Macromolecole: Polisaccaridi, Proteine e Acidi Nucleici

Di Joseph Constance, MAReviewed by Dr. Liji Thomas, MD

Acqua, molecole organiche e ioni inorganici sono i costituenti delle cellule. L’acqua costituisce la frazione maggiore dei tre, rappresentando quasi tre quarti della massa totale di una cellula. Le interazioni tra i vari componenti di una cellula e il suo contenuto d’acqua sono la chiave della chimica biologica.

Sodio, potassio, magnesio, calcio, fosfato e cloruro sono tra i principali ioni inorganici di una cellula e rappresentano non più dell’1% della massa cellulare. Ma le molecole organiche sono i componenti veramente nuovi di una cellula. La maggior parte di questi composti organici appartengono a una delle seguenti classi di molecole:

• Carboidrati
• Lipidi
• Acidi nucleici
• Proteine

Nelle singole cellule esistono migliaia di tipi diversi di macromolecole, o composti organici. Questi saranno diversi, anche tra le cellule della stessa persona. Le variazioni sono più estese tra persone diverse. Le macromolecole – proteine, acidi nucleici e polisaccaridi – sono formate dalla polimerizzazione di centinaia di precursori a basso peso molecolare – amminoacidi, nucleotidi e zuccheri semplici.

La diversità tra le macromolecole deriva dal vasto potenziale di formare diverse combinazioni dei circa 50 monomeri comuni che compongono una macromolecola. Queste macromolecole possono costituire fino al 90% del peso secco di una cellula. È possibile comprendere la chimica di base della composizione di una cellula comprendendo le funzioni e le strutture dei quattro principali tipi di composti organici, o macromolecole.

Carboidrati

I carboidrati sono i materiali da costruzione e i nutrienti di base del corpo. Gli zuccheri semplici e i polisaccaridi compongono questo gruppo. Il glucosio è un esempio di zucchero semplice che è un importante nutriente cellulare. La decomposizione degli zuccheri semplici per reazione chimica genera energia cellulare e avvia la sintesi di altri costituenti di una cellula. I polisaccaridi, o carboidrati complessi, rappresentano la forma che lo zucchero assume quando viene immagazzinato. I polisaccaridi sono i componenti strutturali di una cellula. Inoltre, i polisaccaridi e altri zuccheri possono funzionare come marcatori per alcuni processi di riconoscimento cellulare, compreso il movimento intracellulare delle proteine.

Lipidi

I lipidi sono molecole idrofobiche. Sono una forma altamente efficiente di immagazzinamento di energia e sono i principali costituenti della membrana cellulare. Sono importanti nella segnalazione cellulare, fungono da punto di partenza per vari processi biosintetici come la sintesi di estrogeni e testosterone. Alcuni lipidi sono in grado di trasmettere segnali dai recettori della superficie cellulare a obiettivi nella stessa o in altre cellule. I fosfolipidi contengono due acidi grassi uniti a un gruppo di testa polare. Oltre ai fosfolipidi, le cellule hanno glicolipidi e colesterolo.

Acidi nucleici

Gli acidi nucleici memorizzano e trasmettono dati ereditari. Il DNA e l’RNA rappresentano le molecole informative di una cellula. Il DNA gioca un ruolo cruciale come materiale genetico dell’uomo e di molte altre specie. L’RNA partecipa a varie attività cellulari. L’RNA messaggero (mRNA) trasporta le informazioni dal DNA ai ribosomi, dove sono coinvolti nella sintesi delle proteine. Inoltre, l’RNA ribosomiale e l’RNA di trasferimento sono coinvolti nella sintesi delle proteine. Altre molecole di RNA elaborano e muovono sia le proteine che l’RNA. L’RNA può anche catalizzare reazioni chimiche, come quelle che coinvolgono la sintesi delle proteine e l’elaborazione dell’RNA.

Proteine

Le proteine svolgono un ruolo importante nella maggior parte dei compiti che un organismo svolge. Le proteine svolgono il lavoro di una cellula, diretto dall’informazione genetica portata dagli acidi nucleici. Una cellula contiene molte migliaia di proteine, che funzionano come elementi strutturali della cellula, immagazzinando e trasportando piccole molecole, trasmettendo dati tra le cellule e difendendo il corpo contro l’insorgere di infezioni. Ma le proteine funzionano anche come enzimi che accelerano la maggior parte delle reazioni chimiche. In questo modo, le proteine guidano la maggior parte delle attività cellulari.

Struttura e funzione

Legami covalenti, polarità, temperatura, struttura e reattività chimica sono tra i fattori chimici che governano la struttura e la funzione delle macromolecole. La struttura delle macromolecole determina il loro funzionamento e la regolazione dei compiti. La struttura tridimensionale delle proteine e degli acidi nucleici è controllata da legami non covalenti e covalenti che conferiscono loro una funzione. Nel frattempo, è possibile cambiare la struttura e la funzione delle proteine e degli acidi nucleici applicando lo splicing alternativo, l’alterazione della sequenza nucleotidica o la modifica chimica. Alla fine, la struttura e la funzione delle macromolecole possono cambiare nel tempo per creare una diversa attività biologica.

In termini di funzione, le macromolecole sfruttano le interazioni non covalenti quando interagiscono con altre molecole. La maggior parte della funzionalità biologica dipende dalla specificità e dall’affinità di tali interazioni. La struttura delle macromolecole varia e cambia nel tempo. Questo è molto importante per la funzionalità biologica. Può essere possibile per piccole molecole raggiungere l’interno di una macromolecola. La struttura delle macromolecole può influenzare l’equilibrio stabile dei processi biologici biochimici e molecolari.

Risorse aggiuntive

• Il lancio dell’Optima AUC di nuova generazione fa progredire la ricerca sulle proteine e la caratterizzazione delle macromolecole
• Un nuovo metodo per manipolare le macromolecole
• I ricercatori usano la modellazione al computer su larga scalaper mostrare gli effetti del confinamento sulle macromolecole delle cellule
• Gli scienziati usano la tecnica PCT per capire gli effetti fisici della compressione sulle macromolecole
• Il gel trasparente potrebbe presto diventare la prima e migliore scelta per sigillare le incisioni corneali

• https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9879/
• https://www.asbmb.org/education/teachingstrategies/foundationalconcepts/MacromolecularStructureFunction/
• http://www.course-notes.org/biology/outlines/chapter_5_the_structure_and_function_of_macromolecules

Altre letture

• Tutti i lipidi contenuti
• Cosa sono i lipidi?
• Funzioni Biologiche dei Lipidi
• Metabolismo dei Lipidi
• Salute e Nutrizione dei Lipidi

Scritto da

Joseph Constance

Joseph Constance ha scritto di ricerca, sviluppo e mercati nel campo della sanità e campi correlati. È autore di numerosi articoli e rapporti di analisi aziendale/ricerca di mercato nel settore dei dispositivi medici, della diagnostica clinica e delle aree farmaceutiche. Joseph ha conseguito un master in comunicazione presso la New York University. Gli piace passare il tempo con sua moglie, andare in bicicletta, viaggiare e conoscere culture diverse.

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