La vita nella cellula: biomolecole, acidi nucleici e sintesi proteica

Panoramica sulle biomolecole

Le cellule, unità di base della materia vivente, sono formate da molecole organiche dette biomolecole, che sono oggetto di studio della biochimica.

La biochimica studia le sostanze che costituiscono la materia vivente e le sue trasformazioni.

In tutti gli esseri viventi prevalgono 4 elementi chimici: carbonio, ossigeno, idrogeno e azoto; costituiscono il 96% della materia che compone il corpo umano e, unendosi fra loro, formano le sostanze che compongono la materia vivente: le proteine, i lipidi, i glucidi e gli acidi nucleici (DNA e RNA).

Carbohydrates Proteins Lipids Nucleic Acids Liposome O Micelle N NH Bilayer sheet ZI N NH2Le biomolecole

Le biomolecole non possiedono vita in se stesse: solo quando sono organizzate in cellule possono interagire per dare luogo ai processi necessari alla vita, come la produzione di energia, l'eliminazione dei rifiuti e la trasmissione delle informazioni genetiche.

Il nostro corpo può essere considerato un laboratorio chimico, che usa come reagenti le biomolecole e alcune sostanze inorganiche, come l'ossigeno e l'acqua.

aria 1% carboidrati vitamine (tracce) 4% P; Ca, Na, Fe e altri metalli in tracce 18% lipidi 18% proteine 59% acquaBiomolecole

Nucleic Acid Carbohydrate Lipid Protein C Glycerol Nucleotide Fatty Acids Monosaccharide y Amino Acid -Le biomolecole

Carboidrati

• I carboidrati sono fonte di energia in tutti gli organismi e componenti strutturali della cellulosa nelle piante. La maggior parte degli animali, incluso l'uomo, utilizza i carboidrati sotto forma di glucosio che è l'unica fonte di energia per il cervello, i globuli rossi e i globuli bianchi che non possono utilizzare a tale scopo i grassi, le proteine o altri nutrienti. Fanno inoltre parte della molecola degli acidi nucleici.

0 0-P-O-CIL 0 0 O O-P-O-CH2 1 H H CH,OH H 0 H HO 2 OH H HO OH H OH 3 H OH OH H GLUCOSIO FRUTTOSIO CH2 OH O OH OH OH OH Il glucosio è la fonte di energia più importante per i viventi. Ne sono particolarmente ricchi alcuni alimenti, come la frutta e il miele. 8 1 0Le biomolecole

Carboidrati: Classificazione

I carboidrati possono essere a loro volta suddivisi in: monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi.

• I monosaccaridi sono composti da una sola molecola di carboidrati, come il glucosio.

6 GLUCOSIO MONOSACCARIDI FRURUSIO GALATIOSIO SACCAROSIO DISACCARIDI MALTOSIO YLATTOSIO AMIDO POLISACCARIDI CELLULOSA GLICOGENO 3 I disaccaridi sono composti da 2 molecole di carboidrati, come il saccarosio, che è composto da glucosio e fruttosio.

• I polisaccaridi sono composti da molte molecole più piccole (monomeri) di glucosio, cioè singoli monosaccaridi. Tre polisaccaridi molto importanti sono l'amido, il glicogeno e la cellulosa.Le biomolecole

Carboidrati: Struttura

CH2OH CH2OH HOCH2 O OH HO H H OH H H OH OH H HO OH H OH OH H Fructose Galactose (a) Monosaccharides CH2OH M QH CH2OH H QH O H H H a OH M OH H OH OH H H H OH OH CH2OH CHỊOH CH2OH CH2OH CH2OH O H H H H H H OH Starch OH H OH H OH H OH WOH H OH H OH H OH CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH H OH H OH H H H OH Glycogen OH 0 OH O OH H OH H エ ー ~ よ H OH H OH H OH H OH Sucrose (Glucose + Fructose) CH2OH CH2OH O HO H H H H OH H OH H H H OH H OH H OH Lactose (Galactose + Glucose) HỒ H H CH2OH O HOCH2 o H H OH H H OH O HO CH2OH H OH OH H Cellulose O H HỒ H O H CH2OH H OH H OH Glucose H O H H H O I- O H H HỎ I- (b) DisaccharidesLe biomolecole

Lipidi

• I lipidi svolgono la funzione di riserva energetica per gli animali e i semi delle piante, poiché sono in grado di liberare, a parità di massa, un'energia più che doppia rispetto ai carboidrati e alle proteine. I grassi vengono classificati in due classi principali: i trigliceridi e i fosfolipidi.
• I trigliceridi sono costituiti da 3 acidi grassi e dall'alcol, il glicerolo. . I fosfolipidi sono composti da 2 acidi grassi, un gruppo fosfato e glicerolo.

