Le biomolecole sono le molecole della vita: carboidrati, lipidi, proteine e acidi nucleici, costruite quasi sempre attorno all'atomo di carbonio e indispensabili al funzionamento di ogni cellula.
Gli organismi viventi, dal batterio più piccolo alla balena più grande, sono fatti di un numero sorprendentemente limitato di classi di molecole organiche. Queste molecole vengono chiamate biomolecole perché partecipano direttamente ai processi biologici, come ricavare energia, costruire strutture e trasmettere informazioni. La loro varietà nasce dalla capacità del carbonio di formare quattro legami covalenti stabili, dando origine a catene lineari, ramificate e ad anello. Inoltre, molte biomolecole sono polimeri, cioè lunghe catene formate dall'unione ripetuta di unità più piccole dette monomeri. La formazione di un polimero avviene tramite reazioni di condensazione, in cui si elimina una molecola d'acqua per ogni legame creato. Il processo inverso, l'idrolisi, rompe i polimeri aggiungendo acqua e libera nuovamente i monomeri.
Carboidrati e lipidi: l'energia e le membrane
I carboidrati sono composti da carbonio, idrogeno e ossigeno, di solito con la formula generale (CH2O)n, e rappresentano la principale fonte rapida di energia per la cellula. I monosaccaridi, come il glucosio e il fruttosio, sono gli zuccheri semplici e costituiscono i monomeri dei carboidrati più complessi. Quando due monosaccaridi si legano si forma un disaccaride, come il saccarosio dello zucchero da cucina, mentre lunghe catene danno origine ai polisaccaridi, come l'amido, il glicogeno e la cellulosa. L'amido è la riserva energetica delle piante, il glicogeno quella degli animali, mentre la cellulosa svolge una funzione strutturale nella parete delle cellule vegetali. I lipidi, invece, sono un gruppo eterogeneo accomunato dall'essere insolubili in acqua, perché formati in prevalenza da legami carbonio-idrogeno apolari. I trigliceridi, composti da glicerolo e tre acidi grassi, sono ottimi serbatoi di energia a lungo termine, mentre i fosfolipidi, grazie alla loro testa polare e alle due code apolari, formano il doppio strato delle membrane cellulari.
Proteine e acidi nucleici: lavoro e informazione
Le proteine sono polimeri di amminoacidi, di cui esistono venti tipi diversi, uniti da legami peptidici per formare catene chiamate polipeptidi. La sequenza degli amminoacidi determina la struttura tridimensionale della proteina e quindi la sua funzione, perché ogni proteina assume una forma precisa adatta al compito che deve svolgere. Tra le funzioni più importanti troviamo quella catalitica degli enzimi, quella strutturale del collagene, quella di trasporto dell'emoglobina e quella di difesa degli anticorpi. Un esempio concreto: l'enzima amilasi presente nella saliva inizia a spezzare l'amido del pane appena lo mastichiamo, trasformandolo in zuccheri più semplici. Gli acidi nucleici, DNA e RNA, sono polimeri di nucleotidi, ciascuno formato da uno zucchero a cinque atomi di carbonio, un gruppo fosfato e una base azotata. Il DNA conserva l'informazione genetica grazie alla sequenza delle sue quattro basi (adenina, timina, citosina e guanina), mentre l'RNA partecipa attivamente alla sintesi delle proteine portando l'informazione dal nucleo ai ribosomi.
Ricorda
- Le quattro classi di biomolecole sono carboidrati, lipidi, proteine e acidi nucleici, e tutte si basano sulla chimica del carbonio.
- I polimeri biologici si formano per condensazione (con perdita di acqua) e si scindono per idrolisi (con aggiunta di acqua).
- La forma di una proteina dipende dalla sequenza dei suoi amminoacidi e ne determina la funzione specifica.
- Esercizio sul quaderno: disegna una tabella a quattro colonne intestate carboidrati, lipidi, proteine e acidi nucleici; in ciascuna colonna scrivi il monomero corrispondente, un esempio concreto e la funzione principale, poi confronta la tabella con il libro di testo.