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Le caratteristiche dei lipidi e delle proteine. I lipidi sono un gruppo di sostanze insolubili in acqua e solubili in solventi organici apolari. Essi hanno diverse funzioni come riserva, isolante termico, precursori di ormoni e vitamine, influiscono sulla trasmissione del segnale nervoso e hanno una funzione strutturale. Le proteine sono formate da amminoacidi e possono svolgere diverse funzioni come catalitica, strutturale, contrattile, di difesa, di trasporto, di deposito, recettoriale e adattatrice. Esistono proteine semplici e coniugate e si suddividono in proteine fibrose, globulari e di membrana.
Tipologia: Appunti
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I lipidi, comunemente chiamati anche GRASSI , sono un gruppo eterogeneo di sostanze che hanno in comune la CARATTERISTICA di essere insolubili in acqua e solubili in solventi organici apolari come l’ETERE , il cloroformio e il cicloesano. Essi hanno svariate CARATTERISTICHE : 1) la prima sicuramente è quella di FUNZIONE DI RISERVA , ad esempio la donna deputata alla riproduzione ha una massa grassa maggiore rispetto a quella magra , che serve per la maternità ; 2) la seconda funzione è quella di ISOLANTE TERMICO , ad esempio nel mondo animale il grasso della balena , che vivendo in ambienti molto freddi ha bisogno di uno spesso strato di grasso per ripararsi, o l’orso polare che nell’estate accumula circa 3-4 kg di grasso per poter sopravvivere all’inverno; 3) essi sono anche PRECURSORI DI ORMONI E MOLECOLE SEGNALE : basti pensare alla natura degli ormoni sessuali che sono il testosterone per gli uomini e gli estrogeni per le donne, responsabili del ciclo mestruale ad esempio; 4) essi sono PRECURSORI DI VITAMINE , le cosiddette vitamine liposolubili come la vitamina A o K; 5) essi influiscono sulla TRASMISSIONE DELLO STIMOLO NERVOSO , infatti le fibre nervose sono avvolte da una guaina che si chiama guaina mielinica o di Schuan , che funge da protezione a forma di manicotto e in alcuni punti sono presenti delle strozzature chiamate Nodi di Ranvier, dove l’impulso nervoso avviene più rapidamente. 6) essi hanno infine una FUNZIONE STRUTTURALE perché le membrane delle cellule sono costituite da fosfolipidi e proteine.
I lipidi vengono classificati in base alla loro complessità strutturale in LIPIDI SEMPLICI , come i grassi ad esempio che hanno esteri di acidi grassi con glicerolo oppure cere che hanno ad esempio esteri di acidi grassi con alcoli ad alto peso molecolare. Possono essere anche LIPIDI COMPLESSI come i FOSFOLIPIDI che contengono gruppi fosfato, come ad esempio i glicerofosfolipidi , in cui l’alcol è il glicerolo, o gli sfingofosfolipidi in cui l’alcol è la sfingosina; o ancora i glicosfingolipidi che contengono carboidrati, oltre ad un acido grasso e all’alcol sfingosina. Possono essere infine PRECURSORI E DERIVATI LIPIDICI , di cui tra i precursori ricordiamo la sfingosina o gli acidi grassi e tra i derivati ricordiamo le vitamine, gli ormoni, i Sali biliari, gli steroidi e gli eicosanoidi.
Le proteine presentano alcune caratteristiche comuni: sono formate prevalentemente da CARBONIO , IDROGENO , OSSIGENO e AZOTO. Esse possono svolgere svariate funzioni:
reazioni e diminuiscono la velocità di reazione facilitandole. Alcune proteine catalitiche fungono anche da inibitori cioè bloccano quella determinata reazione per non farla procedere;
connettivo o la cheratina per le unghie e i capelli;
favorendone l’eliminazione;
nell’albume d’uovo che nutre l’embrione in sviluppo;
Le proteine sono costituite da unità di base chiamate AMMINOACIDI che si legano formando catene polipeptidiche. Esistono proteine semplici e coniugate: -le PROTEINE SEMPLICI sono costituite esclusivamente dalla componente polipeptidica. La cheratina della pelle è un esempio di proteina semplice. -le PROTEINE CONIUGATE sono formate da gruppi prostetici , cioè gruppi non amminoacidici. L’ emoglobina presente nel sangue è un esempio di proteina coniugata.
