MACROMOLECOLE BIOLOGICHECARBOIDRATI:

Sono molecole ternarie composte da C, H, O. 1 g di carboidrati fornisce 4 kcal

Si dividono in: monosaccaridi disaccaridi oligosaccaridi polisaccaridi

I monosaccaridi sono molecole polari di formula CnH2nOn; il loro scheletro carbonioso contiene da 3 a 7 atomi di carbonio e hanno una caratteristica struttura ad anello. Glucosio e fruttosio vengono usati come fonte di energia, rompendo i legami in essi contenuti.

Costituiscono il materiale di sostegno e di rivestimento cellulare.

I DISACCARIDI E I POLISACCARIDI DI RISERVAI carboidrati formano legami glicosidici

Monosaccaridi:

Disaccaridi

Polisaccaridi

Mediante reazione di condensazione, si possono ottenere:

i disaccaridi, formati da due monosaccaridi uniti da legami covalenti;

DISACCARIDE MONOSACCARIDE MONOSACCARIDEmaltosio glucosio alfa glucosio alfalattosio glucosio alfa galattosiosaccarosio glucosio alfa fruttosiocellobiosio glucosio beta glucosio beta

gli oligosaccaridi sono presenti sulla membrana delle cellule con funzione di riconoscimento, sono formati da alcuni monosaccaridi legati a:

o proteine e formano i glicolipidio lipidi e formano le glicoproteine

i polisaccaridi, sono polimeri formati da lunghe catene di monosaccaridi uniti per condensazione.

I più importanti polisaccaridi di riserva sono l’amido e il glicogeno.

I polisaccaridi più importanti per l’agricoltura sono l’amido e la cellulosa, ma ci sono anche il glicogeno, le pectine, l’inulina e la chitina.

Amido: polisaccaride composto dal monosaccaride glucosio alfa, che si lega in due tipi di catene:

o amilosio glucosio alfa legame 1-4. CATENA PRINCIPALEo amilopectine glucosio alfa legame 1-4 e 1-6 RAMIFICAZIONI LATERALI

Ha funzione energetica nelle piante e anche nell’uomo. Insolubile se non è cotto.Per assimilare l’amido servono due enzimi diversi: amilasi, amilopectinasi.

La cellulosa è un polisaccaride del glucosio beta, costituito da molecole rigide e fibrose; viene prodotto dalle cellule vegetali e utilizzato per costruire una parete esterna di sostegno, la parete cellulare che è esterna alla membrana di fosfolipidi.

Attenzione: il gruppo OH del C1 in alto (a sinistra nella formula lineare)

Dalla cellulosa otteniamo fibre come la canapa, il lino, il cotone.Solo i batteri cellulosolitici possono demolire la cellulosa, quindi solo gli animali erbivori possono assimilarla grazie alla flora batterica.

Glicogeno: corrispondente dell’amido ma è presente negli animali, dà energia; si trova nei muscoli (vedi il glicogeno presente nella carne del maiale che viene trasformato dai batteri durante la stagionatura dei salumi)

Inulina: presente nelle piante, simile all’amido ma fatta di fruttosio, dà energia, è presente in lunghe catene soprattutto nelle asteracee.

asteracee

Pectine: sono la colla delle cellule vegetali, le tengono unite. Sono composte da galattosio e altri monosaccaridi. Sono usate in cucina per addensare velocemente le confetture e la marmellata.

Chitina: polisaccaride formato dal monosaccaride glucosio alfa, va a formare l’esoscheletro dei crostacei e degli insetti e si trova anche nei funghi

PROTEINE

Sono polimeri i cui monomeri si chiamano amminoacidi/aminoacidiTra le altre hanno un’importante funzione metabolica perché regolano le reazioni chimiche di tutte cellule e hanno funzione strutturale solo negli animali. Sono sostanze quaternarie: composte da 4 elementi: C, H, O, NStruttura generica di un amminoacido:

(gruppo amminico, carbossilico, gruppo funzionale: 20 diversi in natura)

Esercizio: Copia il gruppo R di alanina, valina, glicina e cisteina (Ala, Val, Gly, Cys)

1 g di proteine libera 4 kcalDue A.A. si legano con di sintesi (con perdita di acqua) “LEGAME PEPTIDICO”

