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Composti chimici

Inorganici

-Acqua-Ossigeno (O2), Anidride carbonica (CO2)-Elementi minerali quali 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.

Organici

Idrocarburi

Alcoli, aldeidi

Molecole biologiche o biomolecole

Carboidrati

Lipidi

Proteine

Acidi nucleici

Le molecole della vita

Biologia generale 2015 - Prof.ssa Bernardo

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


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: 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,detta legame a idrogeno o ponte idrogeno.Questo legame intermolecolare, molto più debole dei legami chimici, si stabilisceanche con qualsiasi altra sostanza polare.


Proprietà: 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.


Ossigeno

Elemento chimico più abbondante della Terra e fa parte di numerosi composti chimici, il più importante dei quali è l’acqua.

In forma molecolare e gassosa l’ossigeno è un componente dell’atmosfera, importante per la vita in quanto necessario a quasi tutti gli esseri viventi per respirare.


Anidride carbonica

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


Composti chimici

Inorganici

-Acqua-Ossigeno (O2), Anidride carbonica (CO2)-Elementi minerali quali 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.

Organici

Idrocarburi

Alcoli, aldeidi

Molecole biologiche o biomolecole

Carboidrati

Lipidi

Proteine

Acidi nucleici

Le molecole della vita


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 queste lemolecole biologiche.


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


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. Ecco alcuni esempi: barbabietola da zucchero, zucchero di canna -> saccarosiocereali (pane, pasta, riso), tuberi (patate) e legumi -> amidocarne e pesce -> glicogenolatte e latticini -> lattosiofrutta e miele -> fruttosio; glucosio


LIPIDI o GRASSI

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

sono comunemente chiamati grassi

sono insolubili in acqua (idrofobi = “paura dell’acqua”)

Funzioni:riserva energetica (molecole ad alto contenuto energetico; si accumulanonel tessuto 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.Ogni molecola di grasso è formata da tre molecole di acidi grassi, legate a una molecola di glicerolo. Proprio per questo vengono detti trigliceridi.


LIPIDI

I 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). Infatti, in questo caso le molecole di questi lipidi incorrispondenza dei doppi legami presentano dei ripiegamenti chene rendono più difficile una disposizione compatta.


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: I FOSFOLIPIDI

I fosfolipidi sono formati da due molecole di acidi grassi, una molecola di glicerolo eun gruppo fosfato (legato a un gruppo di atomi polare).Il fatto che il terzo atomo di carbonio del glicerolo non sia legato ad un acidograsso, ma ad un gruppo PO4

3– legato a sua volta ad un gruppo polare (R) determinache i fosfolipidi abbiano una doppia natura: idrofila, dalla parte del gruppo fosfato,idrofoba dalla parte idrocarburiche degli acidi grassi.


FOSFOLIPIDI

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

Sono costituiti da:testa idrofila (fosfato, glicerolo)code idrofobe (2 catene degli acidi grassi).


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).


PROTEINECaratteristiche:

sono catene (polimeri) di amminoacidisono il più abbondante materiale biologico negli organismi animalisono essenziali per la struttura e le funzioni degli esseri viventiLe informazioni per la costruzione delle proteine sono contenute nei geni, cioè nelle sequenze di DNA.

Funzioni:Strutturale Es. tubulina e actina sono proteine del citscheletro

cheratina forma i capellicollagene componente di pelle, tendini, legamentiproteine della seta ragnatela

Contrazione Es. actina e miosina contrazione muscolareRiserva ovalbumina, nell’uovo, ha funzione di riserva per l’embrioneRecettoriale recepiscono i segnali inviati dalle celluleEnzimatica Es. enzimi digestivi facilitano la digestione degli alimentiTrasporto Es. emoglobina trasporta ossigeno ed anidride carbonica

nei globuli rossi del sangueSegnale di comunicazione tra le cellule ormoni, fattori di crescitaDifesa immunitaria Es. anticorpi combattono le infezioni


PROTEINE

Gli amminoacidi sono i monomeri che formano le proteine.Un aminoacido è un composto chimico caratterizzato da un gruppo amminico (–NH2), un gruppo carbossilico (–COOH) ed un gruppo di atomi (gruppo R) specificoper ogni aminoacido.Il carbonio centrale è legato anche a un atomo di idrogeno (H).La specie umana è in grado di sintetizzare solo alcuni di questi amminoacidi; 8amminoacidi sono detti essenziali perché devono essere assunti con la dieta,ingerendo vegetali o carne di animali.


8. Gli amminoacidi e la formazione del legame peptidico

Gli amminoacidi sono tenuti insieme mediante un legamepeptidico: esso si forma tra il gruppo carbossilico di unamminoacido ed il gruppo amminico dell’amminoacido successivoaccompagnato dalla perdita di una molecola di acqua (H2O).La formazione del legame peptidico è una reazione dicondensazione.


PROTEINE

In natura, esistono 20 amminoacidi diversi.


PROTEINE: STRUTTURA

Struttura primaria: sequenza di amminoacidi cheforma una catena polipeptidica.

Struttura secondaria: catena polipetidica si ripiegaa formare struttura ad -elica o struttura afoglietti .

Struttura terziaria: catena polipetidica può esserelineare (proteina fibrosa) o avvolgersi su se stessaassumendo una forma quasi sferica (proteinaglobulare).

Struttura quaternaria: associazione di più catenepolipetidiche. Es. emoglobina (proteina presentenei globuli rossi, con funzione di trasportodell’ossigeno nel sangue).

