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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…
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Jetzt kostenlos anmeldenQual 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.
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.
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.
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.
Figura 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.
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:
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.
Figura 2. Diversi tipi di carboidrati: monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi. Fonte: commons.wikimedia.org (alterata)
I carboidrati hanno molte funzioni nell'organismo. Ad esempio:
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.
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.
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.
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:
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.
Figura 3. Esempi di lipidi. Fonte: commons.wikimedia.org (alterata)
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.
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.
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.
Figura 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:
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:
Abbiamo accennato brevemente ad alcune funzioni delle proteine: come materiali strutturali e come enzimi. Ecco alcune delle loro altre funzioni:
Biochimica strutturale: le proteine forniscono molte altre informazioni sulla struttura e sui legami.
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.
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.
Figura 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.
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:
Infine, concentriamoci sulla funzione degli acidi nucleici.
Per saperne di più su queste molecole organiche, visita le sezioni Acidi nucleici, DNA e RNA.
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.
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