Università dell’AquilaUniversità dell’Aquila

Dipartimento di Medicina Clinica, Sanità Pubblica, Scienze della Vita e dell’AmbienteDipartimento di Medicina Clinica, Sanità Pubblica, Scienze della Vita e dell’AmbienteCL Scienze Psicologiche ApplicateCL Scienze Psicologiche Applicate

a.a. 2013-2014a.a. 2013-2014

Modulo di “Modulo di “Biologia ApplicataBiologia Applicata” (5 CFU)” (5 CFU)

Corso integrato diCorso integrato di““Biologia Applicata all’Attività Psichica” (10 CFU) Biologia Applicata all’Attività Psichica” (10 CFU)

Corso Corso integratointegrato di di““Biologia Applicata all’Attività PsichicaBiologia Applicata all’Attività Psichica””

10 CFU10 CFUModuloModulo

““Biologia Applicata”Biologia Applicata”5 CFU5 CFU

I semestreI semestre

ModuloModulo““Basi Psicobiologiche dell’Attività Psichica”Basi Psicobiologiche dell’Attività Psichica”

5 CFU5 CFUII semestreII semestreFaloneFalone AmicarelliAmicarelli

A partire da giugno 2014 (fine del corso annuale), gli A partire da giugno 2014 (fine del corso annuale), gli studenti dovranno prenotarsi per gli esami del studenti dovranno prenotarsi per gli esami del corso corso integratointegrato..

Tutta la materia è costituita da Tutta la materia è costituita da atomiatomi..

Particelle molto più piccole di qualsiasi Particelle molto più piccole di qualsiasi oggetto che può essere osservato oggetto che può essere osservato attraverso i comuni microscopi.attraverso i comuni microscopi.

Gli atomi sono talmente piccoli che è difficile immaginarne le dimensioni.Gli atomi sono talmente piccoli che è difficile immaginarne le dimensioni.

Sarebbe necessario allineare cinque milioni di atomi di carbonio per arrivare a Sarebbe necessario allineare cinque milioni di atomi di carbonio per arrivare a coprire una distanza di un millimetro.coprire una distanza di un millimetro.

Analogamente, il peso degli atomi è infinitesimamente piccolo. Occorrerebbero Analogamente, il peso degli atomi è infinitesimamente piccolo. Occorrerebbero 6x106x102323 atomi per poter pesare un grammo di idrogeno. atomi per poter pesare un grammo di idrogeno.

600’000’000’000’000’000’000’000600’000’000’000’000’000’000’000(600 mila miliardi di miliardi di(600 mila miliardi di miliardi di

atomi di idrogeno)atomi di idrogeno)

Un Un grammogrammo

Ogni atomo ha un Ogni atomo ha un nucleo nucleo contenente contenente cariche positive (cariche positive (protoniprotoni) e particelle ) e particelle senza carica (senza carica (neutronineutroni).).

Orbitanti attorno al nucleo, ogni atomo Orbitanti attorno al nucleo, ogni atomo ha ha elettronielettroni, particelle estremamente , particelle estremamente leggere eleggere e cariche negativamente (ecariche negativamente (e--).).

Il numero di protoni presenti nel nucleo Il numero di protoni presenti nel nucleo di un atomo equivale al di un atomo equivale al numero numero atomico atomico (Z).(Z).

Il numero atomico identifica in modo Il numero atomico identifica in modo inequivocabile l’atomo e definisce inequivocabile l’atomo e definisce l’l’elementoelemento a cui l’atomo appartiene. a cui l’atomo appartiene.

In un atomo In un atomo non ionizzatonon ionizzato, il numero di , il numero di elettroni è uguale al numero di protoni.elettroni è uguale al numero di protoni.

La somma dei neutroni e degli protoni di un atomo si definisce La somma dei neutroni e degli protoni di un atomo si definisce numero di numero di massamassa (A). (A).

Il numero di massa viene sempre riportato in alto a sinistra del simbolo chimico Il numero di massa viene sempre riportato in alto a sinistra del simbolo chimico dell'elemento, mentre il numero atomico viene evidenziato a sinistra in basso.dell'elemento, mentre il numero atomico viene evidenziato a sinistra in basso.

Gli elementi di uno stesso Gli elementi di uno stesso gruppo gruppo condividono molte proprietà chimiche.condividono molte proprietà chimiche.

Gruppo (I, II, III, IV,…)Gruppo (I, II, III, IV,…)

Peri

odo

(1,2

, 3, 4

, …)

Peri

odo

(1,2

, 3, 4

, …)

I neutroni (privi di carica) sono importantissimi poiché contribuiscono alla I neutroni (privi di carica) sono importantissimi poiché contribuiscono alla stabilità del nucleo.stabilità del nucleo.

Gli Gli isotopi isotopi sono quelle forme di un elemento che hanno lo stesso numero di sono quelle forme di un elemento che hanno lo stesso numero di protoni, ma differente numero di neutroni.protoni, ma differente numero di neutroni.

