Proteine e carboidrati: le macromolecole fondamentali della vita

Struttura e Funzioni delle Proteine

Le proteine sono macromolecole fondamentali per numerosi processi biologici, costituite da catene di aminoacidi legati tra loro da legami peptidici. Queste molecole svolgono un'ampia varietà di funzioni all'interno degli organismi viventi. Tra queste, le proteine agiscono come enzimi, accelerando le reazioni chimiche necessarie per il metabolismo. Forniscono supporto strutturale in tessuti come la pelle e i muscoli, esemplificato dal collagene, una proteina fibrosa che conferisce resistenza e flessibilità. Le proteine sono anche responsabili del trasporto di molecole e ioni attraverso le membrane cellulari e nel sangue, come dimostra l'emoglobina che lega e trasporta l'ossigeno nei globuli rossi. Altre funzioni includono la regolazione dei processi cellulari tramite segnali ormonali, la contrazione muscolare, e la difesa immunitaria mediata dagli anticorpi. Gli aminoacidi, i mattoni delle proteine, sono caratterizzati da un gruppo amminico e un gruppo carbossilico attaccati a un carbonio centrale, il carbonio alfa, e differiscono l'uno dall'altro per il loro gruppo laterale R, che determina le proprietà chimiche e fisiche dell'aminoacido. Alcuni aminoacidi sono definiti essenziali perché non possono essere sintetizzati dall'organismo umano e devono essere ottenuti attraverso l'alimentazione.

Livelli di Organizzazione delle Proteine

Le proteine sono caratterizzate da quattro livelli di struttura. La struttura primaria è rappresentata dalla sequenza unica di aminoacidi nella catena polipeptidica, legati da legami peptidici. La struttura secondaria comprende conformazioni locali come l'α-elica e il foglietto β-ripiegato, stabilizzate da legami a idrogeno tra gli atomi di ossigeno e idrogeno del gruppo carbossilico e amminico della catena principale. Queste strutture sono importanti per la resilienza e l'elasticità di proteine fibrose come cheratina in capelli e unghie. La struttura terziaria descrive il ripiegamento complessivo di una singola catena polipeptidica in una forma tridimensionale, influenzata da interazioni tra i gruppi R degli aminoacidi, che includono legami a idrogeno, legami ionici, interazioni idrofobiche e ponti disolfuro. La struttura quaternaria si verifica quando più catene polipeptidiche si associano per formare un complesso proteico funzionale, come nel caso dell'emoglobina, che è composta da quattro subunità polipeptidiche. Queste interazioni multimeriche sono cruciali per la funzionalità delle proteine e possono portare alla formazione di oligomeri, come dimeri, trimeri o tetrameri, che possono essere omologhi (composti da subunità identiche) o eterologhi (composti da subunità diverse).

Carboidrati: Struttura e Funzioni

I carboidrati sono una classe di biomolecole costituite da carbonio, idrogeno e ossigeno, generalmente con la formula empirica (CH2O)n, dove n è il numero di unità di carbonio. Essi svolgono ruoli essenziali come fonti di energia immediata o di riserva e come componenti strutturali nelle cellule di piante e animali. I carboidrati si dividono in monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi. I monosaccaridi sono i più semplici carboidrati e includono il glucosio e il fruttosio; sono composti da una singola unità di zucchero e possono essere classificati come aldeidi o chetoni a seconda della posizione del gruppo carbonilico. I disaccaridi, come il saccarosio e il lattosio, sono formati dall'unione di due monosaccaridi tramite un legame glicosidico e possono essere scissi in monosaccaridi attraverso l'idrolisi. I polisaccaridi sono catene lunghe e ramificate di monosaccaridi e includono l'amido e il glicogeno, che fungono da riserve energetiche in piante e animali, rispettivamente, e la cellulosa, che fornisce supporto strutturale alle pareti cellulari delle piante. Mentre l'amido e il glicogeno sono facilmente idrolizzabili dagli enzimi umani per rilasciare glucosio, la cellulosa non è digeribile dagli esseri umani a causa della configurazione β dei suoi legami glicosidici. Tuttavia, alcuni organismi, come i ruminanti e altri erbivori, possiedono microbi simbiotici nel loro tratto digestivo che producono enzimi capaci di idrolizzare la cellulosa, permettendo loro di utilizzarla come fonte di energia.