Fondamenti di Biochimica: Struttura e Funzioni delle Macromolecole

1. Introduzione alla Biochimica e ai Polimeri

La biochimica è la disciplina che studia le basi chimiche della vita, analizzando la struttura e le trasformazioni delle molecole negli organismi. Si divide in:

• Biochimica strutturale: si occupa della composizione e della conformazione delle macromolecole.
• Biochimica metabolica: studia le reazioni chimiche cellulari.

Alla base di questa materia ci sono i polimeri, macromolecole di grandi dimensioni formate dalla ripetizione di unità strutturali più piccole chiamate monomeri, tenuti insieme da forti legami covalenti. Se i monomeri sono uguali si parla di omopolimeri; se sono diversi si chiamano copolimeri o eteropolimeri.

2. Sintesi e Scissione dei Polimeri

I polimeri si formano tramite la polimerizzazione:

• Polimerizzazione per addizione (a catena): i monomeri si uniscono velocemente senza perdere atomi (es. polietilene, PVC).
• Polimerizzazione per condensazione (a stadi): i monomeri si uniscono lentamente eliminando una piccola molecola secondaria, come acqua o acido cloridrico (es. PET, nylon).

Il processo inverso è l'idrolisi, che comporta la rottura del legame covalente tramite l'aggiunta di una molecola d'acqua, fondamentale nel sistema digerente per trasformare polimeri complessi in monomeri semplici.

3. Classificazione dei Polimeri e Bioplastiche

I polimeri si distinguono in:

• Naturali: prodotti dagli organismi viventi (amido, proteine, DNA).
• Sintetici: creati in laboratorio, spesso derivati dal petrolio (polietilene, PVC, PET). Possono essere termoplastici (rimodellabili col calore) o termoindurenti (struttura rigida permanente).

Per ridurre l'impatto ambientale sono stati sviluppati polimeri biodegradabili e biopolimeri (es. PLA, PHAs) derivati da biomassa.

4. Le Biomolecole

Le biomolecole sono i composti organici alla base della vita, composti principalmente da sei elementi (CHONPS: carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto, fosforo e zolfo). Si dividono in quattro classi: carboidrati, lipidi, proteine e acidi nucleici.

5. I Carboidrati: Struttura e Classificazione

I carboidrati (glucidi o saccaridi) svolgono funzioni energetiche e strutturali. In base al numero di unità si distinguono in monosaccaridi, disaccaridi, oligosaccaridi e polisaccaridi.

• Proiezioni di Fischer: permettono di distinguere tra isomeri D e L.
• Proiezioni di Haworth: rappresentano la forma ciclica (anello) assunta da pentosi ed esosi in soluzione, distinguendo tra isomeri alfa e beta.

6. Il Glucosio e l’Omeostasi Glicemica

Il glucosio è il carburante universale dell'organismo. La sua concentrazione nel sangue (glicemia) è regolata da due ormoni pancreatici:

• Insulina: abbassa la glicemia favorendo l'immagazzinamento del glicogeno.
• Glucagone: aumenta la glicemia stimolando la degradazione del glicogeno.

7. Disaccaridi, Oligosaccaridi e Problematiche Alimentari

I disaccaridi si formano per condensazione tramite legame glicosidico (es. saccarosio, maltosio, lattosio). È fondamentale distinguere tra:

• Intolleranze: mancanza di un enzima specifico (es. lattosio).
• Allergie: risposta immunitaria grave verso una sostanza.

8. I Polisaccaridi

Si dividono in base alla funzione:

• Di riserva: amido (vegetali) e glicogeno (animali).
• Strutturali: cellulosa (parete cellulare vegetale) e chitina (esoscheletro insetti/funghi).

Argomento 1: I Glicoconiugati

Sono zuccheri legati ad altre biomolecole, essenziali per la comunicazione cellulare:

• Glicoproteine: prevalenza proteica, fungono da recettori o anticorpi.
• Proteoglicani: prevalenza glucidica (glicosaminoglicani), presenti nella matrice extracellulare.
• Glicolipidi: carboidrato legato a un lipide di membrana, determinano il gruppo sanguigno.

Argomento 2: Saggi Colorimetrici Qualitativi

• Saggio di Lugol: identifica l'amido tramite la formazione di un complesso con lo ione triioduro (colore blu scuro/nero).
• Reattivi di Benedict e Fehling: identificano gli zuccheri riducenti (es. glucosio) tramite una reazione di ossidoriduzione che produce un precipitato rosso.

Argomento 3: Lipidi e Acidi Grassi

I lipidi sono insolubili in acqua. Si dividono in saponificabili (trigliceridi, cere) e non saponificabili (steroidi).

• Acidi grassi: possono essere saturi (solidi, legami singoli) o insaturi (liquidi, doppi legami).
• Saponificazione: idrolisi alcalina dei trigliceridi per produrre saponi.

Argomento 4: Trigliceridi e Fosfolipidi

I trigliceridi sono riserve energetiche. I fosfolipidi, grazie alla loro natura anfipatica (testa idrofila e code idrofobe), sono i costituenti principali delle membrane cellulari.

Argomento 5: Le Cere e gli Steroidi

• Cere: lipidi strutturali con funzione protettiva e impermeabilizzante.
• Steroidi: derivano dal nucleo sterolico. Il colesterolo è essenziale per la fluidità di membrana e come precursore di ormoni e vitamina D. Un eccesso di LDL può portare alla formazione di placche aterosclerotiche.