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Molecole biologiche

Qual è la vostra colazione preferita? Pane tostato con burro? Uova strapazzate? Che ne dite di un croissant appena sfornato?

Qualunque sia la vostra preferenza, tutti questi prodotti hanno una cosa in comune. Sono tutti composti da molecole biologiche o biomolecole.

Una molecola biologica o biomolecola è una molecola organica prodotta da organismi viventi.

  • Questo articolo tratta le biomolecole.
  • Tratteremo quattro diversi tipi di biomolecole: carboidrati, lipidi, proteine e acidi nucleici.
  • Esploreremo struttura, legami e funzioni di ciascuna di esse.

Tipi di biomolecole

Esistono quattro tipi principali di biomolecole prodotte negli organismi viventi.

  • Carboidrati

  • Lipidi

  • Proteine

  • Acidi nucleici

Avrai sentito parlare di queste biomolecole anche in biologia, dove viene approfondito il loro ruolo nell'organismo. Ma qui, in chimica, esamineremo le biomolecole con particolare attenzione alla loro struttura e ai loro legami. Cominciamo con i carboidrati.

Carboidrati

Avrai sentito parlare dei carboidrati tantissime volte, ma cosa sono in realtà?

I carboidrati sono molecole organiche composte da carbonio, idrogeno, e ossigeno.

Quando parliamo di carboidrati nella vita quotidiana, tendiamo a chiamarli zuccheri o amidi. Un altro termine scientifico è saccaridi. Alcuni dei carboidrati più comuni sono il glucosio, il lattosio, il fruttosio, il maltosio, l'amido e la cellulosa.

Struttura dei carboidrati

I carboidrati sono molecole composte da monomeri semplici chiamati monosaccaridi. I monosaccaridi contengono tre elementi chiave: carbonio, idrogeno e ossigeno. Alcuni carboidrati sono costituiti da un solo gruppo o tipo di monosaccaride, mentre altri sono costituiti da più monosaccaridi legati tra loro. I monosaccaridi formano legami glicosidici tramite reazioni di condensazione.

I carboidrati hanno solitamente forumula generale Cm(H2O)m, ma questo non è sempre valido. Come tutte le molecole organiche, questi atomi sono tenuti insieme da forti legami covalenti. Essi contengono molti gruppi carbonilici (C=O) e idrossilici (-OH), che li rendono molecole polari, ma la loro struttura può variare notevolmente. Ad esempio, alcuni carboidrati formano strutture cicliche, mentre altri formano catene lineari; molti possono passare da una struttura ciclica (ad anello) ad una struttura a catena lineare.

Molecole biologiche esempio struttura ciclica carboidrati StudySmarterFigura 1. Un esempio di struttura ciclica dei carboidrati.

Per saperne di più su ciascuno di questi gruppi funzionali e sulla reazione di condensazione, puoi consultare le spiegazioni in Chimica organica e Polimeri.

I legami glicosidici sono legami formati dagli zuccheri o dai monosaccaridi. Si formano tra il gruppo chetonico o aldeidico di una molecola di zucchero e il gruppo ossidrilico di un'altra molecola di zucchero.

Tipi di carboidrati

Sopra abbiamo detto che alcuni carboidrati sono costituiti da una sola unità monosaccaridica, mentre altri sono costituiti da molte unità legate tra loro. In realtà, possiamo classificare ulteriormente i carboidrati in tre tipi, in base al numero di unità monosaccaridiche ripetute da cui sono composti. Ecco come si classificano:

  • Gli zuccheri più semplici sono costituiti da un solo monosaccaride. Esempi di monosaccaridi sono il glucosio e il galattosio. Hanno da tre a otto atomi di carbonio; con poche eccezioni, hanno formula generale (CH2O)x. Tutti i monosaccaridi con quattro o più atomi di carbonio possiedono struttura ciclica in una soluzione acquosa.
  • Se si uniscono due monosaccaridi, si ottiene un disaccaride. I monosaccaridi si legano tramite un legame covalente che si forma in una reazione di condensazione, liberando acqua. Come abbiamo detto, questo legame si chiama legame glicosidico. Esempi di disaccaridi sono il saccarosio e il maltosio.
  • Se si uniscono molti monosaccaridi, si ottiene un polisaccaride. I polisaccaridi, come l'amilosio, sono molecole a catena lineare, mentre altri, come il glicogeno, sono altamente ramificati. Anche in questo caso, i monosaccaridi sono tenuti insieme tramite legami glicosidici formati in una reazione di condensazione. Ne sono un esempio l'amido e la cellulosa.

