Le molecole organiche o biomolecole sono classificate in quattro gruppi principali: carboidrati, proteine, lipidi e nucleotidi.
Carboidrati
I carboidrati sono biomolecole avente la struttura formata da carbonio e acqua, la formula generale che li rappresenta è (CH₂O)ₙ. I carboidrati sono le biomolecole più abbondanti sulla terra, e si dividono in semplici, chiamati monosaccaridi e disaccaridi, e complessi chiamati polisaccaridi. Il monosaccaride più abbondante in natura è il D-glucosio o destrosio a sei atomi di carbonio; il disaccaride più comune è il saccarosio (lo zucchero da tavola) formato da glucosio e fruttosio.
I polisaccaridi più importanti sono l’amido nelle piante e il glicogeno negli animali. Il glicogeno si trova in grande quantità nel fegato e nei muscoli, il glicogeno presente nel fegato viene utilizzato per mantenere costante la glicemia nel sangue, mentre quello presente nei muscoli viene utilizzato dagli stessi come energia durante l’esercizio fisico.
Proteine
Le proteine sono polimeri formati da aminoacidi. Gli aminoacidi sono venti, nove di questi, definiti essenziali, non possono essere sintetizzati dal corpo umano e devono essere introdotti con la dieta. La struttura degli aminoacidi comprende un atomo di carbonio legato ad un atomo di idrogeno, a un gruppo aminico (-NH₂), un gruppo carbossilico (-COOH) ed a un gruppo di atomi indicato con “R” chiamato catena laterale, che è diverso in ogni aminoacido.
Un legame peptidico si forma quando il gruppo aminico di un aminoacido si unisce al gruppo carbossilico di un altro. Un peptide con massimo nove aminoacidi è detto oligopeptide, se ha da dieci a cento aminoacidi è un polipeptide, mentre una catena di oltre cento aminoacidi forma una proteina.
La sequenza degli aminoacidi di una proteina è detta struttura primaria ed è geneticamente determinata. Una sua alterazione come la sostituzione di un solo aminoacido ne altera la funzionalità causando problemi seri, come per esempio l’anemia falciforme. La struttura primaria è quella che determina il tipo di proteina e che la rende un enzima, un ormone oppure un anticorpo.
La struttura secondaria rappresenta la conformazione spaziale della catena aminoacidica. Le principali sono l’α elica, la configurazione β e il ripiegamento β.
La struttura secondaria è stabilizzata da legami a idrogeno.
Le proteine vengono divise in globulari o fibrose. La loro forma tridimensionale è determinata dalla struttura terziaria. La struttura quaternaria indica se la proteina è costituita da due o più subunità polipeptidiche.
Lipidi
Così come i carboidrati anche i lipidi sono biomolecole formate da carbonio, idrogeno e ossigeno anche se la presenza di quest’ultima molecola è inferiore rispetto ai carboidrati. Sono molecole non polari e quindi sono poco solubili in acqua, infatti per essere trasportati nel sangue si legano alle proteine formando lipoproteine. I lipidi sono chiamati grassi se sono solidi a temperatura ambiente mentre sono oli se sono liquidi. Fanno parte dei lipidi anche i fosfolipidi che formano le membrane cellulari, gli steroidi come l’ormone testosterone e gli ecosanoidi che regolano i processi infiammatori. La struttura dei lipidi comprende una molecola a tre atomi di carbonio chiamata glicerolo e molecole dette acidi grassi costituite da lunghe catene di atomi di carbonio legati ad atomi di idrogeno aventi un gruppo carbossilico all’estremità della catena.
Gli acidi grassi possono essere saturi se tra i legami di carbonio non ci sono doppi legami, monoinsaturi se è presente un doppio legame e poliinsaturi se sono presenti due o più doppi legami.
I lipidi più semplici sono i triacilgliceroli o trigliceridi, composti da tre acidi grassi legati ai gruppi ossidrilici di una molecola di glicerolo. I trigliceridi sono la forma di deposito energetico degli animali, si trovano sotto forma di gocce di grasso all’interno di cellule chiamate adipociti.
Nucleotidi
La struttura di un nucleotide è formata da uno o più gruppi fosfato, uno zucchero a cinque atomi di carbonio (il ribosio nel RNA e il deossiribosio nel DNA) e una struttura ad anello formata da carbonio e azoto chiamata base azotata. Esistono due tipi di base azotate: le purine (adenina e guanina) e le piramidine (citosina, timina e uracile, quest’ultima si trova nel RNA al posto della timina).
Nucleotidi più piccoli includono ATP e ADP importanti per il trasferimento di energia, altri nucleotidi che trasferiscono energia sono il NAD e il FAD. Altro nucleotide è l’AMP ciclico che è una molecola coinvolte nel trasferimento di segnali dall’ambiente extracellulare alla cellula.
DNA e RNA sono detti acidi nucleici, il loro ruolo è di immagazzinare l’informazione genetica dentro le cellule e trasmetterla alle future generazioni.
Alcune biomolecole combinano carboidrati, proteine e lipidi. Le lipoproteine sono la combinazione di proteine e lipidi, si trovano nelle membrane cellulari oppure nel sangue per il trasporto di molecole idrofobiche come il colesterolo. La combinazione di carboidrati e proteine forma le glicoproteine mentre la combinazione di lipidi e carboidrati forma i glicolipidi. Tutte queste molecole sono importanti componenti delle membrane cellulari.