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Le molecole biologiche biologiche 1 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
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Le molecolebiologiche
Le molecolebiologiche
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Il carbonio è l’elemento di basedelle biomolecole
Una cellula batterica puòcontenere fino a 5000 tipidiversi di composti organici.
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Ciascun atomo di carbonio può formare un legamecon altri quattro atomi.
Il legame carbonio-carbonio è di tipo covalente ed èstabile, consente quindi la formazione di catene dicarbonio molto lunghe e resistenti.
Il carbonio deve acquistare quattroelettroni per essere stabile
Ciascun atomo di carbonio può formare un legamecon altri quattro atomi.
Il legame carbonio-carbonio è di tipo covalente ed èstabile, consente quindi la formazione di catene dicarbonio molto lunghe e resistenti.
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Ciascun atomo di carbonio può formare un legamecon altri quattro atomi.
Il legame carbonio-carbonio è di tipo covalente ed èstabile, consente quindi la formazione di catene dicarbonio molto lunghe e resistenti.
I gruppi funzionalisono combinazionispecifiche di atomie conferiscono allemolecole proprietàcaratteristiche.
La grande varietà di biomolecole
I gruppi funzionalisono combinazionispecifiche di atomie conferiscono allemolecole proprietàcaratteristiche.
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Le molecole organiche che hanno identica formulamolecolare (sono cioè formate dallo stesso tipo enumero di atomi), ma che differiscono per il modo incui i loro atomi (o gruppi funzionali) sono disposti sonodette isomeri.
Nelle reazioni chimiche gli isomeri si comportano inmodo diverso.
Gli isomeriLe molecole organiche che hanno identica formulamolecolare (sono cioè formate dallo stesso tipo enumero di atomi), ma che differiscono per il modo incui i loro atomi (o gruppi funzionali) sono disposti sonodette isomeri.
Nelle reazioni chimiche gli isomeri si comportano inmodo diverso.
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Le molecole organiche che hanno identica formulamolecolare (sono cioè formate dallo stesso tipo enumero di atomi), ma che differiscono per il modo incui i loro atomi (o gruppi funzionali) sono disposti sonodette isomeri.
Nelle reazioni chimiche gli isomeri si comportano inmodo diverso.
I carboidrati, i lipidi, le proteine e gli acidi nucleici sonodelle molecole di grosse dimensioni (polimeri) formate dasubunità molecolari unite tra loro.
Le macromolecoleI carboidrati, i lipidi, le proteine e gli acidi nucleici sonodelle molecole di grosse dimensioni (polimeri) formate dasubunità molecolari unite tra loro.
Le classi di macromolecoleCategoria Esempio Monomero/iCarboidrati* Polisaccaride (amido) Monosaccaride (glucosio)Lipidi Grasso (olio) Glicerolo e acidi grassiProteine* Polipeptide (albumina) AmminoacidoAcidi nucleici* DNA, RNA Nucleotide
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*Le macromolecole più grosse sono dei polimeri, costruiti unendo insieme un gran numerodi subunità dello stesso tipo (monomeri), di solito con legami covalenti.
Acidi nucleici* DNA, RNA Nucleotide
Per la sintesi di un polimero, la cellula usa una reazionedi condensazione, in cui viene liberata una molecolad’acqua. La reazione avviene grazie all’intervento deglienzimi, che mettono a contatto diretto i monomeri.
I polimeriPer la sintesi di un polimero, la cellula usa una reazionedi condensazione, in cui viene liberata una molecolad’acqua. La reazione avviene grazie all’intervento deglienzimi, che mettono a contatto diretto i monomeri.
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La reazione opposta è la demolizione di un polimero.Durante questo processo, una molecola d’acqua vieneusata per rompere i legami tra i due monomeri. Il termineidrolisi significa infatti «spezzare con l’acqua».
I polimeriLa reazione opposta è la demolizione di un polimero.Durante questo processo, una molecola d’acqua vieneusata per rompere i legami tra i due monomeri. Il termineidrolisi significa infatti «spezzare con l’acqua».
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I carboidrati sono usati dagli organismi come fonti dienergia immediata e come componenti strutturali.
I carboidrati sono formati da carbonio (C), idrogeno (H)e ossigeno (O), con un rapporto di 1 : 2 : 1.
I carboidrati semplici, o zuccheri, possono essere:•monosaccaridi (una singola molecola di zucchero);•disaccaridi (due monosaccaridi).