STRUTTURE DELLE PROTEINE PRIMARIA: sequenza degli amminoacidi legati da legame peptidico SECONDARIA: ai lati del legame peptidico gli elementi hanno diversa

elettronegatività e attraggono a sé in modo diverso gli elettroni formando delle parziali cariche positive e negative. Tali cariche causano un’attrazione della catena di amminoacidi in più punti formando due tipi di strutture secondarie:

o “alfa elica”o “beta foglietto ripiegato”

La struttura secondaria è una struttura molto fragile, soggetta alla denaturazione perché formata da legami a H tra parziali cariche positive e parziali cariche negative (presenti sulla struttura primaria). I legami a H sono deboli e si rompono con temperatura, acidi, azioni meccaniche (denaturazione)

TERZIARIA: formata da più strutture secondarie legate assieme QUATERNARIA: formata da più strutture terziarie legate assieme

DENATURAZIONEÈ un processo nel quale le proteine cambiano la loro struttura (secondaria) e non funzionano più: viene alterata la loro forma tridimensionale. Le cause possono essere:

Temperatura elevata (sopra i 45°C o sotto i -18°C) vedi cottura dell’uovo o scottature

Acidità: pH estremamente elevati o estremamente bassi (pesce marinato)

Azione meccanica (lana infeltrita da centrifuga)Sono processi NON reversibili in altre parole non si può tornare alla forma di partenza…quindi attenzione con le temperature e la centrifuga nel lavare la lana.

ENZIMI - ASI

Prendono il loro nome dalla reazione su cui lavorano a cui si aggiunge -ASI(es. enzima che degrada il lattosio: latt-asi

enzima che degrada le proteine: prote-asienzima che degrada il maltosio: malt-asi)

Sono catalizzatori biologici (fanno avvenire le reazioni abbassando l’energia di attivazione) es. la respirazione è una forma di combustione ma non siamo “l’uomo torcia”Se mancano la cellula si blocca.Sono specifici, ovvero funzionano solo su un determinato substrato cioè solo su una precisa reazione chimica, es: l’amilasi funziona solo per l’amido, la proteasi funziona solo per le proteine…

Sono proteine coniugate, composte cioè da una parte proteica + parte non proteica detta co-enzima, che può essere un sale minale o una vitamina.Funzionano col meccanismo “chiave-serratura” ovvero ad incastro. L’enzima vero e proprio si unisce al substrato aderendo su una porzione di molecola detta “sito attivo”. Lavorano ad incastro fisico perfetto.Possono essere avvelenati, cioè legati in modo irreversibile ad altre molecole, come ad esempio il monossido di carbonio prodotto dalla cattiva combustione delle stufette si lega all’emoglobina causando la morte per asfissia. Il monossido di carbonio CO è un gas inodore, incolore.Sono biodegradabili (degradabili dai viventi) che è diverso dall’essere degradabili (degradabili da fattori abiotici come la luce, il calore)

L’emoglobina si incastra con l’O2 e con la CO2 ma può essere “avvelenata” da un’altra molecola: la CO (monossido di carbonio) che non si stacca più dall’enzima. Il monossido di carbonio è inodore. Insapore e incolore…si muore soffocati senza accorgersene. Importante!! La pulizia delle stufe e delle caldaie è obbligatoria.

LIPIDI O GRASSI Andremo a vedere:

TRIGLICERIDI (DIGLICERIDI E MONOGLICERIDI) FOSFOLIPIDI STEROIDI CERE

1 g di grassi libera 9 kcal quindi i grassi hanno una funzione altamente energeticaSono:o macromolecole ternarie, costituite da C, O, H, o idrofobe (non si mescolano con l’acqua) idro= acqua; fobe (da fobia)=paurao sostanze apolari e si mescolano solo con sostanze apolari

TRIGLICERIDI

1 GLICEROLO (ALCOL POLIVANTE) + 3 CATENE DI ACIDI GRASSI (DA 4 A 22 ATOMI DI C)

Sulle catene degli acidi grassi ci possono essere doppi legami oppure solo semplici.La presenza di doppi legami cambia il tipo di trigliceride

Sulle catene di acidi grassi ci possono essere legami semplici grassi saturi (sono pieni di H)

sono di origine animale (burro, strutto, lardo) sono solidi a temperatura ambiente sono pericolosi per la salute: si attaccano alle pareti

delle arterie causano infarti legami doppi tra CC grassi insaturi (non sono pieni di H)

sono di origine vegetale (olio) non sono pericolosi ma sono calorici sono liquidi a temperatura ambiente possono essere idrogenati in industria (margarina)

