Classificazione delle biomolecole e funzioni principali

il biomolecole sono molecole che sono generate in esseri viventi. Il prefisso "bio" significa vita; quindi, una biomolecola è una molecola prodotta da un essere vivente. Gli esseri viventi sono costituiti da diversi tipi di molecole che svolgono varie funzioni necessarie per la vita.

In natura esistono sistemi biotici (viventi) e abiotici (non viventi) che interagiscono e, in alcuni casi, scambiano elementi. Una caratteristica che tutti gli esseri viventi hanno in comune è che sono organici, il che significa che le loro molecole costituenti sono formate da atomi di carbonio.

Le biomolecole hanno anche altri atomi in comune oltre al carbonio. Questi atomi includono principalmente idrogeno, ossigeno, azoto, fosforo e zolfo. Questi elementi sono anche chiamati bioelementi perché sono il componente principale delle molecole biologiche.

Tuttavia, ci sono altri atomi che sono presenti anche in alcune biomolecole, sebbene in quantità minori. Questi sono generalmente ioni metallici come potassio, sodio, ferro e magnesio, tra gli altri. Di conseguenza, le biomolecole possono essere di due tipi: organico o inorganico.

Pertanto, gli organismi sono costituiti da molti tipi di molecole a base di carbonio, ad esempio: zuccheri, grassi, proteine ​​e acidi nucleici. Tuttavia, ci sono altri composti che sono anche a base di carbonio e che non fanno parte delle biomolecole.

Queste molecole che contengono carbonio ma non si trovano nei sistemi biologici possono essere trovate nella crosta terrestre, nei laghi, nei mari e negli oceani e nell'atmosfera. Il movimento di questi elementi in natura è descritto in quelli che sono noti come cicli biogeochimici.

Si pensa che queste semplici molecole organiche trovate in natura siano quelle che hanno dato origine alle biomolecole più complesse che fanno parte della struttura fondamentale per la vita: la cellula. Quanto sopra è ciò che è noto come la teoria della sintesi abiotica.

indice

• 1 Classificazione e funzioni delle biomolecole
  • 1.1 Biomolecole inorganiche
  • 1.2 Biomolecole organiche
• 2 riferimenti

Classificazione e funzioni delle biomolecole

Le biomolecole sono diverse per dimensioni e struttura, il che conferisce loro caratteristiche uniche per l'esecuzione delle varie funzioni necessarie per la vita. Pertanto, le biomolecole agiscono come deposito di informazioni, fonte di energia, supporto, metabolismo cellulare, tra gli altri.

Le biomolecole possono essere classificate in due grandi gruppi, in base alla presenza o assenza di atomi di carbonio.

Biomolecole inorganiche

Sono tutte quelle molecole che sono presenti negli esseri viventi e che non contengono carbonio nella loro struttura molecolare. Le molecole inorganiche possono anche essere trovate in altri sistemi (non viventi) di natura.

I tipi di biomolecole inorganiche sono i seguenti:

acqua

È la componente principale e fondamentale degli esseri viventi, è una molecola formata da un atomo di ossigeno collegato a due atomi di idrogeno. L'acqua è essenziale per l'esistenza della vita ed è la biomolecola più comune.

Tra il 50 e il 95% del peso di qualsiasi essere vivente è acqua, dal momento che è necessario svolgere diverse importanti funzioni, come la regolazione termica e il trasporto di sostanze. 

Sali minerali

Sono molecole semplici formate da atomi con carica opposta che si separano completamente nell'acqua. Ad esempio: cloruro di sodio, formato da un atomo di cloro (caricato negativamente) e un atomo di sodio (caricato positivamente).

I sali minerali partecipano alla formazione di strutture rigide, come le ossa dei vertebrati o l'esoscheletro di invertebrati. Queste biomolecole inorganiche sono anche necessarie per svolgere molte importanti funzioni cellulari.

gas

Sono molecole che si presentano sotto forma di gas. Sono fondamentali per la respirazione degli animali e la fotosintesi nelle piante.

Esempi di questi gas sono: ossigeno molecolare, formato da due atomi di ossigeno collegati tra loro; e anidride carbonica, formata da un atomo di carbonio attaccato a due atomi di ossigeno. Entrambe le biomolecole partecipano allo scambio gassoso che gli esseri viventi fanno con il loro ambiente.

Biomolecole biologiche

Le biomolecole organiche sono quelle molecole che contengono atomi di carbonio nella loro struttura. Le molecole organiche possono anche essere trovate distribuite in natura come parte di sistemi non viventi e costituiscono ciò che è noto come biomassa.