Trigliceride FosfolipideLe biomolecole

Lipidi: Funzioni

Trigliceridi

FUNZIONE Accumulo di energia a lungo termine e isolamento termico.

Steroidi

FUNZIONE Regolano la crescita e lo sviluppo.

Fosfolipidi

FUNZIONE Formano le membrane cellulari.

Membrana Cellula Testa Idrofila Esterno della cellula Coda IdrofobicaLe biomolecole

Proteine

• Le proteine svolgono molte funzioni: difesa immunitaria (anticorpi), regolazione dell'attività cellulare (ormoni), funzione strutturale nelle membrane cellulari e nell'organizzazione del DNA nei cromosomi, movimento muscolare, trasporto di varie sostanze (come l'ossigeno) nel flusso sanguigno, catalisi enzimatica e molte altre.

Funzione Strutturale

Capelli, unghie, piume, corna, cartilagine, tendini.

Funzione Protettiva

Proteine che aiutano a sconfiggere i microrganismi (come gli anticorpi) o permettono la coagulazione del sangue (come il reticolo di fibrina).

Funzione Regolatoria

Controllano le funzioni delle cellule e formano alcuni ormomi (come i cristalli di ormone della crescita nell'immagine).

Funzione Contrattile

Permettono ai muscoli di contrarsi, al cuore di pompare sangue e agli spermatozoi di muoversi.

Funzione di Trasporto

Trasportano molecole, come per esempio l'ossigeno o il ferro, attraverso il corpo.Catena laterale H H Gruppo Iamminico N R C H Gruppo carbossilico 0 C 0 H R エ ー N-C-C H -I OH un amminoacido

Le proteine sono lunghe catene di monomeri chiamati amminoacidi, legati tra loro da legami polipeptidici. In natura esistono 20 amminoacidi diversi.

Le biomolecole Protein una proteinaLe biomolecole

Proteine: Struttura

struttura primaria struttura secondaria struttura terziaria struttura quaternaria Lys Lys Gly Gly Leu Val Ala His residui amminoacidici a-elica catena polipeptidica subunità associateLe biomolecole

Acidi Nucleici

• Gli acidi nucleici sono fondamentali, contengono il patrimonio genetico (genoma) della cellula e si occupano di trasmetterlo e sono il DNA e RNA. Il DNA e I'RNA sono formati da unità più piccole chiamate nucleotidi e si trovano dentro al nucleo della cellula. Ogni nucleotide è composto da 3 parti: uno zucchero, una base azotata e un gruppo fosfato.

H. H N NUCLEOTIDE Z N H N N H 0=P-0-CH2 - 0- H H Nitrogenous base (adenine) H H Phosphate group OH H Sugar 0-Le biomolecole

Acidi Nucleici: Componenti

SCHELETRO ZUCCHERO-FOSFATO BASI AZOTATE % Molecola di zucchero Gruppo fosfato A Adenina STRUTTURA DELL'ACIDO NUCLEICO Basi T Timina Scheletro zucchero- fosfato G Guanina Un nucleotide contiene un gruppo fosfato, una molecola di zucchero e una base azotata. G C Citosina DNA e RNA sono polimeri formati da nucleotidi.

Un nucleotide contiene uno zucchero (desossiribosio o ribosio) unito a un gruppo fosfato e una base azotata che può essere adenina, citosina, guanina, timina (nel DNA) o uracile (nell'RNA).Le biomolecole

Acidi Nucleici: Coppie di Basi

COPPIE DI BASI Le basi del DNA sono unite da legami a idrogeno.

Legame a idrogeno A T Adenina Timina G C Guanina Citosina

Nel DNA, l'adenina si appaia sempre con la timina e la guanina si appaia sempre con la citosina.

Il DNA è formato da due filamenti di nucleotidi uniti da legami a idrogeno tra le basi azotate, che si appaiano secondo lo schema A-T e G-C.

Contiene le informazioni necessarie per sintetizzare le proteine dell'organismo.

L'RNA trasporta le istruzioni per la sintesi proteica dal DNA ai ribosomi, dove gli amminoacidi vengono assemblati a formare le proteine.