Ad esempio, il glucosio è un monosaccaride con sei atomi di carbonio. Unendo due molecole di glucosio si ottiene il maltosio, un disaccaride. Se invece si uniscono molte molecole di glucosio in una lunga linea retta, si ottiene l'amilosio, un polisaccaride.

Molecole biologiche carboidrati monosaccaridi disaccaridi polisaccaridi StudySmarterFigura 2. Diversi tipi di carboidrati: monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi. Fonte: commons.wikimedia.org (alterata)

È facile capire la struttura di un carboidrato a partire dal suo nome. La parola saccaride significa zucchero, mentre i prefissi mono-, di- e poli- significano uno, due e molti. Pertanto, un monosaccaride è costituito da una sola unità di zucchero, un disaccaride da due e un polisaccaride da molti, tutti uniti da legami glicosidici.

Funzione dei carboidrati

I carboidrati hanno molte funzioni nell'organismo. Ad esempio:

  • I monosaccaridi sono la nostra principale fonte di energia e un ottimo punto di partenza per molte reazioni metaboliche.
  • I polisaccaridi agiscono non solo come riserve di energia, ma anche come materiali strutturali.
  • I carboidrati svolgono anche un ruolo come parte degli acidi nucleici, di cui parleremo più avanti.

Per saperne di più su queste molecole, consultare Carboidrati, Monosaccaridi e Polisaccaridi.

Con gli esempi appena fatti, dovreste avere un'idea di cosa sono i carboidrati e di qual è la loro struttura. Il prossimo gruppo di biomolecole che discuteremo sono i lipidi.

Lipidi

I grassi. Che li vedi gocciolare dai vostri hamburger ulla griglia del take-away, o sulla carne del girarrosto, o sul piatto che stai cercando di evitare di lavare, in ogni caso si tratta di lipidi.

I lipidi, spesso chiamati grassi, sono molecole organiche solubili in solventi organici ma insolubili in acqua.

Struttura dei lipidi

I lipidi sono costituiti dagli stessi elementi dei carboidrati: carbonio, idrogeno e ossigeno. Ma mentre i carboidrati contengono molti gruppi polari -OH e C=O, i lipidi sono apolari. Sono caratterizzati da lunghe catene idrocarburiche non polari. Questo rende i lipidi solubili nei solventi organici ma insolubili in acqua. Sono quindi composti idrofobici.

Tipi di lipidi

Il termine lipide è un termine ampio che indica un'intera gamma di molecole, il che significa che esistono molti tipi diversi di lipidi. Tra questi vi sono:

  • Trigliceridi: composti da tre acidi grassi a catena lunga legati ad una molecola di glicerolo. Gli acidi grassi sono costituiti da lunghe catene idrocarburiche non polari con un gruppo carbossilico a un'estremità, mentre il glicerolo è un alcol con tre gruppi funzionali idrossilici. I tre acidi grassi si uniscono alla molecola di glicerolo tramite legami esterei, formati in una reazione di condensazione. Ne sono un esempio gli oli vegetali e i grassi animali.
  • Fosfolipidi: sono molto simili ai trigliceridi. Tuttavia, nei fosfolipidi, uno degli acidi grassi a lunga catena è sostituito da un gruppo fosfato. L'estremità del trigliceride con il gruppo fosfato è chiamata testa, mentre quella con gli acidi grassi a catena lunga è chiamata coda. I gruppi fosfato sono polari, il che significa che i fosfolipidi hanno una testa idrofila. Tuttavia, la loro coda è idrofoba.

  • Steroidi: si basano su molecole costituite da quattro anelli di idrocarburi. Molti ormoni, alcaloidi e vitamine sono steroidi.

Molecole biologiche trigliceridi fosfolipidi steroidi StudySmarterFigura 3. Esempi di lipidi. Fonte: commons.wikimedia.org (alterata)

Funzioni dei lipidi

I lipidi nella nostra dieta godono di una cattiva reputazione. Tuttavia, sono molecole essenziali.

  • I lipidi sono principali fonti di energia. Ad esempio, 1 g di un lipide contiene più del doppio delle calorie rispetto a 1 g di un carboidrato o di una proteina.

  • Molte vitamine sono solubili solo nei lipidi, non nell'acqua, quindi abbiamo bisogno di lipidi per garantire il corretto assorbimento di questi micronutrienti.

  • I lipidi svolgono un ruolo importante anche in molte aree del corpo. Ad esempio, le membrane cellulari sono costituite quasi interamente da fosfolipidi, mentre il cervello è costituito per circa il 60% da grassi!