I tipi di biomolecole organiche sono i seguenti:

carboidrati

I carboidrati sono probabilmente le sostanze organiche più abbondanti e diffuse in natura e sono componenti essenziali di tutti gli esseri viventi.

I carboidrati sono prodotti da piante verdi da diossido di carbonio e acqua durante il processo di fotosintesi.

Queste biomolecole sono composte principalmente da atomi di carbonio, idrogeno e ossigeno.Sono anche conosciuti come carboidrati o saccaridi e funzionano come fonti energetiche e componenti strutturali degli organismi.

- Monosaccaridi

I monosaccaridi sono i carboidrati più semplici e sono spesso chiamati zuccheri semplici. Sono i mattoni elementari da cui si formano tutti i carboidrati più grandi.

I monosaccaridi hanno la formula molecolare generale (CH2O) n, dove n può essere 3, 5 o 6. Quindi, i monosaccaridi possono essere classificati in base al numero di atomi di carbonio presenti nella molecola:

Se n = 3, la molecola è una triade. Ad esempio: gliceraldeide.

Se n = 5, la molecola è un pentoso. Ad esempio: ribosio e desossiribosio.

Se n = 6, la molecola è un esoso. Ad esempio: fruttosio, glucosio e galattosio.

Pentosio ed esosi possono esistere in due forme: cicliche e non cicliche. Nella forma non ciclica, le loro strutture molecolari mostrano due gruppi funzionali: un gruppo aldeidico o un gruppo chetone.

I monosaccaridi che contengono il gruppo aldeidico sono chiamati aldosi e quelli che hanno un gruppo chetonico sono chiamati chetosi. Gli aldosi stanno riducendo gli zuccheri, mentre i chetosi sono zuccheri non riducenti.

Tuttavia, in acqua i pentosi e gli esodi esistono principalmente in forma ciclica, ed è in questa forma che si combinano per formare molecole di saccaride più grandi.

- Disaccaridi

La maggior parte degli zuccheri presenti in natura sono disaccaridi. Questi sono formati dalla formazione di un legame glicosidico tra due monosaccaridi, attraverso una reazione di condensazione che rilascia acqua. Questo processo di formazione del legame richiede energia per tenere insieme le due unità di monosaccaridi.

I tre più importanti disaccaridi sono saccarosio, lattosio e maltosio. Sono formati dalla condensazione dei monosaccaridi appropriati. Il saccarosio è uno zucchero non riducente, mentre il lattosio e il maltosio sono zuccheri riducenti.

I disaccaridi sono solubili in acqua, ma sono biomolecole molto grandi per attraversare la membrana cellulare per diffusione. Per questo motivo, vengono scomposti nell'intestino tenue durante la digestione in modo che i loro componenti fondamentali (cioè i monosaccaridi) passino nel sangue e nelle altre cellule.

I monosaccaridi sono usati molto rapidamente dalle cellule. Tuttavia, se una cellula non ha bisogno dell'energia immediatamente, può conservarla sotto forma di polimeri più complessi. Pertanto, i monosaccaridi vengono convertiti in disaccaridi per reazioni di condensazione che si verificano nella cellula.

- Oligosaccaridi

Gli oligosaccaridi sono molecole intermedie formate da tre a nove unità di zuccheri semplici (monosaccaridi). Sono formati dalla decomposizione parziale di carboidrati più complessi (polisaccaridi).

La maggior parte degli oligosaccaridi naturali si trovano nelle piante e, ad eccezione del maltotriosio, sono indigesti dagli esseri umani perché il corpo umano non ha gli enzimi necessari nell'intestino tenue per abbatterli.

Nell'intestino crasso, i batteri benefici possono abbattere gli oligosaccaridi per fermentazione; quindi vengono trasformati in nutrienti assorbibili che forniscono energia. Alcuni prodotti di degradazione degli oligosaccaridi possono avere un effetto benefico sul rivestimento dell'intestino crasso.

Esempi di oligosaccaridi includono raffinosio, un trisaccaride da legumi e alcuni cereali composti da glucosio, fruttosio e galattosio. Il maltotriosio, un trisaccaride glucidico, è prodotto in alcune piante e nel sangue di alcuni artropodi.

- Polisaccaridi

I monosaccaridi possono subire una serie di reazioni di condensazione, aggiungendo una unità dopo l'altra alla catena fino a formare molecole molto grandi. Questi sono i polisaccaridi.

Le proprietà dei polisaccaridi dipendono da diversi fattori della loro struttura molecolare: lunghezza, rami laterali, pieghe e se la catena è "diritta" o "funky". Ci sono diversi esempi di polisaccaridi in natura.