I grassi soprattutto quelli insaturi sono soggetti all’irrancidimento (processo di deterioramento): a contatto con l’aria i doppi legami si rompono e si inseriscono altri elementi (arachidi, olio).IMPORTANTE: tenere i grassi chiusi (chiudere il tappo della bottiglia d’olio, chiudere il sacchetto delle patatine)

DIGLICERIDEFormati da:

1 molecola di glicerina/glicerolo 2 molecole di acidi grassi

Sono molecole con TESTA polare (che si lega con l’acqua) e due CODE apolari (che non si legano all’acqua perché sono idrofobe).Sono dei buoni EMULSIONANATI cioè mescolano i grassi con l’acqua (come i saponi)

MONOGLICERIDEFormati da:1 molecola di glicerina/glicerolo1 molecole di acidi grassi

Sono molecole con TESTA polare più grande dei digliceridi (che si lega con l’acqua) e una CODA apolare (che non si lega all’acqua perché è idrofoba)Anche questi sono sostanze dette EMULSIONANTI cioè mescolano grassi e acqua (sapone) (lecitina di soia)

FOSFOLIPIDI Sono presenti nelle membrane cellulari (biologiche) fanno parte degli emulsionanti perché hanno una parte della molecola polare e una parte apolare.Fatti da:

1 glicerina 2 acidi grassi 1 acido fosforico

Le membrane regolano il passaggio delle molecole tra l’interno e l’esterno della cellula. Immerse nel doppio strato di fosfolipidi che compongono le membrane, ci sono le proteine che fungono da “ponti di membrana” e lasciano passare molecole più grandi. Costituiscono una “zona di trasporto”.Il trasporto delle varie molecole attraverso la membrana può avvenire con consumo di Energia: TRASPORTO ATTIVOsenza consumo di energia: TRASPORTO PASSIVO (osmosi)Le molecole che si muovono con il trasporto passivo lo fanno secondo “gradiente di concentrazione” ovvero dalla zona in cui sono più concentrate, verso la zona dove sono meno concentrate.Il P (fosforo) è fondamentale per la costituzione delle membrane.

STEROIDI

Sono lipidi a forma ciclica

4 anelli di C ai cui vertici sono presenti gruppi funzionali idrofobi o idrofiliVanno a far parte delle membrane cellulari assieme ai fosfolipidi. In altre parole sono immersi in un mare di fosfolipidi. In particolare il colesterolo va a far parte delle membrane.

Il colesterolo si trova nelle membrane biologiche (membrane cellulari)

È alla base di altre molecole degli ormoni steroidei (testosterone maschile, progesterone femminile)È alla base della vit. D e del cortisone (potente anti infiammatorio)In elevate quantità crea problemi alle arterie (infarti) > 200 mg/ml sangue

CERE

Sono sostanze solide a temperatura ambiente

Formate da un alcol a catena lunga + acido grassoIn animali e vegetali hanno funzione protettiva, evitano la perdita di acqua dall’organo che ricoprono (es. peli, piume, buccia di frutta, pagine superiore delle foglie).Le api producono cera dalle ghiandole dell’addome poi la modellano con le mandibole

ALTERAZIONE DEI GRASSI: irrancidimentoAttenzione alla temperatura di cottura: sopra il “punto di fumo” si sprigionano sostanze tossiche nell’olio che serve per la frittura

ACIDI NUCLEICI Il DNA o acido desossiribonucleico e l’RNA o acido ribonucleico sono macromolecole polimeriche costituite da più monomeri detti nucleotidi.

Il DNA ha delle importanti caratteristiche:• è presente nelle diverse specie di viventi in quantità differenti• è in grado di auto replicarsi• contiene i caratteri ereditari tipici della specie • trasmette i caratteri da una generazione di cellule a quella successiva• impartisce alla cellula le istruzioni per compiere tutte le reazioni

metaboliche.La molecola del DNA è fatta da due catene di nucleotidi avvolte intorno ad uno stesso asse a formare una doppia elica.Ogni nucleotide è costituito da:

• un gruppo fosfato • uno zucchero desossiribosio• una base azotata, cioè una molecola contenente azoto.

Due nucleotidi sono legati tra loro da legame covalente (legame fosfodiesterico) che si forma tra il gruppo –OH dello zucchero di un nucleotide il gruppo H3PO4 del nucleotide successivo.La catena scorre in direzione 5I - 3I (riferito al numero del carbonio dello zucchero).