I lipidi sono analizzati in modo più dettagliato nella sezione Lipidi. Per saperne di più sugli acidi grassi, i trigliceridi e i fosfolipidi in particolare, vedere Acidi grassi.

Ora che abbiamo esplorato i lipidi, esaminiamo le proteine.

Proteine

Le uova strapazzate della colazione o il succulento hamburger sulla griglia sono esempi di alimenti ricchi di proteine.

Le proteine sono lunghe molecole organiche polimeriche composte da unità ripetute chiamate aminoacidi. Spesso vengono chiamate polipeptidi.

Struttura delle proteine

Come abbiamo detto, le proteine sono polimeri. Sono costituite da monomeri ripetuti chiamati aminoacidi. Si tratta di molecole con un gruppo carbossilico (-COOH), un gruppo amminico (-NH2) e un gruppo R, tutti legati ad un atomo di carbonio centrale.

Molecole biologiche aminoacido struttura StudySmarterFigura 4. Struttura generale di un aminoacido.

Grazie al loro gruppo amminico, tutti gli amminoacidi contengono un atomo di azoto, ma alcuni amminoacidi contengono anche altri elementi nei loro gruppi R. Più amminoacidi si uniscono in una lunga catena grazie a un legame peptidico formato tra il gruppo carbossilico di un amminoacido e il gruppo amminico di un altro. Questo legame si forma in una reazione di condensazione andando a formare le proteine.

Le proteine possono avere quattro diversi tipi di organizzazione strutturale:

  • Struttura primaria: descrive la sequenza degli aminoacidi
  • Struttura secondaria: descrive la disposizione nello spazio degli atomi dello scheletro proteico
  • Struttura terziaria: descrive la sua struttura nello spazio tridimensionale
  • Struttura quaternaria: si riferisce alla struttura delle proteine composte da più catene peptidiche o subunità

Tipi di proteine

Le proteine composte da due soli amminoacidi legati tra loro sono note come dipeptidi, mentre quelle composte da molti amminoacidi legati tra loro sono note come polipeptidi. Tuttavia, esistono anche altri modi di classifficare le proteine:

  • Le proteine fibrose sono costituite da tre singole catene proteiche strettamente arrotolate tra loro. Esse fungono da proteine strutturali dell'organismo.
  • Le proteine globulari hanno una forma sferica e agiscono principalmente come proteine funzionali, come gli enzimi.

Funzioni delle proteine

Abbiamo accennato brevemente ad alcune funzioni delle proteine: come materiali strutturali e come enzimi. Ecco alcune delle loro altre funzioni:

  • Le proteine sono conosciute soprattutto per il loro ruolo nel tessuto muscolare, che ci permette di svolgere ogni tipo di attività, dal sollevamento di borse della spesa pesanti alle scalate in montagna. Tuttavia, esse forniscono un supporto strutturale anche in altre aree del corpo. Per esempio, la cheratina è una proteina che si trova nei capelli e nelle unghie.
  • Le proteine sono responsabili della replicazione del DNA. Senza di esse, non saremmo in grado di trasmettere le nostre informazioni genetiche alla nostra progenie e nemmeno di creare nuove cellule!
  • Le proteine contribuiscono anche al trasporto di molecole all'interno della cellula e alla segnalazione cellulare.
  • Come enzimi, le proteine accelerano la velocità di molte reazioni che altrimenti sarebbero troppo lente per tenerci in vita. Per esempio, la maltasi scompone lo zucchero maltosio in singoli monomeri di glucosio.

Biochimica strutturale: le proteine forniscono molte altre informazioni sulla struttura e sui legami.

Acidi nucleici

L'ultimo tipo di biomolecola che analizzeremo oggi è quello degli acidi nucleici.

Gli acidi nucleici sono lunghe catene polimeriche costituite da unità ripetute chiamate nucleotidi.

Struttura degli acidi nucleici

Come le proteine e i carboidrati, gli acidi nucleici sono polimeri. Sono costituiti da monomeri ripetuti chiamati nucleotidi. I nucleotidi stessi sono costituiti da tre componenti: una base azotata, uno zucchero e un gruppo fosfato. La base e lo zucchero possono variare, il che differenzia i diversi nucleotidi.

Molecole biologiche nucleotide acidi nucleici StudysmarterFigura 5. Un nucleotide. Fonte: commons.wikimedia.org (alterata)

I nucleotidi contengono atomi di carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto e fosforo. Come tutte le altre biomolecole che abbiamo visto, sono tenuti insieme da legami covalenti. Il legame tra due nucleotidi diversi è noto come legame fosfodiesterico e si forma ancora una volta in una reazione di condensazione.

