Riassunto: Lipidi, proteine e acidi nucleici

📋 Schema del Corso

1. Biologia e organismi viventi
2. Acqua e proprietà chimico-fisiche
3. Macromolecole e carboidrati
4. Polisaccaridi di riserva e strutturali
5. Lipidi e loro funzioni
6. Lipidi: carotenoidi
7. Proteine e amminoacidi
8. Strutture delle proteine
9. Nucleotidi e acidi nucleici
10. Struttura e funzioni di DNA e RNA

📖 1. Biologia e organismi viventi

🔑 Concetti chiave e definizioni

• Biologia: Scienza che studia le proprietà fondamentali della vita e gli organismi viventi.
• Organismo vivente: Individuo capace di crescere, reagire, metabolizzare e riprodursi.

📝 Punti essenziali

• Tutti gli organismi sono costituiti da una o più cellule.

📖 2. Acqua e proprietà chimico-fisiche

★ Da sapere

• L’acqua è il principale costituente degli organismi e costituisce anche l’ambiente che li influenza.

• Nella molecola d’acqua un atomo di ossigeno è legato covalentemente a due atomi di idrogeno, e ogni molecola può formare legami a idrogeno con altre quattro molecole d’acqua.

• Le proprietà dell’acqua comprendono:

  • elevata coesione
  • elevata tensione superficiale
  • elevata capacità termica
  • elevato calore di evaporazione
  • elevato punto di ebollizione
  • elevato punto di fusione

Approfondimenti

• Nei tessuti umani, la percentuale di acqua varia dal 20% nelle ossa al 70% nelle cellule cerebrali.

• Circa il 71% del peso corporeo è costituito da acqua.

• L’acqua bolle a 100°C e congela a 0°C.

📖 3. Macromolecole e carboidrati

🔑 Concetti chiave e definizioni

• Carboidrati: Composti organici il cui nome riflette il rapporto tra idrogeno e ossigeno di 2:1, espresso dalla formula $C_n(H_2O)_n$.

★ Da sapere

• Le categorie di macromolecole biologiche sono:
  • carboidrati
  • proteine
  • acidi nucleici
  • alcuni lipidi

• Carboidrati, proteine e acidi nucleici sono polimeri formati da monomeri uniti da legami covalenti; i monosaccaridi formano polisaccaridi, gli amminoacidi formano proteine e i nucleotidi formano acidi nucleici.

• I carboidrati forniscono e trasportano energia, forniscono scheletri carboniosi riorganizzabili e possono formare strutture extracellulari come le pareti cellulari.

Approfondimenti

• Le macromolecole biologiche sono grandi, altamente organizzate e contengono migliaia di atomi di carbonio.

📌 I lipidi formano grandi strutture a partire da insiemi limitati di molecole più piccole, ma si distinguono dai polimeri perché queste molecole non sono unite da legami covalenti.

• I carboidrati si classificano in: monosaccaridi, generalmente con 3–7 atomi di carbonio, disaccaridi, formati da due monosaccaridi, oligosaccaridi, formati da 2–10 monosaccaridi, polisaccaridi, formati da molte unità zuccherine

📌 Un monosaccaride è un aldoso se il gruppo carbonilico è terminale e un chetoso se il gruppo carbonilico si trova in un’altra posizione.

• Il glucosio, con formula C6H12O6, è il monosaccaride più abbondante ed è usato come fonte di energia e per produrre amminoacidi e grassi.

📌 Glucosio e fruttosio sono isomeri strutturali: hanno la stessa formula ma una diversa disposizione degli atomi.

• In soluzione, il glucosio e altri zuccheri formano strutture ad anello; la forma ciclica può presentare il gruppo OH sotto il piano (forma α) o sopra il piano (forma β).

• I disaccaridi citati e i loro componenti sono:

  • lattosio: glucosio e galattosio
  • saccarosio: glucosio e fruttosio
  • maltosio: due molecole di glucosio

• I disaccaridi sono formati da due monosaccaridi uniti da un legame glicosidico e possono essere scissi per idrolisi in due monosaccaridi.

📖 4. Polisaccaridi di riserva e strutturali

🔑 Concetti chiave e definizioni

• Polisaccaridi: Macromolecole formate da migliaia di monosaccaridi disposti in catene lineari o ramificate tramite polimerizzazione enzimatica.

★ Da sapere

📌 Amido, glicogeno e cellulosa sono polimeri del glucosio: amido e glicogeno hanno funzione di riserva rispettivamente nelle cellule vegetali e animali, mentre la cellulosa ha funzione strutturale nelle pareti delle cellule vegetali.

• La cellulosa è un polisaccaride insolubile e non ramificato del glucosio, con legami β 1-4, che costituisce le pareti cellulari vegetali ed è la sostanza organica più abbondante sulla Terra.

Approfondimenti

• La funzione biologica di molti polisaccaridi dipende dalla sequenza specifica dei monosaccaridi nella catena, per cui la polimerizzazione richiede un controllo preciso delle subunità inserite.