I carboidratiI carboidrati sono usati dagli organismi come fonti dienergia immediata e come componenti strutturali.
I carboidrati sono formati da carbonio (C), idrogeno (H)e ossigeno (O), con un rapporto di 1 : 2 : 1.
I carboidrati semplici, o zuccheri, possono essere:•monosaccaridi (una singola molecola di zucchero);•disaccaridi (due monosaccaridi).
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I carboidrati
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I carboidrati
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I monosaccaridi e i disaccaridiI carboidrati semplici forniscono energia a pronto rilascio.
Il glucosio è un monosaccaride ed è la principale fontedi energia dei viventi; la sua formula molecolare èC6H12O6.
I carboidrati semplici forniscono energia a pronto rilascio.
Il glucosio è un monosaccaride ed è la principale fontedi energia dei viventi; la sua formula molecolare èC6H12O6.
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Il ribosio (C5H10O5) e il desossiribosio (C5H10O4) sonomonosaccaridi importanti in quanto molecole costitutivedegli acidi nucleici RNA e DNA.
Il saccarosio è un importante disaccaride, si tratta infattidella forma in cui gli zuccheri sono trasportati nelle piante.E’ formato da due monosaccaridi (glucosio e fruttosio) chesi uniscono grazie a una reazione di condensazione.
Il lattosio è un disaccaride che si trova nel latte; essoderiva dall’unione di una molecola di glucosio e una digalattosio (un isomero del glucosio).
I monosaccaridi e i disaccaridiIl ribosio (C5H10O5) e il desossiribosio (C5H10O4) sonomonosaccaridi importanti in quanto molecole costitutivedegli acidi nucleici RNA e DNA.
Il saccarosio è un importante disaccaride, si tratta infattidella forma in cui gli zuccheri sono trasportati nelle piante.E’ formato da due monosaccaridi (glucosio e fruttosio) chesi uniscono grazie a una reazione di condensazione.
Il lattosio è un disaccaride che si trova nel latte; essoderiva dall’unione di una molecola di glucosio e una digalattosio (un isomero del glucosio).
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Il ribosio (C5H10O5) e il desossiribosio (C5H10O4) sonomonosaccaridi importanti in quanto molecole costitutivedegli acidi nucleici RNA e DNA.
Il saccarosio è un importante disaccaride, si tratta infattidella forma in cui gli zuccheri sono trasportati nelle piante.E’ formato da due monosaccaridi (glucosio e fruttosio) chesi uniscono grazie a una reazione di condensazione.
Il lattosio è un disaccaride che si trova nel latte; essoderiva dall’unione di una molecola di glucosio e una digalattosio (un isomero del glucosio).
I polisaccaridiI polisaccaridi sono i polimeri dei monosaccaridi. Sonocarboidrati complessi con funzioni strutturali e di riserva.L’amido è la forma in cui il glucosio è immagazzinato nellepiante; il glicogeno negli animali e nei funghi.La cellulosa è un polisaccaride con funzione strutturalecontenuto nelle piante; la chitina in alcuni animali e funghi.
I polisaccaridi sono i polimeri dei monosaccaridi. Sonocarboidrati complessi con funzioni strutturali e di riserva.L’amido è la forma in cui il glucosio è immagazzinato nellepiante; il glicogeno negli animali e nei funghi.La cellulosa è un polisaccaride con funzione strutturalecontenuto nelle piante; la chitina in alcuni animali e funghi.
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I composti organici classificati come lipidi sono moltodiversificati.La maggior parte dei lipidi è insolubile in acqua a causadelle catene di idrocarburi non polari.
I lipidi forniscono energia e protezioneI composti organici classificati come lipidi sono moltodiversificati.La maggior parte dei lipidi è insolubile in acqua a causadelle catene di idrocarburi non polari.
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Alcuni alimenti ricchi di lipidi
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Gli acidi grassi possono essere:•saturi – non presentano doppi legami tra gli atomi dicarbonio della catena idrocarburica;•insaturi – hanno invece uno o più doppi legami tra gliatomi di carbonio della catena.
I grassi e gli oli sono eccellentimolecole di riserva
Gli acidi grassi possono essere:•saturi – non presentano doppi legami tra gli atomi dicarbonio della catena idrocarburica;•insaturi – hanno invece uno o più doppi legami tra gliatomi di carbonio della catena.
