La chimica della vita - sfp.unical.itsfp.unical.it/modulistica/BIOLOGIA 2 2015-2016.pdf · Elementi...

Composti chimici

-Elementi : Carbonio (C), Ossigeno (O), Idrogeno (H), Calcio (Ca), Fosforo (P), Magnesio (Mg), Sodio(Na), Potassio (K), Zolfo (S), Cloro (Cl), Ferro (Fe), Zinco (Zn), Rame (Cu), Iodio (I),Cobalto (Co), Selenio (Se), Manganese (Mn),Fluoro (F), Cromo (Cr), ecc.ecc.

-Molecole organiche: Idrocarburi, Alcoli, Aldeidi,ecc.ecc…., Molecole biologiche o Biomolecole

Carboidrati

Lipidi

Proteine

Acidi nucleici

La chimica della vita

Biologia generale 2015-2016 - Prof.ssa Bernardo

-Molecole Inorganiche:Ossigeno (O2), Acqua (H2O), Anidride carbonica (CO2) , Ammoniaca (NH3), Cloruro di sodio (NaCl), ecc.ecc.

Elementi chimici nei viventi, sono gli stessi che costituiscono il pianeta


Molecole inorganiche importanti per i viventi• H2O• CO2

• O2

Nel caso in cui si abbia una moderata differenza di elettronegatività tra i due atomi

In ognuna di queste molecole gli atomo sono legati fra loro da legami covalenti

Il legame covalente può essere puro o polare. Puro: gli elettroni si distribuiscono simmetricamente fra i due atomi. Polare: i due atomo coinvolti nel legame covalente hanno una differente elettronegatività e gli elettroni condivisi risultano maggiormente attratti dall'atomo più elettronegativo.

Legame ionico

• Il legame ionico è un legame di natura elettrostatica. Si riferisce alla mutua attrazione elettrostatica che si instaura tra le cariche elettriche di un catione (ione che ha carica +, perché ha perso un elettrone) e di un anione (ione che ha carica –, perché ha un elettrone in più ).

Legame idrogeno• Il legame a idrogeno o ponte a idrogeno è un caso

particolare di forza intermolecolare in cui è implicato un atomo di idrogeno coinvolto in un legame covalente di tipo polare con un elemento molto elettronegativo come l’ossigeno.

• Questo legame intermolecolare, molto più debole dei legami chimici (covalente e ionico), si stabilisce con qualsiasi altra sostanza polare.

Ossigeno

Elemento chimico più abbondante della Terra e fa parte di numerosi composti chimici, il più importante dei quali è l’acqua; ma in forma molecolare e gassosa l’ossigeno (O2 ) è un componente dell’atmosfera, importante per la vita in quanto necessario a quasi tutti gli esseri viventi per respirare.


Acqua H2O

la molecola è neutra, ma al suo interno la carica elettrica negativa si concentra attorno al nucleo dell’atomo di ossigeno (δ–), mentre dalla parte della coppia di nuclei di idrogeno si concentra la carica elettrica positiva (δ+).

Ogni molecola di acqua è costituita da 2 atomi di idrogeno (H) e 1 atomi di ossigeno (O), uniti tramite due legami di tipo covalente polare


Proprietà dell’acqua: polaritàLe molecole d’acqua presentano polarità e perciò danno origine a legami aidrogeno. Cioè, tra la parte negativa di una molecola d’acqua e la parte positivadi un’altra molecola si manifesta una debole forza di attrazione elettrostatica.


Proprietà dell’acqua: ionizzazioneL’acqua ha la tendenza a ionizzarsi: un piccolo numero di molecole si scinde in ioni H+

(protoni) e OH– (ossidrili). Lo ione H+ è estremamente reattivo e tende a legarsi subitocon un’altra molecola d’acqua. Si forma così lo ione H3O+ (idronio).La tendenza a ionizzarsi delle molecole d’acqua è bilanciata dalla tendenza degli ioniH3O+ e OH– a riassociarsi tra loro per formare molecole di H2O. Si crea, cioè, unequilibrio chimico dinamico:2 H2O H3O+ + OH–

Le due frecce indicano che la reazione procede in entrambe le direzioni.


pH, grado di acidità

Si definisce:Acido qualsiasi molecola o ione che possadonare un protone.Base qualsiasi molecola o ione che possaaccettarlo.Il grado di acidità si misura tramite il pH,un parametro legato alla concentrazionein soluzione di ioni H3O+.Le sostanze acide hanno pH compreso tra0 e 7; quelle basiche pH tra 7 e 14; quellecon pH circa 7 sono dette neutre.Nei liquidi organici vi sono sistemi chimiciche servono a mantenere le variazioni dipH in un ristretto intervallo.


Acqua H2O

• È prodotta dalla respirazione cellulare (insieme all’anidride carbonica), processo metabolico che permette di ricavare molecole energetiche in presenza di ossigeno.