• Nel glicogeno, presente soprattutto nel fegato e nelle cellule muscolari dei vertebrati, le unità di glucosio sono unite da legami α 1-4 e le ramificazioni da legami α 1-6; il polimero è molto ramificato e solubile in acqua.

📌 L’amido è composto da amilosio non ramificato e amilopectina ramificata; quest’ultima è la forma più comune e comprende circa 1000 unità con ramificazioni legate da legami α 1-6.

• L’uomo non possiede enzimi per digerire la cellulosa, mentre nei bovini e negli ovini batteri capaci di digerirla permettono di ricavarne nutrimento.

💡 Trucco mnemonico

Amido e glicogeno conservano energia; la cellulosa costruisce pareti.

📖 5. Lipidi e loro funzioni

🔑 Concetti chiave e definizioni

• Lipidi: Molecole apolari, costituite da idrocarburi e caratterizzate da interazioni chimiche quali le forze di van der Waals.

★ Da sapere

• I trigliceridi accumulano energia, i fosfolipidi hanno funzione strutturale nelle membrane cellulari, i carotenoidi permettono alle piante di catturare energia luminosa e steroidi e vitamine svolgono funzioni di regolazione.

• I trigliceridi sono i lipidi più abbondanti nell’organismo e costituiscono riserve energetiche di lunga durata; un grammo di grasso contiene oltre il doppio dell’energia di un grammo di carboidrato.

• Un fosfogliceride comprende uno scheletro di glicerolo, due acidi grassi esterificati, un gruppo fosfato e una molecola polare legata al fosfato; è un lipide anfipatico con testa idrofilica e coda idrofobica.

• Le cere sono classificate tra i lipidi perché sono insolubili in acqua e hanno consistenza oleosa.

Approfondimenti

• I lipidi comprendono:
  • trigliceridi
  • fosfolipidi
  • steroidi
  • carotenoidi
  • cere
  • vitamine

• Un trigliceride si forma quando una molecola di glicerolo reagisce con tre acidi grassi attraverso tre reazioni di condensazione, formando un estere.

📌 I trigliceridi formati da acidi grassi insaturi sono liquidi, mentre quelli formati da acidi grassi saturi sono solidi.

📌 Un acido grasso è saturo se non presenta doppi legami ed è insaturo se presenta doppi legami.

• L’acido linoleico (C18 con due doppi legami) e l’acido linolenico (C18 con tre doppi legami) sono essenziali perché l’organismo umano non possiede enzimi per produrli e deve assumerli con la dieta.

• I fosfogliceridi citati sono:

  • fosfatidiletanolammina (cefalina)
  • fosfatidilcolina (lecitina)
  • fosfatidilserina
  • fosfatidilinositolo

• Gli steroidi presentano uno scheletro formato da tre anelli con sei atomi di carbonio e un anello con cinque atomi di carbonio.

• Gli steroidi biologicamente importanti citati sono: colesterolo, sali biliari, che emulsionano i grassi intestinali, ormoni sessuali, che regolano la fisiologia, cortisolo, che media la risposta immunitaria

• Il colesterolo è un componente fondamentale delle membrane plasmatiche, alle quali conferisce fluidità e stabilità; negli esseri umani è sia assunto con l’alimentazione sia prodotto dal fegato, mentre in eccesso può formare placche sulle pareti arteriose.

• Le ghiandole della pelle di mammiferi e uccelli secernono un rivestimento ceroso, mentre nelle piante la cera delle foglie aiuta a trattenere l’acqua e a escludere i parassiti.

📖 6. Lipidi: carotenoidi

★ Da sapere

• I carotenoidi sono pigmenti vegetali di natura lipidica, caratterizzati da colori vivaci rossi, arancioni e gialli.

• In natura esistono oltre 600 tipi di carotenoidi, dei quali 50 possono essere assunti in modo significativo con la dieta e sono assorbiti a livello intestinale.

Approfondimenti

• Tra i carotenoidi più importanti figurano:
  • α-carotene
  • β-carotene
  • γ-carotene
  • licopene
  • zeaxantina
  • luteina

📌 I carotenoidi possono agire come provitamina A oppure svolgere una funzione nutrizionale grazie alla loro forte capacità antiossidante.

📖 7. Proteine e amminoacidi

🔑 Concetti chiave e definizioni

• Proteine: Lunghe catene polipeptidiche di amminoacidi ripiegate in una struttura tridimensionale.
• Amminoacido: Presenta un carbonio α legato a quattro gruppi diversi e una catena laterale R che ne determina le proprietà chimico-fisiche.

★ Da sapere

• Le proteine sono assemblate a partire da 20 tipi di amminoacidi, oltre a selenocisteina e pirrolisina, e ciascun amminoacido possiede proprietà chimiche differenti.

📌 Gli amminoacidi essenziali devono essere introdotti con la dieta, mentre quelli non essenziali possono essere sintetizzati dall'organismo.

• Il legame peptidico si forma per condensazione tra il gruppo carbossilico di un amminoacido e il gruppo amminico dell'amminoacido seguente, con perdita di una molecola d'acqua.