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Come i grassi, ifosfolipidi contengonoglicerolo e tre gruppi adesso legati.Nei fosfolipidi soltantodue di questi gruppisono però degli acidigrassi, mentre il terzogruppo è un fosfatopolare.
I fosfolipidi sono componenti dellamembrana plasmatica
Come i grassi, ifosfolipidi contengonoglicerolo e tre gruppi adesso legati.Nei fosfolipidi soltantodue di questi gruppisono però degli acidigrassi, mentre il terzogruppo è un fosfatopolare.
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Come i grassi, ifosfolipidi contengonoglicerolo e tre gruppi adesso legati.Nei fosfolipidi soltantodue di questi gruppisono però degli acidigrassi, mentre il terzogruppo è un fosfatopolare.
Gli steroidi possono avere lafunzione di stabilizzare lamembrana esterna dellecellule, oppure funzioniormonali.
Le cere formano uno stratoprotettivo che riduce la perditadi acqua; in molti animaliservono a proteggere emantenere in salute la pelle e ilpelo.
Gli steroidi e le cereGli steroidi possono avere lafunzione di stabilizzare lamembrana esterna dellecellule, oppure funzioniormonali.
Le cere formano uno stratoprotettivo che riduce la perditadi acqua; in molti animaliservono a proteggere emantenere in salute la pelle e ilpelo.
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Gli steroidi possono avere lafunzione di stabilizzare lamembrana esterna dellecellule, oppure funzioniormonali.
Le cere formano uno stratoprotettivo che riduce la perditadi acqua; in molti animaliservono a proteggere emantenere in salute la pelle e ilpelo.
le cere
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Il colesterolo è un lipide: danni allearterie
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Le proteine svolgono molte funzioni di grande importanza,eccone alcune fondamentali per gli animali:•sostegno– in forma di cheratina (nei capelli e nelleunghie) e di collagene (nei legamenti e nei tendini);•metabolismo – gli enzimi catalizzano le reazioni;•trasporto – le proteine di trasporto della membranaplasmatica consentono l’ingresso e l’uscita di sostanzedalla cellula;•difesa – gli anticorpi distruggono gli agenti patogeni eprevengono le infezioni;•regolazione – alcuni ormoni, come l’insulina, sonoproteine di regolazione;•movimento – l’actina e la miosina sono componenti deitessuti muscolari.
Le proteine sono molecole versatiliLe proteine svolgono molte funzioni di grande importanza,eccone alcune fondamentali per gli animali:•sostegno– in forma di cheratina (nei capelli e nelleunghie) e di collagene (nei legamenti e nei tendini);•metabolismo – gli enzimi catalizzano le reazioni;•trasporto – le proteine di trasporto della membranaplasmatica consentono l’ingresso e l’uscita di sostanzedalla cellula;•difesa – gli anticorpi distruggono gli agenti patogeni eprevengono le infezioni;•regolazione – alcuni ormoni, come l’insulina, sonoproteine di regolazione;•movimento – l’actina e la miosina sono componenti deitessuti muscolari.
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Le proteine svolgono molte funzioni di grande importanza,eccone alcune fondamentali per gli animali:•sostegno– in forma di cheratina (nei capelli e nelleunghie) e di collagene (nei legamenti e nei tendini);•metabolismo – gli enzimi catalizzano le reazioni;•trasporto – le proteine di trasporto della membranaplasmatica consentono l’ingresso e l’uscita di sostanzedalla cellula;•difesa – gli anticorpi distruggono gli agenti patogeni eprevengono le infezioni;•regolazione – alcuni ormoni, come l’insulina, sonoproteine di regolazione;•movimento – l’actina e la miosina sono componenti deitessuti muscolari.
Gli amminoacidi sono essenzialmente composti da:
•un atomo di carbonio centrale;•un gruppo amminico (-NH2);•un gruppo carbossilico (-COOH);•un gruppo R, che è variabile erappresenta il resto della molecola.
In tutto, le proteine dei viventi contengono una ventinadi amminoacidi diversi, combinati in un enorme numerodi sequenze possibili.
Una proteina è un polimero formatoda una sequenza di amminoacidi
Gli amminoacidi sono essenzialmente composti da:
•un atomo di carbonio centrale;•un gruppo amminico (-NH2);•un gruppo carbossilico (-COOH);•un gruppo R, che è variabile erappresenta il resto della molecola.
In tutto, le proteine dei viventi contengono una ventinadi amminoacidi diversi, combinati in un enorme numerodi sequenze possibili.