Anidride carbonica C02

È una molecola fondamentale nei processi vitali delle piante e degli animali. È indispensabile per la fotosintesi.È prodotta dalla respirazione cellulare (insieme all’acqua) processo metabolico che permette di ricavare molecole energetiche in presenza di ossigeno.


Composti chimici

-Elementi : Carbonio (C), Ossigeno (O), Idrogeno (H), Calcio (Ca), Fosforo (P), Magnesio (Mg), Sodio(Na), Potassio (K), Zolfo (S), Cloro (Cl), Ferro (Fe), Zinco (Zn), Rame (Cu), Iodio (I),Cobalto (Co), Selenio (Se), Manganese (Mn),Fluoro (F), Cromo (Cr), ecc.ecc.

-Molecole organiche: Idrocarburi, Alcoli, Aldeidi,ecc.ecc…., molecole biologiche o biomolecole

Carboidrati

Lipidi

Proteine

Acidi nucleici

La chimica della vita


-Molecole Inorganiche:Ossigeno (O2), Acqua (H2O) Anidride carbonica (CO2) , Ammoniaca (NH3), Cloruro di sodio (NaCl), ecc.ecc.

I composti organici• Tutte le molecole organiche

contengono atomi di carbonio (C)uniti ad altri atomi (di carbonio o dialtro tipo) tramite legami covalenti.

• I composti organici più semplici sonogli idrocarburi (come il petrolio e ilmetano), costituiti soltanto dacarbonio e idrogeno. Nonostante illoro grande interesse economico,queste sostanze non sonoparticolarmente importanti per isistemi viventi.

• Ma quando uno o più atomi dicarbonio sono sostituiti da atomi ogruppi di atomi diversi (i cosiddettigruppi funzionali), allora la molecolaassume delle proprietà chimiche efisiche caratteristiche.

• Fra queste ci sono le molecolebiologiche.


La chimica della vitaMACROMOLECOLE BIOLOGICHE


CARBOIDRATICaratteristiche: Sono composti chimici costituiti da carbonio, idrogeno e ossigeno.

Funzioni:- Strutturale: costituiscono strutture essenziali per gli organismi viventi

(funzione di sostegno, soprattutto nei vegetali cellulosa).- Energetica: forniscono energia per svolgere le funzioni dell'organismo (glicogeno, amido).- Protezione: costituiscono l’esoscheletro degli invertebrati (chitina).


Disaccaridi(formati da 2 molecole di zucchero)

Glucosio + fruttosio Saccarosio (comune zucchero da cucina)Glucosio + glucosio Maltosio (deriva da digestione dell’amido)Glucosio + galattosio Lattosio (in latte e latticini)

Polisaccaridi(formati da più di 20 molecole

di glucosio)

Amido riserva energetica nei vegetali (cereali, tuberi, legumi)si accumula in amiloplasti nella cellula vegetalesi trova nei semi e nelle radici

Glicogeno riserva energetica negli animali si accumula in muscoli e fegato

Cellulosa funzione di sostegno nei vegetali si trova nella parete cellulare delle cellule vegetalipuò essere digerita solo dagli erbivoriè il composto organico più abbondante sulla Terra

6. I diversi tipi di CARBOIDRATI

Monosaccaridi(formati da 1 molecola di zucchero)

5C RibosioDesossiribosio

Componenti degli acidi nucleici

Glucosio principale fonte di energiaFruttosio si trova nella fruttaGalattosio si trova nel latte

6C

(Oligosaccaridi)(meno di 20 molecole di glucosio


CARBOIDRATI

Organismi autotrofi (Es. piante): sintetizzano zuccheri (glucosio) a partire da componenti inorganici quali acqua e CO2 mediante il processo di fotosintesi clorofilliana.

Organismi eterotrofi (Es. animali): soddisfano il fabbisogno energetico nutrendosi di alimenti che contengono zuccheri e ricavano energia proprio dalla demolizione degli zuccheri (respirazione).Esempi di alimenti ricchi di zuccheri:

- barbabietola da zucchero, zucchero di canna -> saccarosio- cereali (pane, pasta, riso), tuberi (patate) e legumi -> amido- carne e pesce -> glicogeno- latte e latticini -> lattosio- frutta e miele -> fruttosio; glucosio


LIPIDI o GRASSI

Caratteristiche: sono costituiti da lunghe catene di atomi di carbonio, idrogeno eossigeno

sono insolubili in acqua: idrofobi (paura dell’acqua)


LIPIDI o GRASSI

Funzioni

riserva energetica, molecole ad alto contenuto energetico; si accumulano neltessuto adiposo, sottocutaneo

protezione meccanica per alcuni organi (cuore, fegato, reni....)

isolante termico, es. grasso animale

Impermeabilizzante, es. cere sulle penne degli uccelli

funzione strutturale nelle membrane cellulari fosfolipidi

precursori di importanti molecole biologiche: ormoni, vitamine


LIPIDI

I grassi sono composti che svolgono un’importante funzione di riserva energetica inmolte piante e animali: a parità di peso, infatti, la completa demolizione dei grassilibera circa il doppio di energia dei carboidrati. Vi sono diversi tipi di lipidi.Acidi grassi: catena di atomi di carbonio lineare legata ad atomi di idrogeno e da ungruppo carbossilico.