Inoltre, le proteine si suddividono in base alla loro forma, in proteine fibrose , globulari e di membrana :
l' α-cheratina , che conferisce resistenza allo strato più esterno della pelle, unghie e capelli.
l'ossigeno e ne permette la diffusione nei muscoli.
fosfolipidico delle membrane cellulari e possiedono caratteristiche specifiche. Fanno parte di questi gruppi molti recettori che permettono alla cellula di captare i segnali provenienti dall'esterno.
La parola amminoacido significa che all’interno di esso sono presenti due gruppi funzionali : il GRUPPO CARBOSSILICO ( -COOH ) e il GRUPPO AMMINICO ( -NH 2 ). Il legame che tiene uniti i due amminoacidi si chiama LEGAME PEPTIDICO che elimina per ogni passaggio una molecola di acqua. -I due gruppi funzionali di ciascun amminoacido sono legati allo stesso atomo di carbonio centrale, noto come CARBONIO α , e sono per questo detti α-AMMINOACIDI.
In natura sono stati trovati oltre cinquecento amminoacidi che svolgono svariate funzioni: quelli che prendono parte alla formazione delle proteine sono VENTI e solo DIECI vengono chiamati essenziali , perché il nostro organismo non è capace di sintetizzarli e li deve per forza ingerire con la dieta. Le proteine hanno un valore nutrizionale diverso in base al contenuto di amminoacidi essenziali : le proteine di origine animale nelle uova, nel latte e nella carne hanno un valore nutrizionale elevato in quanto contengono in proporzioni ottimali tutti gli amminoacidi essenziali; le proteine di origine vegetale hanno invece un minor valore nutrizionale perché in genere sono prive di uno o più amminoacidi essenziali.
polipeptidica , cioè degli atomi dello scheletro della proteina. Le strutture secondarie più diffuse nelle proteine sono l' α-ELICA e il ß-FOGLIETTO α-ELICA Il più comune elemento di struttura secondaria è l’α-elica. Questa struttura della catena è dovuta alla presenza di numerosi LEGAMI A IDROGENO che si stabiliscono fra i gruppi NH e CO : Le catene laterali degli amminoacidi non partecipano alla formazione dell'elica e si estendono verso l'esterno formando legami punteggiati con una direzione perpendicolare all'asse dell'elica. La catena polipeptidica va ad avvolgersi Intorno ad una esse comune; Ma come fa a mantenere la forma ad elica? Intervengono dei legami all’esterno dell’elica tra NH e CO. ß-FOGLIETTO Nella particolare struttura secondaria a ß-foglietto, gli stessi legami a idrogeno visti per l'α-elica si stabiliscono fra due tratti adiacenti di catena polipeptidica , che prendono il nome di filamenti-ß : la struttura assume la forma di un foglietto pieghettato con le catene laterali che si dispongono sopra e sotto il piano del foglietto. Nella struttura a foglietto-ß i legami a idrogeno tra gruppi N-H e gruppi C=O tengono uniti segmenti diversi della stessa catena polipeptidica. Le strutture dei foglietti-ß possono essere formate anche da un numero maggiore di filamenti-ß : sono note proteine in cui vi sono foglietti-ß formati anche da dieci filamenti e oltre.
tridimensionale dell'intera catena polipeptidica. La struttura terziaria determina la struttura delle fibre di collagene oppure la struttura globulare tipica della mioglobina , una proteina in grado di legare l'ossigeno. -Per le proteine costituite da un'unica catena polipeptidica, la struttura terziaria rappresenta il massimo livello di organizzazione strutturale necessario per svolgere correttamente la propria funzione. Questa struttura prende il nome di CONFORMAZIONE NATIVA. -Il ripiegamento della catena racchiude gli amminoacidi con catena laterale apolare all'interno della molecola in modo da separarli dalle molecole d'acqua, e ad esporre quelli polari sulla superficie esterna della molecola , a contatto con il solvente acquoso. -La struttura terziaria comprende l'insieme di tutti gli elementi di struttura secondaria presenti all'interno di una proteina. Le catene laterali degli amminoacidi vicini fra loro interagiscono e portano alla formazione di legami deboli , fondamentali nello stabilizzare la conformazione della proteina. Oltre alle interazioni deboli, tra gli amminoacidi di una proteina possono formarsi anche legami covalenti come i legami disolfuro S-S (o ponte di solfuro) che si instaurano fra due catene laterali di cisteina. Anche se lontani, due residui di cisteina possono venire a trovarsi vicini a causa del ripiegamento della catena.