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Gli amminoacidi sono essenzialmente composti da:
•un atomo di carbonio centrale;•un gruppo amminico (-NH2);•un gruppo carbossilico (-COOH);•un gruppo R, che è variabile erappresenta il resto della molecola.
In tutto, le proteine dei viventi contengono una ventinadi amminoacidi diversi, combinati in un enorme numerodi sequenze possibili.
Le particolarità del gruppo Rdifferenziano tra loro gli amminoacidi
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Un polipeptide è una catena di molti amminoacidi unitida legami peptidici.
Una proteina può contenere una o più catenepolipeptidiche.
I polipeptidi
Un polipeptide è una catena di molti amminoacidi unitida legami peptidici.
Una proteina può contenere una o più catenepolipeptidiche.
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Un polipeptide è una catena di molti amminoacidi unitida legami peptidici.
Una proteina può contenere una o più catenepolipeptidiche.
La forma di una proteina è correlataalla sua funzione
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La struttura terziaria di una proteina includeuna supplementare sagomaturatridimensionale che risulta dalla interazione tra igruppi R . Ad esempio , gruppi R idrofobici tendonoa raggrupparsi verso l'interno della proteina , mentregruppi R idrofili si orientano verso l'esterno dellaproteina . Ulteriori sagomature tridimensionali siverificano quando un aminoacido cisteina si lega adun'altra cisteina attraverso un ponte disolfuro(legame) . Questo fa sì che la proteina si arrotoli,mediante una torsione, intorno al legame stesso (Figura 6 )
La struttura terziaria di una proteina includeuna supplementare sagomaturatridimensionale che risulta dalla interazione tra igruppi R . Ad esempio , gruppi R idrofobici tendonoa raggrupparsi verso l'interno della proteina , mentregruppi R idrofili si orientano verso l'esterno dellaproteina . Ulteriori sagomature tridimensionali siverificano quando un aminoacido cisteina si lega adun'altra cisteina attraverso un ponte disolfuro(legame) . Questo fa sì che la proteina si arrotoli,mediante una torsione, intorno al legame stesso (Figura 6 )
La struttura terziaria di una proteina includeuna supplementare sagomaturatridimensionale che risulta dalla interazione tra igruppi R . Ad esempio , gruppi R idrofobici tendonoa raggrupparsi verso l'interno della proteina , mentregruppi R idrofili si orientano verso l'esterno dellaproteina . Ulteriori sagomature tridimensionali siverificano quando un aminoacido cisteina si lega adun'altra cisteina attraverso un ponte disolfuro(legame) . Questo fa sì che la proteina si arrotoli,mediante una torsione, intorno al legame stesso (Figura 6 )
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• La struttura quaternaria descrive unaproteina che è assemblata da due o piùcatene peptidiche separate. L' emoglobina(proteina) , ad esempio , è costituita da quattrocatene peptidiche che sono tenute insieme dalegami idrogeno , interazioni tra gruppi R , elegami disolfuro
• La struttura quaternaria descrive unaproteina che è assemblata da due o piùcatene peptidiche separate. L' emoglobina(proteina) , ad esempio , è costituita da quattrocatene peptidiche che sono tenute insieme dalegami idrogeno , interazioni tra gruppi R , elegami disolfuro
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Tutti gli amminoacidi (tranne la glicina) hannol’atomo di carbonio α legato a quattro gruppidiversi: il carbonio alfa [C α] (asimmetrico)è quindi un centro chiralico o otticamenteattivo
Gli amminoacidi che hanno un centroasimmetrico nel carbonio alfa possono esisterein due forme speculari (D ed L)dette stereoisomeri, isomeri ottici oenantiomeri
NOTA BENE: le proteine contengonosolo L- amminoacidi.
Tutti gli amminoacidi (tranne la glicina) hannol’atomo di carbonio α legato a quattro gruppidiversi: il carbonio alfa [C α] (asimmetrico)è quindi un centro chiralico o otticamenteattivo
Gli amminoacidi che hanno un centroasimmetrico nel carbonio alfa possono esisterein due forme speculari (D ed L)dette stereoisomeri, isomeri ottici oenantiomeri
NOTA BENE: le proteine contengonosolo L- amminoacidi.
