Molecole biologiche: carboidrati, nucleotidi, amminoacidi

Le molecole biologiche rappresentano i mattoni fondamentali della vita. In generale, esse possiedono uno scheletro carbonioso a cui si legano atomi di idrogeno, ossigeno, fosforo e zolfo, conferendo loro una straordinaria varietà di proprietà chimiche e funzionali. La diversità delle molecole biologiche è impressionante: un organismo unicellulare può contenere fino a 5.000 specie diverse, mentre nel corpo umano il numero di molecole presenti supera probabilmente i 5 milioni. Su scala globale, considerando tutti gli organismi viventi, si stima che le molecole biologiche distinte nella porzione vivente della Terra siano dell’ordine di 10¹¹.

Studiare, sintetizzare o caratterizzare tutte le molecole biologiche sarebbe impossibile, ma una caratteristica fondamentale semplifica enormemente l’analisi: la maggior parte di esse è di natura polimerica, ossia costituita dalla combinazione di un numero relativamente limitato di unità più piccole, i cosiddetti “mattoni” molecolari.

Tra le molecole biologiche più importanti troviamo le proteine, polimeri formati da amminoacidi collegati tramite legame peptidico Sebbene esistano solo venti amminoacidi standard, le loro combinazioni generano un’infinità di strutture e funzioni possibili. Analogamente, come in chimica tradizionale la conoscenza degli atomi e dei loro legami permette di prevedere il comportamento delle molecole, la comprensione dei singoli “mattoni” biologici è essenziale per studiare la chimica della vita.

Oltre alle proteine, le molecole biologiche comprendono acidi nucleici, carboidrati e lipidi, ciascuna con ruoli specifici nella struttura cellulare, nel metabolismo energetico e nella regolazione dei processi biologici. L’insieme di queste sostanze costituisce il nucleo della chimica della vita, dove la conoscenza dei principi chimici fondamentali permette di comprendere i meccanismi biologici più complessi.

Il concetto di molecole biologiche ha radici profonde nella storia della scienza. Già nel XIX secolo, chimici come Justus von Liebig e Friedrich Wöhler posero le basi della biochimica moderna. Wöhler, nel 1828, riuscì a sintetizzare l’urea a partire da composti inorganici, dimostrando che molecole tipiche della vita potevano essere ottenute artificialmente e sfidando la distinzione allora accettata tra chimica organica e inorganica. Successivamente, la scoperta degli zuccheri, dei lipidi e degli amminoacidi da parte di scienziati come Emil Fischer, che studiò le strutture degli zuccheri e degli enzimi, contribuì a delineare le principali classi di molecole biologiche.

Tipi di molecole biologiche

Carboidrati

I carboidrati si suddividono in monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi. Un monosaccaride è una delle fonti energetiche dell’organismo e può dimerizzare, tramite legame glicosidico per dare un disaccaride o polimerizzare per dare un polisaccaride. I polisaccaridi possono sia fungere la riserva energetica di glucosio che assolvere ad altri compiti quali i polisaccaridi di sostegno che permettono la struttura di un tessuto specie nei vegetali e tra questi ricordiamo la cellulosa. Vi sono poi i polisaccaridi specializzati per determinate funzioni chimico-biologiche.

Amminoacidi

Gli amminoacidi sono una classe di 20 che polimerizzano per formare le proteine che sono sostanze che hanno una grande varietà di funzioni tra cui:

• strutturale in quanto partecipano alla struttura degli esseri viventi. Tra esse citiamo la cheratina che costituisce la struttura dei capelli e il collagene che fa parte del tessuto connettivo sottocutaneo
• enzimatica in quanto agiscono come catalizzatori biologici accelerando le reazioni chimiche
• di trasporto in quanto di legano ad alcune sostanze per consentirne il trasporto nel torrente circolatorio come l’emoglobina che trasporta ossigeno dai polmoni ai tessuti
• immunitaria in quanto creano anticorpi e regolano i fattori contro agenti esterni e infezioni
• nel controllo delle attività cellulari e dei processi relativi alla divisione cellulare

Nucleotidi

Proprio come le proteine ​​sono biopolimeri fatti di amminoacidi, gli acidi nucleici scoperti dal biologo svizzero Johan Friedrich Miescher sono biopolimeri fatti di nucleotidi , uniti insieme per formare una lunga catena. Un nucleotide è formato da tre subunità: una base azotata, uno zucchero a cinque atomi di carbonio e un gruppo fosfato La componente zuccherina può essere ribosio o desossiribosio .

I nucleotidi DNA e RNA costituiscono una classe di biomolecole che contengono in gruppo fosfato, uno zucchero ( il ribosio o il desossiribosio) e una base azotata: adenina, guanina, citosina e timina nel DNA e adenina, guanina, citosina e uracile dell’RNA.

Nucleotidi quali l’ATP servono quali trasportatori di energia nelle cellule e permettono processi che, in mancanza, non sarebbero spontanei. I nucleotidi svolgono numerose funzioni cellulari oltre al loro ruolo di sub-unità degli acidi nucleici. Essi infatti possono essere adoperati dalla cellula come trasportatori di energia, componenti di cofattori enzimatici e messaggeri chimici.

Acidi grassi

Tra le molecole biologiche vi sono gli acidi grassi ovvero gli acidi monocarbossilici alifatici aciclici sia di tipo saturo che insaturo che sono presenti in alta concentrazione nelle membrane cellulari, nel tessuto adiposo come i trigliceridi e nelle cellule del tessuto nervoso. Gli acidi grassi hanno funzione strutturale in quanto sono tra i componenti dei fosfolipidi e pertanto hanno un’influenza sulla permeabilità, sulla fluidità e sulla funzionalità di membrana. Essi hanno un ruolo funzionale influenzando l’aggregazione piastrinica, la funzionalità cardiaca, la pressione arteriosa e il sistema immunitario.

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