Le biomolecole

I carboidrati. I carboidrati sono molecole conosciute come zuccheri. Sono costituiti da carbonio (C), idrogeno (H) e ossigeno (O). Essi possono variare come dimensione, da molecole molto piccole a molto grandi. Come tutte le altre biomolecole, si presentano come lunghe catene, formate da subunità più piccole legate fra loro. La singola unità è detta monomero, mentre la lunga catena rappresenta il polimero. Essi costituiscono la principale fonte di energia delle cellule. Si distinguono in zuccheri semplici: monosaccaridi come il glucosio, il fruttosio, il galattosio e disaccaridi come saccarosio (barbabietola da zucchero), lattosio (latte), maltosio (malto). Gli zuccheri complessi o polisaccaridi sono formati dall’unione a catena ramificata di più monosaccaridi; nelle cellule animali il polisaccaride più comune è il glicogeno, che costituisce la sostanza di riserva accumulata nei muscoli e nel fegato ed è composto da molecole di glucosio a formare una catena ramificata; nelle cellule vegetali si distinguono due tipi di polisaccaridi, l’amido presente nelle patate, castagne, cereali e la cellulosa contenuta in vegetali fibrosi come le verdure e i legumi.

I lipidi. I lipidi o grassi sono sostanze insolubili in acqua e solubili nei solventi in grado di sciogliere i grassi come etere, cloroformio, acetone, benzina etc. I grassi semplici sono composti da carbonio (C), idrogeno (H), ed ossigeno (O), i lipidi complessi hanno in più atomi di azoto (N), e fosforo (P). I grassi hanno funzione energetica, sono componenti delle strutture cellulari, sono indispensabili per il trasporto e l’assorbimento di alcune vitamine liposolubili (A D E K) e danno origine alla formazione di ormoni (estrogeni e testosterone).

Lipidi semplici o trigliceridi sono costituiti dall'unione di una molecola di glicerolo e tre molecole di acidi grassi. Se gli acidi grassi insaturi hanno uno o più legami doppi di carbonio che possono rompersi e legare altri atomi di idrogeno; gli acidi saturi non hanno doppi legami e non possono aggiungere altri atomi di idrogeno. La saturazione indica una maggiore densità: gli acidi saturi sono in genere solidi, si trovano in alimenti di origine animale, come tuorlo d’uovo, latte, burro, lardo, frattaglie, ecc. mentre quelli insaturi sono liquidi, si trovano in cibi vegetali come gli oli.
Gli steroidi. Il colesterolo è un lipide detto steroide, come il testosterone e gli estrogeni che sono ormoni. Queste molecole hanno struttura molto simile ma funzioni molto diverse. Il colesterolo è importante per la struttura e la funzione delle membrane cellulare.
Gli estrogeni sono i principali ormoni sessuali femminili, sono presenti in entrambi i sessi, anche se nelle donne in età fertile raggiungono livelli sierici molto più alti. Tre dei maggiori estrogeni nelle donne sono l’estriolo, l’estradiolo e l’estrone. Gli estrogeni favoriscono la formazione dei caratteri sessuali secondari femminili, come aumento del seno, statura, distribuzione del grasso e dei peli, voce, ecc. Il progesterone è l’ormone responsabile della fecondazione. Il testosterone è responsabile dei caratteri sessuali secondari maschili: aumento della peluria, aumentata secrezione di sebo, odori corporei, aggressività, desiderio sessuale, acne.

Le proteine. Le proteine sono macromolecole formate da una serie di aminoacidi, uniti fra loro da un legame detto peptidico. La sequenza dei singoli amminoacidi è dettata geneticamente e determina la funzione stessa della proteina. Le proteine contengono oltre al carbonio (C), l’idrogeno (H), e l’ossigeno (O),anche un atomo di azoto (N). Gli amminoacidi sono venti, nove sono considerati essenziali perché non vengono prodotti dall’uomo e devono essere ingeriti con l’alimentazione.
Il legame peptidico comporta l'allontanamento di una molecola di acqua e può quindi essere spezzato per idrolisi, cioè fornendo acqua ed un enzima specifico che catalizzi la reazione.
La sequenza degli aminoacidi indica la struttura primaria di una proteina e contribuisce alla sua forma tridimensionale, poichè le diverse catene laterali interagendo tra di loro e con l'acqua, fa sì che la catena polipeptidica assuma una struttura più o meno ripiegata, detta struttura secondaria e terziaria, che le conferisce una conformazione specifica.
Tale conformazione comprende anche una struttura quaternaria, che risulta dall'aggregazione di più catene polipeptidiche formanti una proteina. Esempi di struttura quaternaria sono l'emoglobina e il collagene.
Nell’organismo le proteine hanno diverse funzione: plastica: costituiscono e riparano tessuti; bioregolatrice: partecipano alla formazione di enzimi, ormoni e neurotrasmettitori; omeostatica: mantengono i rapporti osmotici tra fluidi corporei e l’equilibrio acido-base; immunitaria: per la formazione di anticorpi; di trasporto: trasportano colesterolo, trigliceridi, fosfolipidi.

