LE MACROMOLECOLE BIOLOGICHE

1 LE MACROMOLECOLE BIOLOGICHECORSO DI BIOLOGIA, PER OSTETRICIAP roteine, lipidi, carboidrati ed acidi nucleiciLE MACROMOLECOLE BIOLOGICHE Poich i fenomeni biologici sono il risultato delle specifiche interazioni tra le molecole che compongono ciascun organismo, lo studio delle biologia non pu fare a meno di una conoscenza di base sul tipo di composti che la costituiscono COSTITUZIONE DEI VIVENTI-La materia costituita da elementi chimici in forma pura o in combinazioni dette composti-25 dei 92 elementi naturali sono costituenti essenziali dei viventi ma solo 4 (C, O, H, N) costituiscono il 96% della materia vivente-Le propriet degli elementi chimici dipendono dalla loro struttura atomicaCOSTITUZIONE DEI VIVENTIC ostituzione delle MACROMOLECOLE biologicheMonomeroPolimero sempliceMacromolecolaAmminoacidoPeptideP olipeptide (proteina)NucleotideOligonucleotideAcido nucleico (DNA, RNA)MonosaccarideOligosaccaridePolisacca ride (carboidrato)-Le MACROMOLECOLE sono polimeri di grandi dimensioni (PM>1000 Da)-I polimeri si formano a partire da serie di molecole pi piccole (monomeri)

2 Legate covalentemente-I monomeri costituenti un polimero possono essere tutti uguali oppure diversi, ma con simile struttura chimica-Le MACROMOLECOLE svolgono funzioni strutturali, di deposito d energia, catalisi, trasporto, difesa, regolazione, movimento LE MACROMOLECOLEPOLIMERIM onomeroPolimeroMACROMOLECOLE-Una reazione di condensazione lega fra loro monomeri (con un legame covalente) a formare un polimero con l eliminazione di una molecola d acqua-Una reazione di idrolisi rompe un legame covalente e stacca un monomero da un polimero utilizzando una molecola d acquaMACROMOLECOLE: I CARBOIDRATI-Zuccheri e polimeri di zuccheri-I carboidrati contengono soprattutto atomi di C legati ad atomi di H ed a gruppi ossidrile OH (formula minima CH2O)-Hanno funzione di deposito di energia e strutturale-Quattro categorie:-Monosaccaridi (glucosio, ribosio, fruttosio.)

3 , gli zuccheri semplici)-Disaccaridi (due unit monosaccaridiche unite covalentemente)-Oligosaccaridi (3-20 unit di monosaccaridi)-Polisaccaridi (amido, cellulosa, glicogeno,costituiti da centinaia o migliaia di unit monosaccaridiche) MACROMOLECOLE : I CARBOIDRATIMACROMOLECOLE: I CARBOIDRATI-Le due forme del glucosio (C6H12O6), quella ciclica e quella a catena aperta, sono in equilibrio-La forma ciclica molto pi stabile in condizioni fisiologiche-Gli isomeri alpha e beta differiscono per la posizione dei gruppi H ed OH legato al C1, in soluzione acquosa si interconvertono e sono in equilibrioTriosiPentosiEsosiMonosaccarid iClassificazione in base al numero di atomi di carbonioMONOSACCARIDI: CLASSIFICAZIONE IN BASE AL GRUPPO CARBONILICOE sempio di aldosi: glucosioEsempio di chetosi: fruttosioAldosiChetosiAldeideChetoneLEGA ME GLICOSIDICO.

4 DISACCARIDIPOLISACCARIDI: DEPOSITI DI ENERGIA E MATERIALI STRUTTURALICARBOIDRATI MODIFICATIMACROMOLECOLE: GLI ACIDI NUCLEICI-I nucleotidi sono le unit ripetitive degli acidi nucleici (DNA e RNA)-Un nucleotide formato da:-Uno zucchero pentoso (5 atomi di carbonio) che pu essere il ribosio (nell RNA) o il desossiribosio (nel DNA)-Una base azotata (C, T, U, A o G)-Un gruppo fosfato-Gli acidi nucleici sono polimeri di nucleotidi-I nucleotidi svolgono anche altri ruoli importanti nelle cellule:-ATP: trasduttore di energia nelle reazioni biochimiche-GTP: fonte di energia nella sintesi delle proteine-cAMP: nucleotide essenziale nella trasduzione dei segnali intracellulariMACROMOLECOLE: GLI ACIDI NUCLEICIMACROMOLECOLE: GLI ACIDI NUCLEICI-DNA, acido desossiribonucleico-RNA, acido ribonucleico-Polimeri lineari di nucleotidi, specializzati per il deposito, la trasmissione e l utilizzazione dell informazione genetica-Gli acidi nucleici possono assumere specifiche forme nello spazio 3D, come le proteine, e svolgere attivit diverse (ad es.)