Tutti gli amminoacidi (tranne la glicina) hannol’atomo di carbonio α legato a quattro gruppidiversi: il carbonio alfa [C α] (asimmetrico)è quindi un centro chiralico o otticamenteattivo
Gli amminoacidi che hanno un centroasimmetrico nel carbonio alfa possono esisterein due forme speculari (D ed L)dette stereoisomeri, isomeri ottici oenantiomeri
NOTA BENE: le proteine contengonosolo L- amminoacidi.
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Gli acidi nucleici DNA e RNA portano informazioni sottoforma di codici.Un acido nucleico è un polimero di nucleotidi.
Un nucleotide è un complessomolecolare formato da:•un fosfato – l’acido fosforico;•uno zucchero pentoso;•una base azotata – guanina,adenina, citosina, timina o uracile.
Gli acidi nucleici dirigono l’attivitàcellulare
Gli acidi nucleici DNA e RNA portano informazioni sottoforma di codici.Un acido nucleico è un polimero di nucleotidi.
Un nucleotide è un complessomolecolare formato da:•un fosfato – l’acido fosforico;•uno zucchero pentoso;•una base azotata – guanina,adenina, citosina, timina o uracile. (a 5 atomi di C)
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Gli acidi nucleici DNA e RNA portano informazioni sottoforma di codici.Un acido nucleico è un polimero di nucleotidi.
Un nucleotide è un complessomolecolare formato da:•un fosfato – l’acido fosforico;•uno zucchero pentoso;•una base azotata – guanina,adenina, citosina, timina o uracile.
Il DNA (acido desossiribonucleico)Il DNA si trova all’interno del nucleoe contiene l’informazione genetica.
Il DNA è un doppio filamento e hauna struttura a doppia elica.
Lo zucchero pentoso del DNA è ildesossiribosio.
Le basi azotate presenti nel DNAsono la guanina, l’adenina, lacitosina e la timina.
Il DNA si trova all’interno del nucleoe contiene l’informazione genetica.
Il DNA è un doppio filamento e hauna struttura a doppia elica.
Lo zucchero pentoso del DNA è ildesossiribosio.
Le basi azotate presenti nel DNAsono la guanina, l’adenina, lacitosina e la timina.
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Il DNA si trova all’interno del nucleoe contiene l’informazione genetica.
Il DNA è un doppio filamento e hauna struttura a doppia elica.
Lo zucchero pentoso del DNA è ildesossiribosio.
Le basi azotate presenti nel DNAsono la guanina, l’adenina, lacitosina e la timina.
L’RNA convoglia le informazionicodificate nei geni dal DNA airibosomi per la sintesi proteica.
I nucleotidi dell’RNA sono allineatilungo un unico filamento.
Lo zucchero pentoso dell’RNA è ilribosio.
Le basi azotate presenti nell’RNAsono la guanina, l’adenina, lacitosina e l’uracile.
L’RNA (acido ribonucleico)L’RNA convoglia le informazionicodificate nei geni dal DNA airibosomi per la sintesi proteica.
I nucleotidi dell’RNA sono allineatilungo un unico filamento.
Lo zucchero pentoso dell’RNA è ilribosio.
Le basi azotate presenti nell’RNAsono la guanina, l’adenina, lacitosina e l’uracile.
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L’RNA convoglia le informazionicodificate nei geni dal DNA airibosomi per la sintesi proteica.
I nucleotidi dell’RNA sono allineatilungo un unico filamento.
Lo zucchero pentoso dell’RNA è ilribosio.
Le basi azotate presenti nell’RNAsono la guanina, l’adenina, lacitosina e l’uracile.
RNA e DNA a confronto
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L’ATP (adenosin-trifosfato) è un nucleotide composto datre parti:•la base adenina;•lo zucchero pentoso ribosio;•tre gruppi fosfato legati tra loro da legami covalenti.
L’ATP è il trasportatore di energiadelle cellule
L’ATP (adenosin-trifosfato) è un nucleotide composto datre parti:•la base adenina;•lo zucchero pentoso ribosio;•tre gruppi fosfato legati tra loro da legami covalenti.
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L’ATP è una molecola ad alta energia: la rottura deilegami covalenti dei due gruppi fosfato più esternida parte di un enzima (idrolisi) libera infatti moltaenergia.
L’ATP è il trasportatore di energiadelle cellule
L’ATP è una molecola ad alta energia: la rottura deilegami covalenti dei due gruppi fosfato più esternida parte di un enzima (idrolisi) libera infatti moltaenergia.
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