I Composti Organici
I composti organici sono composti chimici formati da carbonio, idrogeno, ossigeno e talvolta da qualche altro atomo (azoto, zolfo, fosforo, ecc.).
L'atomo fondamentale dei composti organici è l'atomo di carbonio. Le versatili proprietà chimiche dell'atomo di carbonio gli permettono di dar luogo a catene di atomi (lineari, ramificate, aperte e chiuse) tramite legami covalenti (semplici e multipli) con se stesso o con altri atomi. Per la loro stessa natura, anche se costituiti dagli stessi elementi che caratterizzano i composti organici, non appartengono a questa categoria i carbonati, i cianuri, i cianati e gli ossidi CO2 e CO.
Il carbonio è in grado di formare molecole organiche molto grandi, dette macromolecole, le quali sono polimeri, cioè lunghe molecole costituite da molecole più piccole, delle monomeri.
Questi composti del carbonio sono chiamati composti organici.
I principali composti organici sono:
- ZUCCHERI (GLUCIDI)
- GRASSI
- PROTEINE
- ACIDI NUCLEICI
ZUCCHERI
Monosaccaridi
Detti anche zuccheri semplici (perché non si scindono per idrolisi in molecole più piccole), sono costituiti da catene di 3, 4, 5 o 6 atomi di carbonio. Nel sangue dell'uomo e degli altri vertebrati circola il monosaccaride glucosio che, nelle piante, viene prodotto attraverso la fotosintesi clorofilliana. Altri importanti monosaccaridi sono il fruttosio, presente nella frutta e in molti vegetali e il galattosio che, con il glucosio, forma un disaccaride, il lattosio. Ribosio e desossiribosio sono due monosaccaridi costituenti degli acidi nucleici (DNA e RNA).Disaccaridi
Derivano dall'unione di due molecole di monosaccaridi.Esempi:maltosio: due molecole di glucosio.saccarosio (comune zucchero da tavola): una molecola di glucosio e una di fruttosio.lattosio (zucchero contenuto nel latte): una molecola di glucosio e una di galattosio.Polisaccaridi
Sono formati da lunghe catene di monosaccaridi. Essi rappresentano forme di riserva degli zuccheri. Negli animali il polisaccaride di riserva è il glicogeno (si trova nei muscoli e nel fegato); nelle piante è l'amido. Entrambi sono polimeri del glucosio.
La cellulosa è un polisaccaride costituito da un gran numero di molecole di glucosio (da circa 300 a 3.000 unità) che ha una funzione di sostegno della parete delle cellule vegetali.
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| Le catene sono disposte parallelamente le une alle altre e si legano fra loro per mezzo di legami ad idrogeno molto forti, formando fibrille, catene molto lunghe, difficili da dissolvere. |
GRASSI
Sono composti organici largamente diffusi in natura. Sono insolubili in acqua (definiti per questo idrofobi), mentre sono solubili in solventi organici. Tra i grassi vanno ricordati i trigliceridi, utilizzati per produrre energia o con funzioni di riserva energetica all'interno delle cellule adipose.
Un trigliceride è un lipide costituito da una molecola di glicerolo a cui sono legati 3 acidi grassi. Il glicerolo (1,2,3-propantriolo) è un alcol con tre atomi di carbonio.
Gli acidi grassi sono formati da lunghe catene di atomi di carbonio legati tra loro e collegati ad atomi di idrogeno e, ad una estremità della catena, ad atomi di ossigeno (gruppo COOH).
Le code formate dagli acidi grassi possono essere dritte oppure presentare delle piaghe e quindi essere "storte".
- i grassi hanno una forma della "coda" dritta (figura A); gli atomi di carbonio hanno legami semplici C-C; sono chiamati SATURI e questa caratteristica ne permette l'allineamento uno sopra l'altro (tendono quindi ad essere solidi a temperatura ambiente, figura C).
- negli oli la forma della "coda" è storta (figura B) e sono chiamati INSATURI, questo determina le loro caratteristiche curve a gomito per la presenza dei doppi legami di carbonio al loro interno C=C. Tendono perciò ad essere liquidi a temperatura ambiente (figura D).
La quantità dei "gomiti" nelle molecole di acidi grassi è importante per determinare quanto è fluido il lipide e il suo punto di fusione.
Altri lipidi, i fosfolipidi e il colesterolo sono importanti costituenti delle membrane cellulari che avvolgono le cellule.
I fosfolipidi sono simili ai trigliceridi dal punto di vista strutturale, ma ci sono solo due code (idrofobe) e la "testa" è chimicamente un po' diversa ed è idrofila.
Il colesterolo ha una struttura formata da 4 anelli che mettono in comune gli atomi di carbonio. Il colesterolo, se in eccesso nel sangue, può portare ad aterosclerosi. Però è utile nelle membrane.
PROTEINE
Le proteine, oltre al carbonio, l'idrogeno e l'ossigeno, contengono atomi di azoto. Sono, perciò, composti organici quaternari (lipidi e glucidi sono, invece, composti organici ternari).
Le proteine sono costituite da amminoacidi, legati tra loro a formare lunghe catene. Gli amminoacidi sono formati da un gruppo amminico, da un gruppo carbossilico e da un gruppo laterale R.
Esistono 20 tipi di amminoacidi, e questi sono diversi gli uni dagli altri solo per il gruppo laterale R; le combinazioni possibili sono moltissime.
Sono proteine i costituenti principali delle strutture cellulari, gli enzimi, gli ormoni, gli anticorpi, ecc.