polipeptidiche chiamate subunità , ad esempio l’emoglobina che ha il compito di trasportare l’ossigeno nel sangue, è composta da 4 subunità : α-1 α-2 ß-1 e ß-2 tenute insieme da un atomo di ferro centrale. Le catene polipeptidiche all'interno della stessa proteina possono essere uguali o diverse. Nella struttura quaternaria, le catene che formano la proteina sono tenute assieme da interazioni non covalenti. Tuttavia, a volte le catene sono associate fra loro da legami covalenti , come nel caso degli anticorpi , dove le catene sono unite fra loro per mezzo di legami disolfuro tra catene laterali di cisteine. LA DENATURAZIONE DELLE PROTEINE La denaturazione delle proteine è un processo irreversibile ed è la perdita, da parte di una proteina, della struttura secondaria, terziaria ed eventualmente quaternaria e di conseguenza, la perdita delle loro funzionalità principali. Ciò può avvenire attraverso agenti fisici come il CALORE e chimici come variazioni del PH , i quali possono alterare la conformazione nativa senza che sia alterata la sua struttura primaria. Per questi motivi gli organismi viventi sono dotati di sistemi di controllo del PH dei propri fluidi. La cellula dell’uovo , ad esempio, è formata da una quantità di proteine nell’albume e di grassi, tra cui il colesterolo nel tuorlo. A contatto con il calore la prima cosa che si denatura e che cambia colore è proprio l’albume. Inoltre, quando sottoponiamo le proteine al calore viene emanato un odore dato dalla combustione dell’azoto del gruppo amminico.
Mioglobina ed emoglobina sono due PROTEINE GLOBULARI. La mioglobina ha la funzione di legare l'ossigeno nel tessuto muscolare e l'emoglobina ha il compito di trasportare l’ossigeno nel sangue. L’emoglobina è contenuta nei GLOBULI ROSSI , i quali sono cellule anucleate proprio perché devono contenerla. I globuli rossi inoltre vengono prodotti nel midollo osseo e nel caso in cui il midollo rosso non dovesse produrne a sufficienza, interviene il midollo giallo. I globuli rossi si rinnovano ogni 120 giorni e vengono demoliti nella milza e nel fegato , il quale trasforma il gruppo eme in bilirubina ; Per molti organismi, l’ OSSIGENO è di importanza vitale: l'ossigeno, infatti, consente la produzione dell'energia di cui ogni cellula ha bisogno per vivere. Privata di ossigeno, la cellula non può produrre energia e va rapidamente incontro a morte. EMOGLOBINA - TETRAMERO L'emoglobina è un esempio di proteina con struttura quaternaria : si tratta di un tetramero , ossia una proteina formata da quattro subunità: due catene alfa e due catene beta. Ciascuna di queste catene lega un gruppo eme. MIOGLOBINA - PROTEINA MONOMERICA La mioglobina è una proteina monomerica , relativamente piccola, costituita da 153 amminoacidi , contenuta nelle cellule muscolari. La mioglobina presenta otto distinte alfa-eliche , ripiegate in modo tale da creare una tasca idrofobica che accoglie un gruppo eme. IL GRUPPO EME Mioglobina ed emoglobina sono inoltre PROTEINE CONIUGATE : oltre alla porzione polipeptidica , contengono un gruppo prostetico , detto GRUPPO EME , che lega l'O 2. Il gruppo eme è un complesso coordinato, formato dalla protoporfirina IX e da uno ione Fe2+^ al centro di essa. La protoporfirina IX è una molecola con struttura planare. Lo ione Fe2+^ si trova al centro dell'eme e può formare SEI LEGAMI DI COORDINAZIONE : quattro coinvolgono i quattro atomi di azoto ; uno è con l’ossigeno O 2 ; l’ultimo con un residuo di istidina , grazie alla quale la catena polipeptidica risulta ancorata all'intero gruppo eme.