L'amido è spesso prodotto nelle piante come un modo per immagazzinare energia ed è composto da polimeri α-glucosio. Se il polimero è ramificato, viene chiamato amilopectina e, se non è ramificato, si chiama amilosio.

Il glicogeno è il polisaccaride di riserva energetica negli animali e consiste in amilopectine. Pertanto, l'amido nelle piante si degrada nel corpo per produrre glucosio, che entra nella cellula e viene utilizzato nel metabolismo. Il glucosio che non viene utilizzato polimerizza e forma il glicogeno, il deposito di energia.

lipidi

I lipidi sono un altro tipo di biomolecole organiche la cui caratteristica principale è che sono idrofobiche (respingono l'acqua) e, di conseguenza, sono insolubili in acqua. A seconda della loro struttura, i lipidi possono essere classificati in 4 gruppi principali:

- Trigliceridi

I trigliceridi sono formati da una molecola di glicerolo legata a tre catene di acidi grassi.Un acido grasso è una molecola lineare che contiene ad una estremità un acido carbossilico, seguito da una catena di idrocarburi e un gruppo metilico all'altra estremità.

A seconda della loro struttura, gli acidi grassi possono essere saturi o insaturi. Se la catena idrocarburica contiene solo singoli legami, è un acido grasso saturo. Al contrario, se questa catena di idrocarburi ha uno o più doppi legami, l'acido grasso è insaturo.

All'interno di questa categoria ci sono oli e grassi. I primi sono la riserva di energia delle piante, hanno insaturi e sono liquidi a temperatura ambiente. Al contrario, i grassi sono le riserve energetiche degli animali, sono molecole sature e solide a temperatura ambiente.

fosfolipidi

I fosfolipidi sono simili ai trigliceridi in quanto possiedono una molecola di glicerolo legata a due acidi grassi. La differenza è che i fosfolipidi hanno un gruppo fosfato nel terzo carbonio del glicerolo, invece di un'altra molecola di acido grasso.

Questi lipidi sono molto importanti a causa del modo in cui possono interagire con l'acqua. Avendo un gruppo fosfato a un'estremità, la molecola diventa idrofila (attrae l'acqua) in quella regione. Tuttavia, rimane idrofobo nel resto della molecola.

A causa della loro struttura, i fosfolipidi tendono ad essere organizzati in modo tale che i gruppi fosfato siano disponibili per interagire con il mezzo acquoso, mentre le catene idrofobiche che organizzano all'interno sono lontane dall'acqua. Quindi, i fosfolipidi sono parte di tutte le membrane biologiche.

- Steroidi

Gli steroidi sono composti da quattro anelli di carbonio fuso, che sono uniti da diversi gruppi funzionali. Uno dei più importanti è il colesterolo, è essenziale per gli esseri viventi. È il precursore di alcuni ormoni importanti come gli estrogeni, il testosterone e il cortisone, tra gli altri.

- Cere

Le cere sono un piccolo gruppo di lipidi che hanno una funzione protettiva. Si trovano nelle foglie degli alberi, nelle piume degli uccelli, nelle orecchie di alcuni mammiferi e in luoghi che devono essere isolati o protetti dall'ambiente esterno.

Acidi nucleici

Gli acidi nucleici sono le principali molecole di trasporto dell'informazione genetica negli esseri viventi. La sua funzione principale è dirigere il processo di sintesi proteica, che determina le caratteristiche ereditarie di ciascun essere vivente. Sono composti da atomi di carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto e fosforo.

Gli acidi nucleici sono polimeri formati da ripetizioni di monomeri, chiamati nucleotidi. Ogni nucleotide è costituito da una base aromatica contenente azoto attaccato a uno zucchero pentoso (cinque atomi di carbonio), che a sua volta è collegato a un gruppo fosfato.

Le due principali classi di acidi nucleici sono l'acido desossiribonucleico (DNA) e l'acido ribonucleico (RNA). Il DNA è la molecola che contiene tutte le informazioni di una specie, motivo per cui è presente in tutti gli esseri viventi e nella maggior parte dei virus.

L'RNA è il materiale genetico di alcuni virus, ma si trova anche in tutte le cellule viventi. Lì interpreta ruoli importanti in determinati processi, come la produzione di proteine.

Ogni acido nucleico contiene quattro delle cinque possibili basi contenenti azoto: adenina (A), guanina (G), citosina (C), timina (T) e uracile (U). Il DNA ha le basi: adenina, guanina, citosina e timina, mentre l'RNA ha la stessa eccetto la timina, che viene sostituita dall'uracile nell'RNA.