• La sequenza degli amminoacidi forma la struttura primaria della proteina ed è letta dall'estremità N-terminale verso l'estremità C-terminale.

Approfondimenti

• Le proteine costituiscono la maggior parte della massa secca di una cellula e presentano grande complessità strutturale e funzionale.

• Le proteine sono generalmente lunghe da 50 a 2.000 amminoacidi e ciascuna è caratterizzata da una sequenza amminoacidica specifica.

• Gli amminoacidi possono presentare isomeri ottici D e L.

• Gli amminoacidi si classificano in:

  • polari acidi o basici
  • apolari
  • ionizzabili o polari senza carica

• Gli amminoacidi non essenziali elencati sono alanina, arginina, asparagina, aspartato, cisteina, glutammato, glutammina, glicina, prolina, serina e tirosina.

• L'arginina è considerata non essenziale, ma i bambini in crescita devono assumerla anche con la dieta.

📖 8. Strutture delle proteine

🔑 Concetti chiave e definizioni

• Struttura quaternaria: Consiste nelle interazioni fra catene polipeptidiche diverse di proteine composte da più di un polipeptide.

★ Da sapere

• I livelli di organizzazione delle proteine sono:
  • struttura primaria
  • struttura secondaria
  • struttura terziaria
  • struttura quaternaria

• La struttura secondaria comprende conformazioni regolari dell'ossatura polipeptidica, tra cui l'α-elica e il foglietto β.

• Le interazioni che stabilizzano la struttura terziaria includono:
  • legami a idrogeno
  • ponti disolfuro
  • interazioni idrofobiche
  • legami ionici

Approfondimenti

• Nell'α-elica si forma un legame a idrogeno tra il gruppo carbonilico di un amminoacido e il gruppo N–H posto 4 residui più avanti nella catena.

• L'α-elica conferisce elasticità alle proteine ed è presente in lana, capelli, unghie e pelle.

• Nel foglietto β i filamenti polipeptidici si dispongono parallelamente o antiparallelamente e sono uniti da legami a idrogeno; i gruppi R si alternano sopra e sotto il piano.

• Un esempio di struttura quaternaria è l'emoglobina.

• Le proteine possono essere semplici, se sono costituite da amminoacidi, oppure coniugate, se contengono gruppi prostetici non proteici.

• Le principali modificazioni post-traduzionali comprendono:

  • fosforilazione
  • acetilazione
  • glicosilazione
  • aggiunta di lipidi

📖 9. Nucleotidi e acidi nucleici

🔑 Concetti chiave e definizioni

• Acidi nucleici: Macromolecole costituite da lunghe catene di monomeri chiamati nucleotidi.
• Nucleotide: È formato da uno zucchero a cinque atomi di carbonio, una base azotata e uno o più gruppi fosfato.

★ Da sapere

• Gli acidi nucleici archiviano e trasmettono l'informazione genetica e possono avere anche ruoli catalitici e strutturali.

📌 I ribonucleotidi contengono ribosio e sono presenti nell'RNA, mentre i desossiribonucleotidi contengono desossiribosio e sono presenti nel DNA.

• I nucleotidi si concatenano mediante legami fosfodiesterici tra il fosfato e gli zuccheri, collegando le posizioni 5′ e 3′ degli zuccheri adiacenti.

Approfondimenti

• I nucleotidi partecipano alla costituzione degli acidi nucleici e allo scambio di energia cellulare, come nel caso di ATP e GTP.

📌 Un nucleoside è formato da una base azotata legata a uno zucchero, mentre un nucleotide comprende anche uno o più gruppi fosfato.

• Le basi azotate sono anelli eterociclici aromatici contenenti carbonio e azoto e si distinguono in purine a due anelli e pirimidine a un anello.

• L'uracile è presente nell'RNA al posto della timina.

📖 10. Struttura e funzioni di DNA e RNA

🔑 Concetti chiave e definizioni

• Doppia elica del DNA: È formata da due filamenti polinucleotidici complementari e antiparalleli, uniti da legami a idrogeno tra le basi e da forze di Van der Waals tra basi sovrapposte.

★ Da sapere

📌 Il DNA è il materiale genetico di tutti gli organismi, mentre in alcuni virus questo ruolo è svolto dall'RNA.

• Nel DNA, l'informazione genetica dirige le attività cellulari mediante la formazione di RNA.

• I diversi tipi di RNA sono coinvolti nella sintesi delle proteine.

Approfondimenti

• Le regole di Chargaff riportano quantità corrispondenti di adenina e timina e di citosina e guanina, con rapporti A/T = 1 e C/G = 1.

• Nel DNA si formano due legami a idrogeno tra adenina e timina e tre tra citosina e guanina.

• Il DNA ha un diametro di 2 nm, un passo di 3,4 nm, 10 nucleotidi per giro e una distanza di 0,34 nm tra le basi.

• Il DNA è avvolto in senso destrorso e i suoi filamenti hanno polarità 5′-fosfato verso 3′-OH ma direzioni opposte.