-Le informazioni genetiche di tutti gli organismi viventi sono negli acidi nucleici. Nelle cellule si trovano due tipi di acidi nucleici: l'acido desossiribonucleico (o DNA ) e l'acido ribonucleico (o RNA ). Il depositario delle informazioni genetiche è il DNA. In seguito, l'informazione contenuta nel DNA deve essere trasferita a una molecola di RNA. -Il DNA nelle cellule eucariote si trova all’interno del nucleo ed è avvolto intorno a proteine globulari chiamati istoni e in seguito è avvolto dalla membrana nucleare ; poi all’interno del nucleo è presente anche il nucleolo costituito da RNA.
L'organizzazione strutturale del DNA è stata ricostruita da James Watson e Francis Crick. Per farlo, i due scienziati partirono dai risultati ottenuti da Rosalind Franklin e Maurice Wilkins per mezzo della cristallografia a raggi X di fibre di DNA. Watson e Crick costruirono così un modello tridimensionale che giustificava tutte le prove sperimentali disponibili e che si mostrò corretto. Le molecole di DNA sono polimeri lineari formati dall'unione di un grandissimo numero di desossiribonucleotidi di quattro tipi diversi: dAMP , dGMP , dTMP e dCMP. Queste unità sono collegate fra loro attraverso un legame fosfodiestere che avviene tra un gruppo ossidrile -OH del carbonio C-3 di un nucleotide e il gruppo fosfato legato al carbonio C-5 del nucleotide successivo. Grazie a questa organizzazione strutturale si originano lunghissime catene: a un'estremità, esiste un gruppo fosfato libero in posizione 5' (estremità 5') mentre all'estremo opposto si trova un gruppo -OH libero in posizione 3' (estremità 3'). La sequenza di un filamento di DNA è dunque la successione delle basi azotate appartenenti ai vari nucleotidi della catena , letta nel senso 5' -› 3' : essa viene rappresentata indicando ciascuna base azotata con la sua sigla ( A, G, C, T ).
Il DNA è formato da due filamenti polinucleotidici antiparalleli , cioè uno con direzione 3' -› 5' e uno con direzione opposta 5' -› 3' , che si associano fra loro e assumono un ANDAMENTO ELICOIDALE intorno a un asse comune formando una doppia elica. Le basi dei due filamenti sono dirette le une verso le altre, formando coppie che possono essere viste come i gradini di un'ipotetica scala a chiocciola i l cui corrimano è rappresentato dallo scheletro zucchero-fosfato (Z-P), posto all'esterno; l'accoppiamento delle basi avviene lungo direzioni perpendicolari all'asse della doppia elica. Fra le coppie di basi azotate esiste una strettissima specificità di appaiamento: l'adenina (A) può associarsi solo con la timina (T) e viceversa ; la guanina (G) può appaiarsi solo con la citosina (C) e viceversa. Le basi azotate devono essere tra di loro complementari e lo sono grazie a specifici legami a idrogeno che si formano all'interno di ciascuna coppia, in particolare 2 tra l’adenina e la timina e 3 tra la guanina e la citosina. Le due eliche sono antiparallele perché hanno verso opposto, una va verso l’alto e una verso il basso. L’elica forma due anse , il solco maggiore di 3,4 nm e il solco minore di 0,34 nm.
Tutte le cellule eucariote sono sottoposte a MITOSI e MEIOSI. -Le cellule somatiche subiscono la divisione cellulare che è la mitosi , invece le cellule sessuali , che sono cellula uovo e cellula spermatica si sottopongono alla meiosi. -Nella mitosi, da una cellula madre si formano due cellule figlie che hanno quindi lo stesso patrimonio ereditario della cellula madre -Nella meiosi invece vi è una sola duplicazione del DNA, il quale nelle 4 cellule figlie, cellule spermatiche e cellule uovo risulteranno essere aploidi, cioè che corrispondono due divisioni cellulari. Nella prima fase della meiosi avviene il così detto CROSSINGOVER il quale è una mescolazione casuale dei geni. -Il processo di mitosi e meiosi è preceduto dal ciclo cellulare composto da tre momenti: le FASI G1 e G sono le fasi di preparazione della cellula, G2 della preparazione alla mitosi e meiosi mentre la G1 della preparazione alla FASE S , vale a dire la fase di duplicazione del DNA.