I legami che uniscono tra loro gli amminoacidi sono detti legami peptidici, per cui le proteine vengono anche dette polipeptidi.
Struttura delle proteine
La struttura primaria di una proteina è costituita dalla sequenza degli amminoacidi che la compongono.
La struttura secondaria descrive la formazione di legami idrogeno tra i gruppi CO e NH dello scheletro polipeptidico di amminoacidi adiacenti nella struttura primaria. Ci sono due principali tipi di struttura secondaria:
Alfa-elica
Foglietto-beta (beta-sheet)
Foglietto-beta (beta-sheet)
La struttura terziaria di una proteina è la conseguenza di interazioni attrattive tra i gruppi R di amminoacidi anche molto distanti tra loro nella sequenza della struttura primaria della proteina.
La struttura quaternaria è determinata dalla combinazione di più catene di amminoacidi.
Gli acidi nucleici sono composti formati da molecole di grandi dimensioni e complessità, così detti perché presenti nel nucleo cellulare di tutti gli organismi viventi. Rivestono straordinaria importanza biologica in quanto sono depositari dell'informazione genetica e della sua trasmissione di generazione in generazione, cioè sono responsabili della trasmissione dei caratteri ereditari, nonché responsabili della direzione e del controllo della sintesi delle proteine (sintesi proteica) necessarie alla vita degli organismi.
Vi sono due tipi di acidi nucleici: l'acido desossiribonucleico o DNA e l'acido ribonucleico o RNA. Sono entrambi polimeri di elevata massa molecolare, formati dalla combinazione di unità più semplici (monomeri) detti nucleotidi.
I nucleotidi sono a loro volta formati da tre componenti:
- un radicale fosforico (o gruppo fosfato);
- uno zucchero monosaccaride pentoso (con 5 atomi di carbonio);
- una base azotata, che varia a seconda del nucleotide.
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| I nucleotidi del DNA e i loro legami: A si lega con T e G si lega con C |
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| In evidenza le basi azotate dei nucleotidi dell'RNA |
I nucleotidi del DNA e dell'RNA si distinguono per lo zucchero (desossiribosio nel DNA; ribosio nell'RNA) e per una delle quattro basi azotate che possono contenere (adenina, A, guanina, G, citosina, C e timina, T nel DNA; le prime tre più l'uracile, U, al posto della timina, nell'RNA).
La molecola del DNA è costituita da due filamenti di nucleotidi collegati da legami a idrogeno e avvolti in una doppia spirale (doppia elica). Il collegamento avviene tra le basi azotate dei due filamenti, che si abbinano a coppie esclusive ``adenina A - timina T (A-T)'' e ``citosina C- guanina G (C-G)''.
Questa particolare struttura permette al DNA di replicarsi (cioè duplicarsi) con relativa semplicità: le due eliche si separano gradualmente e su ciascuna può crescere un'altra elica, con la formazione infine di due doppie eliche uguali.
Le informazioni sono memorizzate secondo un ``linguaggio'' chimico, basato sull'ordine con cui si susseguono nella molecola del DNA le quattro diverse basi azotate (codice genetico).
Le informazioni sono trasmesse, tramite l'RNA, nei siti della cellula dove avviene la sintesi proteica, in modo che gli amminoacidi si uniscano tra di loro secondo un ordine ben determinato, tale da produrre una specifica proteina.
RNA
La molecola di RNA è formata da un solo filamento avvolto a elica. Esistono vari tipi di RNA con funzioni specifiche; i tre principali sono l'RNA-messaggero (m-RNA) e l'RNA di trasporto (t-RNA) e l'RNA ribosomiale (r-RNA).
Sull'm-RNA vengono trascritte le informazioni del DNA.
L'r-RNA, insieme ad alcune proteine, forma i ribosomi, gli organuli in cui viene attuata la sintesi proteica.
Il t-RNA deve tradurre le informazioni dell'm-RNA nella sintesi corretta delle proteine attraverso l'unione di amminoacidi nella giusta successione. Il t-RNA è costituito da una singola catena di RNA relativamente breve, che ha una caratteristica forma di trifoglio; ad una estremità della catena si attacca un amminoacido; dalla parte opposta si ha una sequenza di 3 nucleotidi, detta anticodone, perché complementare ad una tripletta dell'RNA messaggero detta codone. Il codone (in inglese codon) viene definito come una sequenza specifica di 3 nucleotidi (tripletta) lungo l'mRNA che codifica l'informazione per l'inserimento di uno specifico amminoacido durante la sintesi proteica o per la fine della stessa (definito codone di stop).
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| Sintesi proteica |
REAZIONI CHIMICHE ED ENZIMI
Una reazione chimica è un processo in cui una o più molecole (chiamate reagenti) si trasformano in altre molecole (dette prodotti della reazione).
Una reazione chimica presuppone la rottura di alcuni legami e/o la formazione di nuovi legami.
Gli enzimi sono dei catalizzatori biologici il cui scopo è quello di aumentare la velocità delle reazioni, in genere abbassando l’energia d’attivazione necessaria perché queste avvengano.
L’enzima infatti interagisce con il substrato (la molecola o le molecole che partecipano alla reazione) attraverso il proprio sito attivo. Per questo motivo ogni enzima deve avere una specifica forma tridimensionale che gli consente di riconoscere e di catalizzare uno o più reagenti specifici. Ogni enzima è specifico per una sola reazione, come una chiave va bene per una sola serratura. Un’altra importante caratteristica degli enzimi è che essi non si consumano durante una reazione, ma appunto rimangono disponibili per delle prossime reazioni.