La forma della proteina è importante per svolgere la sua funzione.Il riscaldamento, o una variazione del pH, provoca la perdita della forma (denaturazione) e la perdita della funzione delle proteine.


PROTEINE

La struttura primaria delle proteineLe proteine differiscono per il numero di amminoacidi che le costituiscono e per la loro sequenza, cioè l’ordine con cui sono assemblate.Ogni proteina ha una diversa struttura primaria che determina la forma tridimensionale della molecola. Dalla forma delle proteine dipende la funzione che esse svolgono.


PROTEINE

La sequenza di amminoacidi che forma la struttura primaria determina, in conseguenzadei legami idrogeno che si formano tra di loro, dei ripiegamenti caratteristici che necondizionano la struttura secondaria. A causa delle interazioni tra i gruppi R dei diversiamminoacidi, la struttura secondaria può ancora ripiegarsi a costituire la strutturaterziaria di alcune proteine. Infine, molte proteine sono formate da più catene diamminoacidi legate tra loro, che nel loro insieme rappresentano la struttura quaternaria.


PROTEINE

La struttura secondaria può ripiegarsi e determinare la complessa

struttura terziaria di alcune proteine.

Grazie a questi ripiegamenti, le proteine formano delle «nicchie»

chiamate siti. Come la serratura di una porta che viene aperta da una

sola chiave, il sito di una proteina è in grado di «accogliere» un unico tipo

di molecola o di atomo. Si tratta di una proprietà fondamentale in moltiprocessi biologici.


ACIDI NUCLEICI: DNA, RNA

Caratteristica peculiare del DNA è lasua lunghezza. Per contenerel’informazione genetica una molecoladi DNA deve necessariamente esserecostituita da molti nucleotidi.Gli acidi nucleici interagiscono con altritipi di biomolecole dando origine astrutture molecolari spessoestremamente complesse, come adesempio la cromatina nucleare e iribosomi.

Gli acidi nucleici sono lunghi polimeri lineari che contengono, trasportano edecifrano l’informazione genetica.Gli acidi nucleici sono costituiti da un gran numero di nucleotidi legati l’unoall’altro mediante legami covalenti.Le molecole di DNA si trovano in forma di doppia elica, mentre le molecole diRNA sono in genere a singolo filamento.


ACIDI NUCLEICI

Le unità monomeriche degli acidi nucleici sono i nucleotidi .Un singolo nucleotide è composto da:- uno zucchero (desossiribosio nel DNA, ribosio nell’RNA);

(desossiribosio= senza il gruppo ossidrilico sull’atomo di carbonioin posizione2’)

-un gruppo fosforico;- una base azotata (purina o pirimidina).La base azotata è legata allo zucchero tramiteun legame N-glicosidico.

nucleotide


Le basi azotate dei nucleotidiLe basi presenti nel DNA sono le purine adenina (A) e guanina(G), e le pirimidine citosina (C) e timina (T).

Basi puriniche e pirimidiniche presenti negli acidi nucleici


ACIDI NUCLEICI

Negli acidi nucleici i nucleotidi sono uniti l’uno all’altro mediante legami di tipo fosfodiestere.Il gruppo 3′–OH di un nucleotide si lega con il gruppo fosforico al 5′ del nucleotide adiacente.

Scheletri dei polimeri lineari di DNA ed RNA


Da: Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Il DNA (acido desossiribonucleico)Il DNA si trova all’interno del nucleo e contiene l’informazione genetica. Il DNA è fatto da due catene di nucleotidi tenute assieme da deboli legami idrogeno fra coppie di basi azotate appaiate. Le due catene si avvolgono a formare la doppia elica, del diametro di 20 Å.• lo zucchero pentoso del DNA è il desossiribosio;• le basi azotate presenti nel DNA sono la guanina,

l’adenina, la citosina e la timina;• lo scheletro idrofilo zucchero-fosfato si trova

all’esterno, mentre le basi azotate sono disposteall’interno originando un nucleo idrofobico;

• in questa struttura, l’adenina (A) si appaia con latimina (T) e la guanina (G) con la citosina (C).



L’RNA convoglia le informazioni codificate nei geni dal DNA ai ribosomi per la sintesi proteica.

Differenze rispetto al DNA:

1) I nucleotidi dell’RNA sono allineati lungo un unico filamento (invece che in struttura a doppia elica).

2) Lo zucchero pentoso dell’RNA è il ribosio.

3) Le basi azotate presenti nell’RNA sono la guanina, l’adenina, la citosina e l’uracile (anziché timina).

L’RNA (acido ribonucleico)Analogamente al DNA, è un lungo polimero lineare formato dalla successione di ribonucleotidi uniti mediante legami fosfodiestere.


• ALTRA MOLECOLA BIOLOGICA:adenosin-trifosfato (ATP)

Diversa dalle precedenti per funzioni, ma ha struttura molecolare parzialmente simile a quella degli acidi nucleici


L’ATP (adenosin-trifosfato) è un nucleotide composto da tre parti:•la base adenina;•lo zucchero pentoso ribosio;•tre gruppi fosfato legati tra loro da legami covalenti.

L’ATP è il trasportatore di energia delle cellule


Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

L’ATP è una molecola ad alta energia: la rottura dei legami covalenti dei due gruppi fosfato più esterni da parte di un enzima (idrolisi) libera infatti molta energia.

L’ATP è il trasportatore di energia delle cellule


Riferimenti online:http://online.scuola.zanichelli.it/saracenibiologia-files/OCVazzurra/Volume1/Sintesi/Zanichelli_Saraceni_Vita_azzurra_sintesi_U1.pdf

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