Tipi di acidi nucleici

Probabilmente ti sarai già imbattuto negli acidi nucleici, anche se non ne conoscevi il nome. In effetti, all'interno del nucleo di ogni nostra cellula sono presenti due metri di acido nucleico! Gli acidi nucleici comprendono:

  • Il DNA, composto dalle basi A, T, C e G e dallo zucchero desossiribosio
  • L'RNA, composto da basi note come A, U, C e G e dallo zucchero ribosio.

Funzioni degli acidi nucleici

Infine, concentriamoci sulla funzione degli acidi nucleici.

  • Gli acidi nucleici fungono da deposito di informazioni genetiche. I nostri geni sono costituiti da filamenti di DNA, che determinano le nostre caratteristiche e i nostri tratti.
  • L'RNA viene utilizzato come manuale di istruzioni per la creazione delle proteine (traduzione delle proteine). Senza l'RNA, non avremmo nessuna delle proteine che abbiamo visto sopra.

Per saperne di più su queste molecole organiche, visita le sezioni Acidi nucleici, DNA e RNA.

Molecole biologiche - Punti chiave

  • Le biomolecole o molecole biologiche sono molecole prodotte da organismi viventi.
  • Esistono quattro tipi principali di biomolecole: carboidrati, lipidi, proteine e acidi nucleici.
  • I carboidrati sono molecole composte solo da carbonio, idrogeno e ossigeno.
    • I carboidrati sono costituiti da monosaccaridi uniti da legami glicosidici.
    • I tipi di carboidrati includono mono-, di- e polisaccaridi.
  • I lipidi sono molecole organiche solubili in solventi organici ma insolubili in acqua.
    • I tipi di lipidi comprendono i trigliceridi, i fosfolipidi e gli steroidi.
  • Le proteine sono lunghe molecole organiche polimeriche composte da unità ripetute chiamate aminoacidi.
    • Gli amminoacidi sono uniti tra loro mediante legami peptidici.
    • I due tipi di proteine sono le proteine fibrose e globulari.
  • Gli acidi nucleici sono lunghe molecole organiche polimeriche costituite da unità ripetute chiamate nucleotidi.
    • I nucleotidi contengono ciascuno una base azotata, uno zucchero e un gruppo fosfato. Sono uniti l'uno all'altro mediante un legame fosfodiesterico.
    • Due tipi di acidi nucleici sono il DNA e l'RNA.

Domande frequenti riguardo Molecole biologiche

Una molecola biologica o biomolecola è una molecola organica prodotta da organismi viventi. 

Esistono quattro tipi principali di biomolecole prodotte negli organismi viventi.
• Carboidrati
• Lipidi
• Proteine
• Acidi nucleici 

Le principali macromolecole biologiche sono carboidrati, proteine, lipidi e acidi nucleici. 

Quiz Finale Molecole biologiche

Domanda

Suggerire il tipo di ricerca necessaria per migliorare la selettività degli agenti antitumorali.

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Risposta

Ricerca di nuovi agenti antitumorali/metodi di somministrazione di agenti antitumorali.

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Domanda

Definire il termine cancro.

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Risposta

Il cancro è una malattia causata dalla divisione cellulare incontrollata in una parte del corpo.

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Domanda

Le cellule sane sono in grado di dividersi senza limiti. Vero o Falso?

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Risposta

Falso

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Domanda

Spiega perchè le cellule cancerose crescono molto più velocemente rispetto a quelle sane.

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Risposta

Le cellule cancerose subiscono una mutazione nei loro geni, che le porta a crescere e a dividersi oltre i limiti della divisione cellulare osservati nelle cellule sane,

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Domanda

Spiega brevemente perchè il cancro può mettere in pericolo la vita.

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Risposta

Le cellule tumorali non solo crescono più velocemente delle cellule sane, ma possono anche invadere e distruggere i tessuti sani circostanti, compresi gli organi.

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Domanda

Spiega brevemente come funzionano i farmaci antitumorali.

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Risposta

I farmaci antitumorali agiscono impedendo alle cellule cancerose di dividersi ulteriormente.

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Domanda

Nel cisplatino, i gruppi funzionali legati al platino centrale (ammoniaca e cloro) si trovano su lati opposti della molecola. Vero o falso?

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Risposta

Falso

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Domanda

Qual è la geometria molecolare del cisplatino?

