Molecole Biologiche: Struttura e Funzioni di Carboidrati, Lipidi, Proteine e Acidi Nucleici

Disaccaridi

In molti organismi gli zuccheri non sono trasportati sotto forma di glucosio, ma di disaccaridi. Il saccarosio, il comune zucchero da tavola, è la forma in cui lo zucchero presente nelle piante viene trasportato dalle cellule delle foglie, dove viene prodotto, alle altre parti del corpo della pianta (per esempio, fusti e radici) per essere utilizzato come fonte energetica. Il saccarosio è il risultato della condensazione di due monosaccaridi: glucosio e fruttosio.

In molti insetti lo zucchero viene trasportato nel sangue sotto forma di un altro disaccaride, il trealosio, costituito da due unità di glucosio. Un altro comune disaccaride è il lattosio, uno zucchero che si trova solo nel latte, costituito da glucosio combinato con il galattosio. Alcune persone non riescono a digerire il latte perché il loro organismo non è in grado di spezzare il legame glucosio-galattosio; in commercio esistono tipi di latte ad alta digeribilità nei quali la percentuale di lattosio è stata ridotta considerevolmente.

Polisaccaridi

I polisaccaridi sono formati da monosaccaridi legati in lunghe catene; alcuni di essi costituiscono le forme di riserva degli zuccheri.

• Amido: il principale polisaccaride di riserva delle piante, presente sotto forma di piccoli granuli.
• Glicogeno: la forma di riserva negli animali e nei funghi.

Sia l'amido sia il glicogeno sono costituiti da molte unità di glucosio, ma differiscono nella lunghezza delle catene e nel modo in cui le molecole sono legate. I polisaccaridi svolgono anche importanti ruoli strutturali:

• Cellulosa: il principale polisaccaride di struttura nelle piante. È un polimero del glucosio che forma lunghi fasci rigidi. Non essendo facilmente idrolizzabile, funge da fonte energetica solo per organismi dotati di specifici microrganismi simbionti (come i ruminanti).
• Chitina: il polisaccaride di struttura degli animali, che conferisce durezza e resistenza allo scheletro esterno degli artropodi e si trova nelle pareti cellulari dei funghi.

Lipidi

I lipidi sono un gruppo di sostanze organiche caratterizzate dall'insolubilità nei solventi polari come l'acqua e dall'elevata densità energetica. Svolgono funzioni di riserva, strutturali e di messaggeri chimici.

Grassi e oli

Nei vertebrati, gli zuccheri in eccesso vengono convertiti in trigliceridi (grassi). I grassi e gli oli contengono più energia chimica rispetto ai carboidrati. Un trigliceride si forma per condensazione di tre molecole di acidi grassi con una molecola di glicerolo.

• Acidi grassi saturi: privi di doppi legami, tendono a essere solidi a temperatura ambiente (es. burro, lardo).
• Acidi grassi insaturi: presentano doppi legami che creano ripiegamenti, rendendoli liquidi a temperatura ambiente (es. oli vegetali).

Fosfolipidi e glicolipidi

Questi lipidi svolgono ruoli strutturali fondamentali nelle membrane cellulari. Sono molecole anfipatiche: possiedono una "testa" idrofila (gruppo fosfato o catena di carboidrati) e una "coda" idrofoba (acidi grassi), permettendo la formazione del doppio strato fosfolipidico.

Cere, colesterolo e steroidi

Le cere forniscono rivestimenti impermeabili. Il colesterolo e gli steroidi (come cortisolo, estrogeni e testosterone) presentano una struttura a quattro anelli carboniosi e sono essenziali per la fluidità delle membrane e come precursori ormonali.

Le proteine

Le proteine costituiscono oltre il 50% del peso secco dei sistemi viventi e sono polimeri di amminoacidi. Esistono 20 tipi di amminoacidi che, combinati in sequenze diverse, creano una varietà enorme di proteine.

Struttura delle proteine

1. Primaria: la sequenza lineare degli amminoacidi.
2. Secondaria: ripiegamenti locali come l'alfa-elica (elastica) o il foglio ripiegato (liscio e soffice), mantenuti da legami a idrogeno.
3. Terziaria: ripiegamento complesso dovuto a interazioni tra gruppi R (ponti bisolfuro, legami ionici). Include le proteine globulari come enzimi e anticorpi.
4. Quaternaria: associazione di più catene polipeptidiche.

Nucleotidi e acidi nucleici

Gli acidi nucleici (DNA e RNA) sono polimeri di nucleotidi. Ogni nucleotide è composto da un gruppo fosfato, uno zucchero (ribosio o deossiribosio) e una base azotata (A, G, C, T, U).

• DNA: porta il messaggio genetico ed è organizzato in geni.
• RNA: trasporta l'informazione genetica per la sintesi proteica.

ATP: la valuta energetica

L'adenosina trifosfato (ATP) è il principale trasportatore di energia della cellula. Attraverso l'idrolisi dei suoi legami fosfato, l'ATP libera energia immediatamente disponibile per le reazioni cellulari, venendo poi rigenerato durante il metabolismo del glucosio.