Di Keiron Audain, aggiornato il 24 marzo 2022
Tutte le cellule viventi si basano su macromolecole, polimeri costituiti da unità più piccole chiamate monomeri. La formazione di questi polimeri, nota come polimerizzazione, richiede apporto di energia e rilascia acqua come sottoprodotto. Ciascuna classe di macromolecole segue un distinto percorso di polimerizzazione, producendo acidi nucleici, proteine, carboidrati e lipidi.
Le proteine derivano dagli amminoacidi, i monomeri che possiedono un gruppo carbossilico ad un'estremità e un gruppo amminico all'altra. Durante la polimerizzazione, il gruppo carbossilico di un amminoacido reagisce con il gruppo amminico di un altro, formando un legame peptidico covalente. I successivi legami peptidici collegano decine o centinaia di amminoacidi in una catena polipeptidica lineare. La catena si ripiega quindi in una precisa struttura tridimensionale, conferendo alla proteina la sua funzione biologica unica.
Gli acidi nucleici – DNA e RNA – trasportano informazioni genetiche. Il loro monomero, il nucleotide, contiene uno zucchero a cinque atomi di carbonio (pentoso), una base azotata e un gruppo fosfato. La polimerizzazione collega il gruppo fosfato di un nucleotide al gruppo ossidrile del successivo, creando uno scheletro fosfodiestere. Nel DNA, due filamenti polinucleotidici complementari si allineano e creano legami idrogeno tra le loro basi, formando la caratteristica doppia elica. L'RNA, essendo a filamento singolo, adotta diverse pieghe per i suoi ruoli nella trascrizione, traduzione e regolazione.
I carboidrati vanno dagli zuccheri singoli (monosaccaridi) come il glucosio ai polisaccaridi complessi. I monosaccaridi si uniscono tramite legami glicosidici, legami covalenti tra il carbonio anomerico di uno zucchero e il gruppo ossidrile di un altro. I disaccaridi (ad esempio il saccarosio) sono costituiti da due monosaccaridi, mentre i polisaccaridi come l'amido o la cellulosa contengono molte unità. Il tipo di zucchero e la posizione di ciascun legame glicosidico determinano le proprietà fisiche e il ruolo biologico del carboidrato.
A differenza delle altre macromolecole, i lipidi non si formano attraverso la polimerizzazione. L’impalcatura principale di tutti i lipidi è il glicerolo, un alcol a tre atomi di carbonio. I grassi (trigliceridi) si formano quando tre catene di acidi grassi esterificano in glicerolo. I fosfolipidi sostituiscono un acido grasso con un gruppo fosfato, fornendo proprietà anfipatiche essenziali per la struttura della membrana. Gli steroidi, come il colesterolo, sono costruiti su uno scheletro a quattro anelli anziché su una catena lineare.
La comprensione di questi processi di polimerizzazione mette in luce l'intricata chimica che è alla base della vita cellulare.
