piruvato

Se il NADH viene rigenerato a livello mitocondriale allora ogni NADH genererà 3 ATP (glicolisi aerobia)

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11 reazioni in successione linearecostituiscono il pathway dellaglicolisi.

Il glucosio viene ossidatolentamente per produrre due tronconi da 3 atomi di carbonio: piruvato

glucosio6P

fruttosio6PFruttosio1,6bisP

gliceraldeide3P idrossiacetone3P1,3 bisfosfoglicerato3Pglicerato

fosfenolpiruvato

Riossidazione del NADH+H+ nella glicolisi Anaerobica. Muscolo in attività, globulo rosso.

Lattico deidrogenasi, enzima che riduce il piruvato a lattato, usa NADH e produce NAD+, Ma catalizza anche la reazione inversa, esiste in 5 isoforme diverse che si originano dalla diversa aggregazione delle 2 subunità di cui è formata M e H in una struttura quaternaria composta da 4 subunità.

Glucosio

La regolazione del metabolismo dei carboidrati viene fatto essenzialmente a livello degli enzimi che regolano la sintesi e il catabolismo del glucosio e del glicogeno, mediante modificazioni covalenti di questi enzimi (fosforilazione/defosforilazione) e attraverso stimolazione o inibizione da cofattori come l’ATP e l’AMP. O da intermedi delle vie metaboliche come il citrato o l’AcetilCoA.Esiste una regolazione ormonale essenzialmente a carico di Insulina e Glucagone(adrenalina soprattutto per i muscoli). L’insulina è una piccola proteina prodotta dalle cellule B del pancreas in risposta all’innalzamento della glicemia. Il glucagone si produce invece in risposta all’ipoglicemia, nelle cellule alfa dello stesso pancreas. Lo stress e il movimento fanno produrre l’adrenalina dalla ghiandola surrenale.

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Il ciclo di Krebs

È un insieme di sequenze cicliche

Avviene nella matrice mitocondriale

Molti prodotti intermedi vengono impiegati in altre vie metaboliche

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La fosforilazione ossidativa

È un insieme di reazioni che porta alla liberazione di energia sotto forma di ATP

Avviene nelle creste mitocondriali

L’idrogeno proveniente dal ciclo di Krebs si lega

all’ossigeno per formare acqua

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Le funzioni dei glucidi

La principale funzione dei glucidi è quella energetica

I glucidi forniscono energia di rapido utilizzo

Funzione di riserva→ si accumulano sotto forma di glicogeno nei muscoli e nel fegato, in caso di necessità il glicogeno è idrolizzato e libera glucosio

Alcuni glucidi svolgono un ruolo plastico, come ad es. il galattosio e il ribosio

Funzione protettiva: sono necessari per un corretto utilizzo dei grassi, che in carenza di glucidi si ossidano, dando luogo ai cosiddetti corpi chetonici, tossici per il nostro organismo

1 g di glucidi = 4 kcal

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Il fabbisogno glucidico

Si consiglia un apporto giornaliero di glucidi pari al 55-65% dell’energia totale, di cui 45-55% amido e non piùdel 10% di glucidi semplici

L’eccesso di glucidi → obesità

La carenza di glucidi →eccessivo catabolismo di proteine, perdita di sodio, marasma