Gli acidi nucleici. Gli acidi nucleici, così chiamati perché sono abbondanti nel nucleo delle cellule, sono le molecole che contengono l'informazione genetica, cioè l'insieme delle istruzioni necessarie alla fabbricazione delle proteine. Esse ne determinano la specificità strutturale e funzionale. Esistono due tipi di acidi nucleici: il DNA (Acido DesossiriboNucleico) e l'RNA (Acido RiboNucleico). Il primo è il responsabile dell'informazione genetica; il secondo provvede a tradurre l'informazione genetica, contenuta nel DNA, nel linguaggio (cioè nella struttura) delle proteine.
DNA. La molecola di DNA è responsabile della trasmissione e manifestazione dei caratteri ereditari. E’ presente in tutti gli organismi viventi (eccetto in alcuni virus). Il DNA è costituito da due filamenti che formano una struttura definita "a doppia elica". Nello spazio la molecola di DNA ha la forma di una scala a pioli elicoidale, in cui i montanti sono costituiti da zuccheri e fosfati, e i pioli da coppie di quattro diverse basi azotate: adenina (A), timina (T), citosina (C) e guanina (G).
Ogni filamento corrisponde ad una catena di nucleotidi. Un nucleotide è costituito dalla combinazione di tre diverse molecole: una base azotata, legata a uno zucchero con 5 atomi di carbonio, a sua volta legato a un gruppo fosforico. Le basi A e G appartengono al gruppo di sostanze chiamate purine, mentre C e T appartengono alle pirimidine.
Una determinata sequenza di coppie di basi azotate costituisce un gene; l'informazione in essa contenuta viene interpretata secondo il codice genetico, che stabilisce una corrispondenza tra basi azotate e amminoacidi. In tal modo i geni regolano la sintesi delle proteine.
RNA. Le molecole di RNA sono simili alle molecole del DNA, ma con alcune differenze strutturali: nell'RNA lo zucchero è il ribosio invece del desossiribosio; nell'RNA, al posto della timina (T), è presente l'uracile (U) che si lega con l'adenina come fa la timina; l’RNA non forma una doppia elica ma ha la struttura di una catena semplice. Un'altra differenza tra DNA e RNA è che mentre il DNA esegue una sola funzione, cioè quella di contenere l'informazione genetica, le specie differenti di RNA nella cellula, eseguono funzioni differenti.
Ogni molecola di RNA è specializzata in una determinata funzione: l'RNA messaggero (mRNA) è prodotta dalla trascrizione del DNA, e porta l’informazione genetica per la sintesi proteica. Le due estremità sono diverse perché sia riconoscibile il corretto senso di lettura. L'RNA transfer (tRNA) è costituito da piccole molecole a forma di trifoglio, ciascuna delle quali porta uno specifico aminoacido. A ogni codone dell'mRNA (un codone è la sequenza di tre basi azotate, specifica per ogni aminoacido) corrisponde un anticodone del tRNA. Infine, l'RNA ribosomiale (rRNA) è il principale costituente dei ribosomi, i microscopici organuli cellulari su cui avviene la sintesi proteica.

I diversi tipi di RNA vengono prodotti mediante la trascrizione, cioè con un meccanismo di copiatura. La molecola di DNA, formata da un doppio filamento avvolto su se stesso, si despiralizza e si apre. A questo punto, l'enzima RNA polimerasi accoppia nuove basi azotate a quelle presenti su uno dei due filamenti di DNA, rispettando la complementarità della loro struttura molecolare. Completata la sintesi del filamento di RNA, questi si distacca da quello di DNA; il DNA si richiude e ritorna in forma spiralizzata.
La traduzione o sintesi delle proteine è il processo mediante il quale diversi aminoacidi vengono uniti per formare una nuova proteina, seguendo le istruzioni contenute in un filamento di RNA messaggero. Questo processo prende il nome di traduzione e coinvolge le molecole di RNA transfer (tRNA), che da una parte ha una tripletta di nucleotidi e dall’altra porta un aminoacido specifico, corrispondente alla tripletta. La traduzione implica anche la presenza di RNA ribosomiale o (rRNA).
La sintesi delle proteine avviene avviene nel modo seguente:
1) Il ribosoma si muove lungo l’mRNA, e prende i tRNA+aminoacido secondo le triplette che legge.
2) Si forma il legame peptidico tra due aminoacidi in posizione corretta.
3) Il tRNA del primo aminoacido è liberato. Il ribosoma si sposta e legge la successiva tripletta.
Arriva il nuovo tRNA+aminoacido. Si forma il nuovo legame peptidico. Il tRNA scarico è liberato. Il processo si ripete.
4) Quando il ribosoma legge una tripletta di fine la proteina si stacca

Fig. sintesi delle proteine