La presenza di gruppi fosfato rende la molecola di DNA carica negativamente.Le basi azotate sono

adenina A, timina T, citosina C, guanina G.

T e C sono simili, un anello singolo di pirimidinaA e G sono simili, un doppio anello di purina.

Nel modello di Watson e Crick le basi azotate sono i pioli di una scala formata da zuccheri e gruppi fosfato.La scala è avvolta su se stessa da destra verso sinistra formando una spirale.Le basi azotate sono complementari tra loro:

adenina con timina citosina con guanina

perché: formano tra di loro lo stesso numero di legami mantengono costante la distanza tra i due montanti della scala.Secondo la Regola dell’appaiamento complementare si capisce come l'informazione del DNA si trasmetta di generazione in generazione. Secondo la Regola dell’appaiamento complementare si capisce come l'informazione del DNA si trasmetta di generazione in generazione.

NUCLEOTIDI (da non confondere con i nucleotidi del DNA)

Sono molecole che hanno la funzione di cedere o di acquistare energia per la cellula. Tale energia è necessaria per tutte le reazioni di sintesi e di rottura che avvengono nella cellula (metabolismo cellulare).L’energia viene immagazzinata nelle molecole sotto forma di legame chimico altamente energetico (rappresentato con una line curva)Le molecole energetiche sono:

ATP adenosin tri-fosfato= adenina + ribosio + 3 acidi fosforici tra i tre acidi c’è il legame energetico

ADP adenosin di-fosfato AMP adenosin mono-fosfato

ATP ADP + Energia + P

ADP AMP + Energia + P

Dall’AMP non posso più ricavare energia e la cellula si trova in crisi energetica, può anche morire.Ci sono alcune reazioni chimiche che permettono di accumulare energia:

1. Glicolisi: è la rottura di uno zucchero semplice, permette di ottenere poca energia, avviene in TUTTE le cellule (dai batteri agli animali)

2. Respirazione: la produzione di energia da una completa ossidazione della sostanza organica (S.O.), è una simile alla combustione, necessita di ossigeno e produce anidride carbonica. Avviene negli eucarioti (cellule con nucleo racchiuso da membrana): funghi, piante, animali.

3. Fotosintesi: avviene solo nelle cellule che hanno i cloroplasti (contengo la clorofilla), di piante e alghe. E’ un processo chimico che trasforma l’energia luminosa del sole in energia chimica di legame sotto forma di ATP (e poi di glucosio). Se manca la luce le piante muoiono, dopo aver consumato tutto lo zucchero accumulato. Le piante fanno tutti i processi: glicolisi, la fotosintesi, la respirazione.

VITAMINECome l’acqua non forniscono energia, ma sono fondamentali per il metabolismo cellulare, perché lo regolano (fanno parte della struttura degli enzimi: co-enzimi).Abbiamo bisogno di 1-100 mg/al giorno di vitamine, che si trovano negli alimenti.Ci possono essere problemi inerenti alla quantità di vitamine:

AVITAMINOSI: mancano vitamine, è una carenza importante anche se solo di una vitamina

IPOVITAMINOSI: scarsa quantità di una certa vitamina. Si può manifestare quando mangiamo troppi cibi precotti, dove le vitamine sono state degradate da alte temperature.

IPERVITAMINOSI: troppe vitamine soprattutto sotto forma di integratori

Ci sono due gruppi di vitamine: idrosolubili: si sciolgono nell’acqua quindi si trovano nei cibi ricchi d’acqua (frutta, verdura)

o B1: regola il metabolismo dei carboidrati, il sistema gastroenterico e circolatorioo B2: protegge l’epitelio (cute), la sua carenza causa dermatite, congiuntivite,

stomatiteo H: interviene nella sintesi dei grassi, ossidazione di acidi grassi

o C: è un antiossidante, cura anemie e infezioni, forma il collage e ripara i tessuti

liposolubili: si sciolgono nei lipidi quindi si trovano nei cibi ricchi di grassi (semi oleaginosi, carne, latte)

o A: fondamentale per la formazione di denti e ossa nell’embrioneo D: controlla il metabolismo del Ca, previene il rachitismo, formazione delle ossao E: sintesi dell’emoglobina, della mioglobina, previene le infezioni e i tumorio K: interviene nella coagulazione del sangue