LIPIDII lipidi che contengono acidi grassi in cui non compaionodoppi legami sono detti saturi e sono solidi atemperatura ambiente (il burro, il grasso della carne).

Se, invece, gli acidi grassi presentano doppi legami sono dettiinsaturi e sono liquidi a temperatura ambiente [olio d’oliva e oli disemi]. L'acido linoleico (omega6) e l'acido linolenico (omega3) sonoanche essi insaturi e hanno il doppio legame in terza posizione apartire dall’ultimo carbonio (omega), ovvero il più lontano dal gruppocarbossilico.

Acidi grassi saturi

Acidi grassi insaturi


LIPIDI-Acidi grassi saturi

-Acidi grassi insaturi

-Acidi grassi idrogenatiDerivano da grassi insaturi (dunque vegetali) nei quali si pratica l’idrogenazione. In questo processo i doppi legami vengono fatti reagire con idrogeno molecolare in presenza di catalizzatori, che li trasformano in legami singoli C-C come nei grassi saturi,


In questo modo i lipidi da liquidi solidificano (margarina= di cocco, di arachidi, di soia, di girasole). Vantaggio: gli oli vegetali divengono spalmabili e si conservano più a lungo. Sono usati nell’industria dolciaria per la consistenza cremosa.

-Acidi grassi saturi di natura vegetale, non idrogenati: olio di palma

Olio di palma: acido grasso saturo, non idrogenato, semisolido


Vantaggi: economico (costa poco), non ha sapore, non irrancidisce, non necessita di idrogenazione, semisolido a temperatura ambiente

Svantaggi: causa della deforestazione e dei cambiamenti climatici.Peggiora il profilo lipidico, nel sangue,

favorendo danni sul sistema cardiovascolare. E’ cancerogeno !?

LIPIDI: TRIGLICERIDI

Trigliceridi: formata da tre molecole di acidi grassi, legate a una molecola di glicerolo.


LIPIDI: FOSFOLIPIDI

I fosfolipidi sono formati da due molecole di acidi grassi, una molecola di glicerolo e ungruppo fosfato (legato a un gruppo polare).


Il fatto che il terzo atomo dicarbonio del glicerolo non sialegato ad un acido grasso, maad un gruppo PO4

3– legato asua volta ad un gruppo polare(R) determina che i fosfolipidiabbiano una doppia natura:idrofila, dalla parte del gruppofosfato, idrofoba dalla parteidrocarburiche degli acidigrassi.

FOSFOLIPIDI

Principali costituenti delle membraneplasmatiche cellulari (doppio stratolipidico) insieme alle proteine dimembrana e al colesterolo.

testa idrofila (fosfato, glicerolo)code idrofobe (2 catene degli acidi grassi).


LIPIDI: LE CERE1) Sono lipidi piuttosto simili ai grassi Essendo insolubili in acqua, le cere svolgono un’importantefunzione di rivestimento protettivo ed impermeabilizzante

Le penne degli uccelli La cuticola sulle foglie

1)

3) Le api le usano per costruire le pareti deglialveari

2) Conferiscono lucentezza ai frutti (mele, pere, ciliegie)


LIPIDI: GLI STEROIDIUn altro tipo di lipidi è dato daglisteroidi, in cui gli atomi dicarbonio si legano a formarequattro anelli chiusi e uniti traloro.

Lo steroide più comune è il colesterolo che può essere sintetizzato dalle cellule (origine endogena) o introdotto con la l’alimentazione (origine esogena)

Il colesterolo svolge funzioni essenziali al metabolismo:• costituente delle membrane cellulari delle cellule animali• rappresenta la molecola di partenza nella sintesi di un gruppo di ormoni, dettiormoni steroidei, che comprendono gli ormoni sessuali (testosterone, aldosterone,estradiolo) e alcuni ormoni prodotti dalle ghiandole surrenali ed altri ormonisteroidei (es. cortisolo)•precursore della vitamina D (importante per la crescita ossea e dei denti)• composto di partenza per la sintesi degli acidi biliari (prodotti dal fegato).


La chimica della vita - sfp.unical.itsfp.unical.it/modulistica/BIOLOGIA 2 2015-2016.pdf · Elementi...

Documents

Transcript of La chimica della vita - sfp.unical.itsfp.unical.it/modulistica/BIOLOGIA 2 2015-2016.pdf · Elementi...