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Risposta

Quadrato-planare

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Domanda

Spiega brevemente l'importanza della struttura cis e della geometria quadrato planare del cisplatino.

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Risposta

La struttura cis e la geometria quadrato planare del cisplatino conferiscono la corretta geometria fondamentale per garantire la funzione del farmaco.

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Domanda

Indicare gli atomi del cisplatino che sono fondamentali per le sue proprietà antitumorali.

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Risposta

Platino e cloro.

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Domanda

Descrivere come il cisplatino blocca la divisione cellulare.

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Risposta

L'acqua presente nel corpo sposta gli atomi di cloro del cisplatino. Il cisplatino forma quindi legami dativi con la base guanina del DNA, formando di fatto dei legami incrociati e distorcendo la forma del DNA necessaria per la replicazione del DNA nella divisione cellulare.

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Domanda

L'apoptosi è definita come morte cellulare controllata. Vero o falso?

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Risposta

Vero

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Domanda

Indicare il processo attraverso il quale l'acqua presente nell'organismo spiazza gli atomi di cloro del cisplatino.

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Risposta

Idratazione o acquazione.

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Domanda

Spiega perché il cisplatino può causare la perdita dei capelli come effetto collaterale.

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Risposta

Il cisplatino si lega alla guanina presente nel DNA sia delle cellule sane che di quelle cancerose. Anche se è più selettivo nei confronti delle cellule tumorali a causa della loro maggiore velocità di replicazione, il cisplatino non è in grado di distinguere tra cellule tumorali e cellule sane che si replicano rapidamente, come i follicoli piliferi. Di conseguenza, provoca la perdita di capelli come effetto collaterale.

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Domanda

Indica il nome del legame che si forma tra i nucleotidi.

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Risposta

Legame fosfodiesterico

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Domanda

Che cos'è una biomolecola?

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Risposta

Una molecola biologica o biomolecola è una molecola organica prodotta da organismi viventi.

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Domanda

Quali delle seguenti sono biomolecole?

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Risposta

Sali

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Domanda

Quali delle seguenti sono biomolecole?

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Risposta

Acidi nucleici

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Domanda

Cosa sono i carboidrati?

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Risposta

I carboidrati sono molecole organiche composte da carbonio, idrogeno, and ossigeno.

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Domanda

Elenca le differenze e aspetti in comune tra mono-, di- e polisaccaridi.

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Risposta

  • Sono tutti e tre tipi di carboidrati
  • I monosaccaridi contengono una sola unità, i disaccaridi sono costituiti da due monosaccaridi e i polisaccaridi da più unità, legate tramite legami glicosidici.

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Domanda

Quali dei seguenti sono carboidrati?

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Risposta

DNA

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Domanda

I carboidrati sono una buona fonte di energia. VERO O FALSO?

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Risposta

Vero

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Domanda

Cosa sono i lipidi?

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Risposta

I lipidi, spesso chiamati grassi, sono molecole organiche solubili in solventi organici ma insolubili in acqua.

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Domanda

Confronta la struttura dei trigliceridi e dei fosfolipidi.

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Risposta

  • Entrambi contengono acidi grassi e una molecola di glicerolo.
  • I trigliceridi sono composti da tre acidi grassi a catena lunga legati ad una molecola di glicerolo.
  • I fosfolipidi sono simili ma uno degli acidi grassi a lunga catena è sostituito da un gruppo fosfato.  

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Domanda

I lipidi costituiscono una fonte di energia più scarsa rispetto ai carboidrati. Vero o falso?

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Risposta

Vero

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Domanda

Cosa sono le proteine?

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Risposta

Le proteine sono lunghe molecole organiche polimeriche composte da unità ripetute chiamate aminoacidi. Spesso vengono chiamate polipeptidi. 

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Domanda

Come si chiamano le unità ripetitive nelle proteine?

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Risposta

Aminoacidi

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Domanda

Elenca due funzioni delle proteine.

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Risposta

  • Replicazione del DNA
  • Trasporto di molecole

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Domanda

Cosa sono gli acidi nucleici?

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Risposta

Gli acidi nucleici sono polimeri costituiti da monomeri ripetuti chiamati nucleotidi. 

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Domanda

Come si chiamano le unità ripetitive degli acidi nucleici?

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Risposta

Nucleotidi

Visualizza la domanda

Domanda

I nucleotidi sono costituiti da ________.

Visualizza la risposta

Risposta

Un acido, uno zucchero e un gruppo fosfato

Visualizza la domanda

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