Sulla Terra, la maggior parte dei nuclei degli atomi di carbonio esistono in forma Sulla Terra, la maggior parte dei nuclei degli atomi di carbonio esistono in forma stabile con sei protoni e sei neutroni (stabile con sei protoni e sei neutroni (1212C) o, in misura minore, come C) o, in misura minore, come 1313C, con C, con sei protoni e sette neutroni.sei protoni e sette neutroni.

Tuttavia, una piccola frazione di atomi di carbonio (meno di uno su un milione) Tuttavia, una piccola frazione di atomi di carbonio (meno di uno su un milione) contiene nuclei costituiti da sei protoni e otto neutroni (contiene nuclei costituiti da sei protoni e otto neutroni (1414C).C).Tali atomi sono instabili e vanno incontro a decadimento radioattivo Tali atomi sono instabili e vanno incontro a decadimento radioattivo ((radioisotopiradioisotopi).).

1212CC66

1313CC66

1414CC66

L’L’ossigenoossigeno, necessario per la respirazione delle cellule, è presente nella maggior , necessario per la respirazione delle cellule, è presente nella maggior parte dei composti organici e contribuisce a formare l’parte dei composti organici e contribuisce a formare l’acquaacqua..

Il carbonio forma lo scheletro di tutte le molecole di interesse biologico.Il carbonio forma lo scheletro di tutte le molecole di interesse biologico.

L’idrogeno è presente in tutti i composti organici, è componente dell’acqua e L’idrogeno è presente in tutti i composti organici, è componente dell’acqua e gioca un ruolo importantissimo nei trasferimenti di energia.gioca un ruolo importantissimo nei trasferimenti di energia.

L’L’azotoazoto è presente nelle principali macromolecole biologiche. è presente nelle principali macromolecole biologiche.

Protoni e neutroni, in condizioni non estreme (come, ad esempio, quelle Protoni e neutroni, in condizioni non estreme (come, ad esempio, quelle presenti sul Sole o in un reattore nucleare) non cambiano la loro organizzazione presenti sul Sole o in un reattore nucleare) non cambiano la loro organizzazione all’interno dei nuclei.all’interno dei nuclei.

Nei tessuti viventi, quindi, sono solo gli elettroni di un atomo che partecipano Nei tessuti viventi, quindi, sono solo gli elettroni di un atomo che partecipano alle reazioni chimiche e che vanno incontro a riarrangiamento.alle reazioni chimiche e che vanno incontro a riarrangiamento.

Gli elettroni non orbitano attorno al nucleo atomico in modo semplice.Gli elettroni non orbitano attorno al nucleo atomico in modo semplice.

Nel loro movimento attorno al nucleo, gli elettroni occupano regioni dello Nel loro movimento attorno al nucleo, gli elettroni occupano regioni dello spazio chiamate spazio chiamate orbitaliorbitali..

Modello di Modello di BohrBohr

Ogni orbitale può Ogni orbitale può contenere al contenere al massimo massimo due due

elettroni. elettroni.

Orbitale 1sOrbitale 1s

HH

HeHe

1s1s11

1s1s22

Orbitale 2sOrbitale 2s

LiLi

BeBe

1s1s22 2s 2s11

1s1s22 2s 2s22

CompletoCompleto

Guscio 1Guscio 1

Guscio 2Guscio 2

Configurazione Configurazione elettronicaelettronica

Configurazione Configurazione elettronicaelettronica

Gli elettroni riempiono gli orbitali Gli elettroni riempiono gli orbitali atomici, atomici, dal più interno al più dal più interno al più esternoesterno..

Orbitale Orbitale

BB 1s1s22 2s 2s22 2p 2p112p2pxx

2p2pyy

2p2pzz

CC 1s1s22 2s 2s22 2p 2p22

NN 1s1s22 2s 2s22 2p 2p33

OO 1s1s22 2s 2s22 2p 2p44

FlFl 1s1s22 2s 2s22 2p 2p55

NeNe 1s1s22 2s 2s22 2p 2p66 CompletoCompleto

Guscio 2Guscio 2

Configurazione elettronicaConfigurazione elettronica

Gli elettroni tendono a disporsi Gli elettroni tendono a disporsi non accoppiati non accoppiati negli orbitali atomici. negli orbitali atomici. Solo quando gli altri orbitali atomici di pari livello energetico sono stati occupati, Solo quando gli altri orbitali atomici di pari livello energetico sono stati occupati, gli elettroni tendono a accoppiarsi (gli elettroni tendono a accoppiarsi (spin spin opposto).opposto).

Più l’elettrone orbita lontano dal nucleo, più è alta la sua Più l’elettrone orbita lontano dal nucleo, più è alta la sua energiaenergia..

Gli elettroni che occupano il Gli elettroni che occupano il guscio di valenzaguscio di valenza, ossia gli orbitali più esterni, , ossia gli orbitali più esterni, sono sono responsabili delle proprietà chimiche dell’atomo.sono sono responsabili delle proprietà chimiche dell’atomo.