-La replicazione del DNA avviene in maniera SEMICONSERVATIVA , significa che ogni filamento funziona da stampo per la formazione delle nuove eliche; quest’ultime contengono quindi un filamento vecchio e un filamento nuovo. -Quando una cellula si divide, la molecola di DNA in essa contenuta deve essere replicata e suddivisa equamente tra le cellule figlie , in modo che l'informazione genetica venga trasmessa. Questo processo, che si chiama REPLICAZIONE DEL DNA e deve essere accurata e rapida. Per questo, la sua esecuzione è affidata all'azione di enzimi che portano all'apertura della doppia elica con la formazione di una BOLLA DI DUPLICAZIONE , in cui due complessi che iniziano a duplicare ciascun filamento. La bolla non si forma caso lungo il DNA ma in corrispondenza di punti precisi detti origini di duplicazione. il processo inizia contemporaneamente in più punti e le bolle di duplicazione diventano sempre più grandi fino a fondersi dando alla formazione di due copie del DNA di partenza. Le estremità di una bolla sono dette FORCELLE DI DUPLICAZIONE , che si muovono in direzioni opposte ampliando la bolla. Nel frattempo, sui filamenti stampo non appaiati avviene la sintesi dei nuovi filamenti. Completata la sintesi il DNA si riavvolge ad elica. -Il processo di duplicazione avviene grazie a molte proteine che si muovono lungo il DNA.
che possono crescere in qualsiasi vaso del corpo potendo bloccare parzialmente il flusso sanguigno nei vasi cardiaci (può causare come l’angina).
Gli ormoni steroidei sono MESSAGGERI CHIMICI prodotti a partire dal colesterolo ed in grado, come tutti gli altri ormoni, di influenzare l'attività di gruppi più o meno ampi di cellule bersaglio. Gli estrogeni sono ormoni sessuali prevalentemente femminili che permettono la fecondazione , la gravidanza , regolano il ciclo mestruale e la distribuzione del grasso corporeo , proteggono dal rischio cardiovascolare , regolano molte funzioni cerebrali come la memoria e influenzano gli ormoni tiroidei e l’insulina. Una concentrazione troppo elevata di estrogeni può esporre la donna ad un maggiore rischio di sviluppare alcune forme di cancro. Nell’uomo con l’avanzare dell’età, soprattutto in caso di ridotta attività fisica e sovrappeso, ad un naturale declino nella produzione di testosterone, si associa un AUMENTO DELLA SUA CONVERSIONE IN ESTROGENI. -Il testosterone è un ormone androgeno , che ha una attività fondamentale durante lo sviluppo maschile. In età adulta favorisce la crescita dei peli e ha inoltre proprietà anabolica , ovvero favorisce la sintesi proteica e la crescita della massa magra a discapito di quella grassa.
Cere e oli sono lipidi , aventi proprietà idrofobiche e derivano da piante e animali. -Le cere sono disponibili in forme sintetiche e naturali. Le cere naturali che sono sintetizzate dagli animali, mentre quelli prodotti dalle piante hanno miscele tipiche di idrocarburi sostituiti. Le piante forniscono una copertura protettiva di steli e foglie prevenendo eventuali perdite d'acqua. Allo stesso modo, gli animali producono anche le cere per proteggere il loro corpo. Le api da miele convertono il miele in cera quando lo immagazzinano nei favi. -L'olio è una sostanza prodotta naturalmente da piante, animali e altri organismi. Si trova sotto forma di combustibile fossile che è rimasto sepolto sotto la superficie della terra. Tutti gli olii sono lipidi che si trasformano in un estere e una lunga catena di acidi grassi quando viene effettuata la loro idrolisi. Gli oli sono insolubili in acqua anche se si dissolvono in alcoli. Gli olii sono usati come mezzo di cottura anche se loro stessi non sono prodotti alimentari. La maggior parte degli oli sono a basso contenuto di grassi saturi. Gli oli vergini che provengono da fonti vegetali sono privi di colesterolo.