Di Kevin Beck | Aggiornato il 24 marzo 2022
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La vita è costruita su quattro sofisticate famiglie macromolecolari che sono state affinate dall'evoluzione:carboidrati, lipidi, proteine e acidi nucleici. Ciascuna classe svolge funzioni distinte, ma correlate, essenziali per la struttura cellulare, la gestione dell'energia e il trasferimento delle informazioni.
Una macromolecola è una grande entità polimerica composta da subunità ripetute, i monomeri, che non possono essere semplificate senza perdere l'integrità funzionale. Sebbene non esista una soglia dimensionale rigorosa, le macromolecole tipiche contengono migliaia di atomi. In biologia, tutte e quattro le classi sono ricche di carbonio, con azoto, ossigeno, idrogeno e fosforo che svolgono ruoli cruciali.
I carboidrati (C&H&O; n) sono fonti di energia onnipresenti e componenti strutturali. I loro monomeri, i monosaccaridi, hanno la formula C₆H₁₂O₆ (ad esempio glucosio, fruttosio, galattosio) e spesso adottano strutture ad anello stabili. I disaccaridi (ad esempio maltosio, saccarosio) collegano due monosaccaridi tramite legami glicosidici, mentre i polisaccaridi – amido, glicogeno, cellulosa, chitina – sono costituiti da tre o più unità. L'amido forma catene elicoidali; la cellulosa è lineare e conferisce rigidità alla pianta; la chitina, arricchita con azoto, forma esoscheletri negli artropodi; il glicogeno funge da riserva di glicociti nel fegato e nei muscoli.
Le proteine, polimeri di 20 aminoacidi, guidano praticamente ogni processo biochimico. I legami peptidici si formano quando il gruppo carbossilico di un amminoacido si lega al gruppo amminico del successivo, liberando acqua. Il polipeptide risultante si ripiega in quattro livelli strutturali:primario (sequenza di aminoacidi), secondario (α‑eliche, foglietti β), terziario (ripiegamento 3‑D) e quaternario (complessi multicatena, ad esempio collagene). Le funzioni comprendono la catalisi enzimatica, la segnalazione ormonale (insulina, ormone della crescita), il supporto strutturale e il trasporto di membrana.
I lipidi sono macromolecole idrofobiche che non si dissolvono in acqua. Includono trigliceridi (acidi grassi esterificati al glicerolo), fosfolipidi, steroidi e cere. I trigliceridi forniscono 9 kcal/g, più dei carboidrati e delle proteine. Gli acidi grassi sono classificati in base alla saturazione:saturi (nessun doppio legame), monoinsaturi (un doppio legame), polinsaturi (due o più). I grassi saturi sono solidi a temperatura ambiente e sono collegati al rischio cardiovascolare, mentre i grassi insaturi supportano la salute vascolare. I fosfolipidi formano il doppio strato delle membrane cellulari, con le teste idrofile rivolte verso gli ambienti acquosi e le code idrofobiche verso l'interno. Gli steroidi come il colesterolo agiscono come precursori degli ormoni.
Il DNA e l'RNA sono polimeri di acidi nucleici composti da nucleotidi:zucchero pentoso, gruppo fosfato e base azotata. Il DNA utilizza il desossiribosio ed è a doppio filamento, immagazzinando informazioni ereditarie nei geni che codificano per le proteine. L'RNA, insieme al ribosio, è a filamento singolo e partecipa alla trascrizione (mRNA) e alla traduzione (tRNA, rRNA). Le coppie di basi differiscono:coppie di DNA A‑T e C‑G; L’RNA sostituisce la timina con l’uracile (U). Negli esseri umani il genoma comprende 23 coppie di cromosomi.