In altre parole, la reattività di un atomo dipende da quanti elettroni servono In altre parole, la reattività di un atomo dipende da quanti elettroni servono all’atomo per completare il suo guscio elettronico più esterno. all’atomo per completare il suo guscio elettronico più esterno.

Un atomo con il proprio Un atomo con il proprio guscio elettronico guscio elettronico di valenza (più esterno) completo di valenza (più esterno) completo è altamente è altamente stabilestabile..

L’elio (He), il neon (Ne) e l’argon (Ar), tutti gas inerti, sono esempi di tali L’elio (He), il neon (Ne) e l’argon (Ar), tutti gas inerti, sono esempi di tali elementi con il guscio di valenza completo.elementi con il guscio di valenza completo.

L’idrogeno (H), al contrario, presenta un guscio di valenza incompleto (con un L’idrogeno (H), al contrario, presenta un guscio di valenza incompleto (con un solo elettrone), quindi è altamente instabile e tende a reagire con altri atomi solo elettrone), quindi è altamente instabile e tende a reagire con altri atomi nelle sue vicinanze.nelle sue vicinanze.

Gli atomi tendono a completare il proprio guscio di valenza.Gli atomi tendono a completare il proprio guscio di valenza.

Questo avviene quando un atomo “strappa” un elettrone di valenza a un altro Questo avviene quando un atomo “strappa” un elettrone di valenza a un altro atomo (legame atomo (legame ionicoionico), oppure quando due elettroni di valenza spaiati ), oppure quando due elettroni di valenza spaiati appartenenti a due atomi diversi vengono condivisi (legame appartenenti a due atomi diversi vengono condivisi (legame covalentecovalente).).

Idrogeno Idrogeno molecolare molecolare

(H(H22))

HH HH

Idrogeno Idrogeno atomico atomico

(1s(1s11))

Ossigeno Ossigeno molecolare molecolare

(O(O22))

OO

Ossigeno Ossigeno atomicoatomico

(1s(1s22 2s 2s22 2p 2p44))

OO

Idrogeno Idrogeno atomico atomico

(1s(1s11))

Ossigeno Ossigeno atomicoatomico

(1s(1s22 2s 2s22 2p 2p44))

OOHH HH OO

HH HH OO OO

Quando, in un legame covalente, la tendenza ad attrarre elettroni Quando, in un legame covalente, la tendenza ad attrarre elettroni ((elettronegativitàelettronegatività) da parte dei due atomi non è diversa, si parla di legame ) da parte dei due atomi non è diversa, si parla di legame apolareapolare..

In molti casi, tuttavia, si osserva differente elettronegatività tra i due atomi, il In molti casi, tuttavia, si osserva differente elettronegatività tra i due atomi, il legame si dice legame si dice polare polare e l’elettrone condiviso tende a occupare “per più tempo” e l’elettrone condiviso tende a occupare “per più tempo” l’orbitale dell’atomo più elettronegativo.l’orbitale dell’atomo più elettronegativo.

AcquaAcqua(H(H22O)O)

HH HH

Idrogeno Idrogeno atomico atomico

(1s(1s11))

OO

Ossigeno Ossigeno atomicoatomico

(1s(1s22 2s 2s22 2p 2p44))Idrogeno Idrogeno atomico atomico

(1s(1s11))

HHOO

HH

HHOO

HH

Sodio atomicoSodio atomico(1s(1s22 2s 2s22 2p 2p6 6 3s3s11))

Cloro atomicoCloro atomico(1s(1s22 2s 2s22 2p 2p6 6 3s3s2 2 3p3p55))

Ione sodioIone sodio(1s(1s22 2s 2s22 2p 2p66))

Ione cloruroIone cloruro(1s(1s22 2s 2s22 2p 2p6 6 3s3s2 2 3p3p66))

NaNa ClCl NaNa++ ClCl--

Come negli altri composti ionici, il legame che unisce i due ioni è di tipo Come negli altri composti ionici, il legame che unisce i due ioni è di tipo elettrostaticoelettrostatico..

Legami covalenti e ionici sono chiamati Legami covalenti e ionici sono chiamati legami fortilegami forti, poiché è necessaria una , poiché è necessaria una considerevole quantità di energia per romperli.considerevole quantità di energia per romperli.

In natura, tuttavia, esistono In natura, tuttavia, esistono legami debolilegami deboli che rivestono un’importanza che rivestono un’importanza straordinaria nelle dinamiche molecolari. straordinaria nelle dinamiche molecolari.

Il Il legame idrogeno legame idrogeno si forma tra un atomo con parziale carica negativa e un si forma tra un atomo con parziale carica negativa e un idrogeno legato covalentemente a un atomo ad alta elettronegatività idrogeno legato covalentemente a un atomo ad alta elettronegatività (tipicamente, un ossigeno o un azoto).(tipicamente, un ossigeno o un azoto).

AcquaAcqua(molecola polare)(molecola polare)

AmmoniacaAmmoniaca(molecola polare)(molecola polare)