- Acido desossiribonucleico (DNA)

La molecola del DNA è composta da due catene di nucleotidi collegati da legami chiamati legami fosfodiesteri. Ogni catena ha una struttura a forma di elica. Le due eliche si intrecciano per dare una doppia elica. Le basi sono all'interno dell'elica e i gruppi fosfato sono all'esterno.

Il DNA è composto da una catena principale di zucchero desossiribosio legata a un fosfato e alle quattro basi azotate: adenina, guanina, citosina e timina. Le coppie di basi si formano nel DNA a doppio filamento: l'adenina si lega sempre alla timina (A-T) e alla guanina alla citosina (G-C).

Le due eliche sono tenute insieme facendo combaciare le basi dei nucleotidi con i legami idrogeno. La struttura è talvolta descritta come una scala in cui le catene di zucchero e fosfato sono i lati e i legami di base-base sono i pioli.

Questa struttura, insieme alla stabilità chimica della molecola, rende il DNA il materiale ideale per trasmettere informazioni genetiche. Quando una cellula si divide, il suo DNA viene copiato e passa da una generazione di cellule alla generazione successiva.

- acido ribonucleico (RNA)

L'RNA è un polimero dell'acido nucleico la cui struttura è formata da una singola catena di nucleotidi: adenina, citosina, guanina e uracile. Come nel DNA, la citosina si lega sempre alla guanina (C-G) ma l'adenina si lega all'uracile (A-U).

È il primo intermediario nel trasferimento di informazioni genetiche nelle cellule.L'RNA è essenziale per la sintesi delle proteine, dal momento che le informazioni contenute nel codice genetico vengono solitamente trasmesse dal DNA all'RNA e da esso alle proteine.

Alcuni RNA hanno anche funzioni dirette nel metabolismo cellulare. L'RNA è ottenuto copiando la sequenza di base di un segmento di DNA chiamato gene, in una porzione di acido nucleico a filamento singolo. Questo processo, chiamato trascrizione, è catalizzato da un enzima chiamato RNA polimerasi.

Esistono diversi tipi di RNA, principalmente 3. Il primo è l'RNA messaggero, che è quello che viene copiato direttamente dal DNA attraverso la trascrizione. Il secondo tipo è l'RNA di trasferimento, che è quello che trasferisce gli aminoacidi corretti per la sintesi delle proteine.

Infine, l'altra classe di RNA è l'RNA ribosomale che, insieme ad alcune proteine, forma i ribosomi, organelli cellulari responsabili della sintesi di tutte le proteine ​​della cellula. 

proteina

Le proteine ​​sono molecole grandi e complesse che svolgono molte funzioni importanti e svolgono gran parte del lavoro nelle cellule. Sono necessari per la struttura, la funzione e la regolazione degli esseri viventi. Sono costituiti da atomi di carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto.

Le proteine ​​sono composte da unità più piccole chiamate amminoacidi, collegate tra loro da legami peptidici e formando lunghe catene. Gli amminoacidi sono piccole molecole organiche con proprietà fisico-chimiche molto particolari, ci sono 20 tipi diversi.

La sequenza di amminoacidi determina l'esclusiva struttura tridimensionale di ciascuna proteina e la sua funzione specifica. In effetti, le funzioni delle singole proteine ​​sono tanto varie quanto le loro sequenze amminoacidiche uniche, che determinano le interazioni che generano complesse strutture tridimensionali.

Funzioni varie

Le proteine ​​possono essere componenti strutturali e di movimento per la cellula, come l'actina. Altri funzionano accelerando le reazioni biochimiche all'interno della cellula, come la DNA polimerasi, che è l'enzima che sintetizza il DNA.

Ci sono altre proteine ​​la cui funzione è quella di trasmettere un messaggio importante all'organismo. Ad esempio, alcuni tipi di ormoni come l'ormone della crescita trasmettono segnali per coordinare processi biologici tra diverse cellule, tessuti e organi.

Alcune proteine ​​si legano e trasportano atomi (o piccole molecole) all'interno delle cellule; Questo è il caso della ferritina, che è responsabile della conservazione del ferro in alcuni organismi. Un altro gruppo di proteine ​​importanti sono gli anticorpi, che appartengono al sistema immunitario e sono responsabili della rilevazione di tossine e patogeni.

Quindi, le proteine ​​sono i prodotti finali del processo di decodifica dell'informazione genetica che inizia con il DNA cellulare. Questa incredibile varietà di funzioni deriva da un codice sorprendentemente semplice che è in grado di specificare un insieme di strutture enormemente diverse. 

riferimenti

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