Gli elementi chimici principali che formano le biomolecole

Dei 96 elementi della tavola periodica alcuni costituiscono gran parte della crosta terrestre o sono presenti negli esseri viventi. Le caratteristiche di ognuno di questi elementi infatti, sono utili e indispensabili sia per la vita che per la composizione degli esseri viventi. I principali elementi della vita sono il carbonio, idrogeno, ossigeno, fosforo, azoto e zolfo. Il carbonio (C) è l’elemento presente in tutte le molecole organiche, è l'unico elemento capace formare delle catene lunghe costituite da legami con se stesso. L’idrogeno (H) invece nelle molecole organiche ha sia funzione strutturale legandosi al carbonio e saturando i suoi legami sia un importante ruolo nelle reazioni, per lo scambio di H+ nelle reazioni acido-base. L’ossigeno (O) invece è molto importante nel contesto di reattività dei composti organici, in base alla diversa natura e disposizione degli atomi di carbonio può formare diversi gruppi funzionali caratterizzati da diverse proprietà e reattività. L’azoto (N) invece nelle molecole organiche conferisce la basicità, attraverso la coppia di elettroni disponibili (doppietto elettronico non condiviso). Infine il fosforo (P) e lo zolfo (S) sopracitati si trovano più raramente mentre il ferro (Fe) e magnesio (Mg) sono presenti in piccole percentuali.

Le principali biomolecole

I carboidrati I carboidrati sono biomolecole formate da un’unità funzionale CH2O ripetuta n volte. Sono suddivisi in monosaccaridi, oligosaccaridi e polisaccaridi in base alle unità funzionali presenti come descritto nel riassunto e mappa concettuale sui Carboidrati. Tra i monosaccaridi il più conosciuto è il glucosio energetico e reattivo. Il legame di varie molecole di glucosio forma i biopolimeri. La funzione biologica di queste molecole è quella di riserva di energia, deposito, respirazione e funzione strutturale. I lipidi I grassi o tecnicamente chiamati lipidi invece sono formati dal glicerolo che ha tre gruppi funzionali alcolici a cui sono legati tre acidi grassi. Come descritto nel riassunto e mappa concettuale sui Lipidi, in base ai diversi acidi grassi legati al glicerolo si formano dei lipidi diversi sia per funzione che per struttura, con legami semplici o doppi. I doppi legami in particolare sono molto importanti per la struttura dei lipidi poiché oltre a conferire maggiore leggerezza alla molecola, possono anche andare a neutralizzare saturandosi, i radicali liberi presenti evitando che questi danneggino l’organismo. I fosfolipidi sono caratterizzati dalla presenza di un acido fosforico al posto di uno dei tre acidi grassi legati agli ossidrili del glicerolo. Anche gli steroidi fanno parte di questa categoria ma sono strutturalmente delle molecole completamente diverse poiché infatti presentano uno scheletro carbonioso formato da quattro anelli a cinque e sei termini e una catena idrocarburica. Biologicamente sono importanti per la loro funzione ormonale, trasportando informazioni all’organismo. Il più conosciuto è il colesterolo. Le proteine Le proteine invece sono molecole formate da un’unità chiamata amminoacido. Gli amminoacidi sono complessivamente 20 tutti diversi tra loro che legandosi possono formare una miriade di molecole proteiche. Gli amminoacidi presentano un carbonio centrale al quale sono legati un gruppo carbossilico (COOH), un gruppo amminico (NH), un idrogeno e l’ultimo legame con il carbonio è occupato da un sostituente R che cambia a seconda del diverso amminoacido, è il gruppo distintivo dell’amminoacido. Gli amminoacidi possono legarsi tra loro attraverso il legame ammidico tra il gruppo carbossilico di un amminoacido e il gruppo ammidico di un altro. Dal punto di vista strutturale la catena formata dai vari amminoacidi che formano la proteina è detta struttura primaria. Quando invece si formano dei legami ad idrogeno tra i vari amminoacidi, la proteina si può ripiegare o avvolgere in una spirale: questa è la struttura secondaria di una proteina. Se invece sono presenti dei ponti disolfuro la molecola si organizza in α-eliche o fogli ripiegati definiti struttura terziaria. Infine la struttura quaternaria invece è definita come l’unione di strutture terziarie insieme ad altre molecole. Un esempio è l’emoglobina, proteina di importantissimo interesse biologico.  Gli acidi nucleici Gli acidi nucleici sono quella classe di molecole che contengono le informazioni biologiche, infatti la loro sequenza è il codice che contiene le informazioni necessarie alla formazione delle proteine. La loro struttura è caratterizzata da monosaccaridi con 5 atomi di carbonio legati da gruppi fosfato che presenta 4 basi azotate (adenina, citosina, guanina, timina o uracile). Vi sono due tipi di acidi nucleici: il DNA descritto nel riassunto e mappa concettuale sul DNA e l’RNA. Per quanto riguarda il DNA, acido desossiribonucleico, il monosaccaride è il desossiribosio e le basi azotate sono adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina (T) che si accoppiano A-T e C-G. Si trova di solito nel nucleo della cellula e contiene tutte le informazioni per la vita. E’ formato da due catene che si avvolgono a elica. Invece l’RNA, acido ribonucleico, ha una sola catena e a differenza del DNA la timina (T) è sostituita dall’uracile (U) e il desossiribosio con il ribosio. Ha la funzione di trasferire le informazioni.