Proteine e carboidrati: le macromolecole fondamentali della vita
Mappa concettuale
Le proteine, con le loro strutture e funzioni, sono essenziali per la vita. Agiscono come enzimi, supporto strutturale, trasportatori e difensori immunitari. Gli aminoacidi, i loro componenti, determinano le proprietà uniche delle proteine. I carboidrati, dall'altra parte, sono fonti energetiche vitali e componenti strutturali nelle cellule, classificati in monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi.
Riassunto
Schema
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.
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Proteine
Struttura delle proteine
Struttura primaria
La struttura primaria delle proteine è determinata dalla sequenza unica di aminoacidi nella catena polipeptidica
Struttura secondaria
La struttura secondaria delle proteine è caratterizzata da conformazioni locali come l'α-elica e il foglietto β-ripiegato, stabilizzate da legami a idrogeno
Struttura terziaria
La struttura terziaria delle proteine descrive il ripiegamento complessivo della catena polipeptidica in una forma tridimensionale, influenzata dalle interazioni tra i gruppi R degli aminoacidi
Funzioni delle proteine
Enzimi
Le proteine agiscono come enzimi, accelerando le reazioni chimiche necessarie per il metabolismo
Supporto strutturale
Le proteine forniscono supporto strutturale in tessuti come la pelle e i muscoli, esemplificato dal collagene
Trasporto
Le proteine sono responsabili del trasporto di molecole e ioni attraverso le membrane cellulari e nel sangue, come dimostra l'emoglobina
Regolazione dei processi cellulari
Le proteine regolano i processi cellulari tramite segnali ormonali
Contrazione muscolare
Le proteine sono coinvolte nella contrazione muscolare
Difesa immunitaria
Le proteine mediano la difesa immunitaria attraverso gli anticorpi
Aminoacidi
Struttura degli aminoacidi
Gli aminoacidi 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
Aminoacidi essenziali
Alcuni aminoacidi sono definiti essenziali perché non possono essere sintetizzati dall'organismo umano e devono essere ottenuti attraverso l'alimentazione
Carboidrati
Struttura dei carboidrati
Monosaccaridi
I monosaccaridi sono i più semplici carboidrati e includono il glucosio e il fruttosio
Disaccaridi
I disaccaridi sono formati dall'unione di due monosaccaridi tramite un legame glicosidico
Polisaccaridi
I polisaccaridi sono catene lunghe e ramificate di monosaccaridi e includono l'amido, il glicogeno e la cellulosa
Funzioni dei carboidrati
Fonte di energia
I carboidrati svolgono un ruolo essenziale come fonte di energia immediata o di riserva
Componenti strutturali
I carboidrati sono componenti strutturali delle cellule di piante e animali
Digestione dei carboidrati
Idrolisi
I carboidrati possono essere scissi in monosaccaridi attraverso l'idrolisi
Digeribilità della cellulosa
La cellulosa non è digeribile dagli esseri umani a causa della configurazione β dei suoi legami glicosidici, ma può essere digerita da alcuni organismi grazie a microbi simbiotici nel loro tratto digestivo
Proteine e carboidrati: le macromolecole fondamentali della vita
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00
Struttura degli aminoacidi
Gruppo amminico, gruppo carbossilico, carbonio alfa, gruppo laterale R.
01
Legami peptidici
Legami covalenti tra gruppo carbossilico di un aminoacido e gruppo amminico di un altro.
02
Aminoacidi essenziali
Non sintetizzabili dall'organismo, necessario introdurli con l'alimentazione.