5 Catalisi)- MACROMOLECOLE : GLI ACIDI NUCLEICIMACROMOLECOLE: GLI ACIDI NUCLEICIRNADNAGLI ACIDI NUCLEICI: DNA-Le funzioni degli acidi nucleici sono strettamente collegate al principio dell appaiamento complementare delle basi-Nel DNA a doppia elica si appaiano sempre tra loro Adenina e Timina (AT) e Citosina e Guanina (CG) per ragioni geometriche (di ingombro sterico e capacit di formare legami idrogeno)GLI ACIDI NUCLEICI: DNAGLI ACIDI NUCLEICI: DNAF rancis Crick&James Watson1953 GLI ACIDI NUCLEICI: DNA-Modello a doppia elica della struttura del DNA:-Watson e Crick (1953)-Basato anche su:-Leggi di Chargaff -A+G(purine)=T+C(pirimidine) A=T.

6 C=G-Dati di diffrazione ai raggi X di Rosalind FranklinGLI ACIDI NUCLEICI: DNAE rwin Chargaff (11 August 1905 20 June 2002) Rosalind Elsie Franklin (25 July 1920 16 April 1958)James Dewey Watson (born April 6, 1928)Francis Harry Compton Crick(8 June 1916 28 July 2004)GLI ACIDI NUCLEICI: RNA-Nell RNA lo zucchero pentoso il ribosio ed al posto della timina (T) si ritrova l uracile (U)-La principale funzione dell RNA di tipo informazionale, e risiede nel trasferimento di informazione dal DNA alle proteine-Molecole di RNA possono ripiegarsi grazie all appaiamento delle basi complementare ed assumere forme specifiche nello spazio 3D-Esistono RNA con funzione catalitica e con altre funzioni molecolariGLI ACIDI NUCLEICI.

7 RNAO ltre all mRNA (RNA messaggero) che contiene l'informazione per la sintesi delle proteine, esistono molti altri tipi di RNA non codificanti (prodotti da geni che non codificano alcuna proteina):-rRNA (RNA ribosomale), che entra nella struttura dei ribosomi;-tRNA (RNA transfer) necessario per la traduzione nei RNA non coinvolti direttamente nella sintesi proteica:-microRNA, regolano l espressione genica-RNA catalitici, catalizzano specifiche reazioni biochimiche (ribozimi)-RNA lunghi non codificanti con diverse funzioni regolatriciRNA WORLD HYPOTHESISL RNA su la prima molecola informazionale?

8 Infatti, attualmente:-la sintesi proteica richiede DNA ed RNA-la sintesi degli acidi nucleici richiede l intervento di proteine come enzimiSono dunque comparse prima le proteine o gli acidi nucleici?RNA WORLD HYPOTHESISLa scoperta che alcune molecole di RNA possono avere funzione catalitica ha permesso di proporre una risposta: le forme primordiali di vita utilizzavano probabilmente l RNA come molecola informazionale ma anche cataliticaDiverse prove ottenute in laboratorio supportano questa ipotesi:-RNA autoreplicantesi-i legami peptidici vengono sintetizzati grazie all attivit catalitica di un ribozima-trascrittasi inversa produce DNA da RNA (enzima caratteristico dei retrovirus (che usano RNA come materiale genetico) MACROMOLECOLE .)

9 LE PROTEINE-Le proteine sono polimeri di amminoacidi-Alcune proteine sono formate da pi catene polipeptidiche-Possono avere dimensioni molto diverse tra loro:-Ribonucleasi A: 52 residui, PM 5733 Da, catalizzatore nella digestione dell RNA-Apolipoproteina B: 4636 residui, PM 513000 Da, trasportatore del colesteroloRibonucleasiApolipoproteina BLE PROTEINE: AMINOACIDI-Composti con pi gruppi funzionali, ad un atomo di C (C ) sono legati un gruppo amminico, un gruppo carbossilico, un atomo di H ed una catena laterale -Nei diversi amminoacidi si ritrovano catene laterali diverse, con diversa composizione e propriet chimicheI 20 AMINOACIDI5 con catene laterali cariche elettricamente sono idrofiliLE PROTEINE: AMINOACIDI5 con catene laterali polari sono idrofili e tendono a formare deboli legami a idrogeno con l acqua e con altre molecole polari LE PROTEINE: AMINOACIDILE PROTEINE.

10 AMINOACIDI10 hanno catene laterali apolari idrocarburiche, sono idrofobici e tendono a raggrupparsi insieme all interno delle molecole proteiche escludedo l acquaLE PROTEINE: AMINOACIDI-La cisteina un idrofobico che ha un gruppo SH; due cisteine possono formare legami covalenti S-S- (ponti disolfuro), importanti nel determinare la forma delle proteine-La glicina ha una catena laterale formata solo da un H, ed il pi piccolo degli prolina ha una catena laterale ciclica che limita la possibilit di rotazione intorno al C Il LEGAME PEPTIDICOP opriet :-Direzionalit N-term -> C-term-Rigidit del legame C-N che ha parziale carattere di doppio legame-Sull O del C=O presente una parziale carica negativa, sull H dell N-H presente una parziale carica positiva.