LA CHIMICA DELLA VITA La molecola dell’acqua e le sue proprietà

• La coesione

• La tensione superficiale

• L’adesione

• La capillarità

• La densità del ghiaccio

Le proprietà del Carbonio

I carboidrati

I lipidi

Le proteine

Gli acidi nucleici

La molecola dell’acqua possiede proprietà speciali

Il legame covalente consiste nella condivisione di elettroni

tra i due elementi legati. Una molecola che ha due cariche

elettriche opposte è detta polare. L’acqua (H2O) è una

molecola polare perché gli elettroni di legame sono più attirati

dall’ossigeno (che è così parzialmente negativo) e meno attirati

dall’idrogeno (che diventa parzialmente positivo). Tra un atomo

di idrogeno leggermente positivo di

una molecola e un atomo di ossigeno

leggermente negativo di un’altra molecola

Si instaura un legame debole che

è chiamato legame a idrogeno (…).

+

+

-

+

L’acqua è un ottimo solvente per le sostanze polari

Una soluzione è un miscuglio omogeneo di due o più

sostanze, in cui non è possibile distinguere i singoli

componenti. La sostanza che scioglie le altre ed è presente in

maggiore quantità è detta solvente, mentre quella presente

in minore quantità è detta soluto.

L’acqua è un ottimo solvente per le sostanze polari che,

sciogliendosi facilmente in essa sono anche dette IDROFILE:

tra queste lo zucchero ed il sale.

Le molecole apolari, come quelle dei grassi, tendono a essere

insolubili in acqua e sono dette idrofobiche.

La DENSITA’ del ghiaccioLa densità è definita come la massa di un corpo divisa per il volume che occupa. Nel ghiaccio i legami idrogeno sono stabili e le molecole sono meno mobili e più distanti rispetto al liquido. Nel liquido, a causa della maggiore mobilità, i legami idrogeno sono instabili e le molecole si avvicinano e si accostano. Il volume del liquidoè inferiore rispettoal ghiaccio e la suadensità è maggiore. Per tale motivo il ghiaccio galleggia sull’acqua

La COESIONE e la TENSIONE SUPERFICIALELa COESIONE è una delle proprietà dell’acqua dovuta alla sua polarità: tra ossigeno ed idrogeno delle diverse molecole si instaurano legami idrogeno; le molecole interagiscono tra loro formano una sorta di rete e restano coese l’una all’altra. A seguito della loro interazione le molecole sulla superficie del liquido si comportano come se ci fosse una pellicola. Tale fenomeno è detto TENSIONE SUPERFICIALE e rappresenta la capacità della superficie dell’acqua liquida di sostenere piccoli oggetti, o di impedire che il liquido trabocchi da un bicchiere colmo.

La capillarità rappresenta la capacità dell’acqua di salire verso l’alto nei capillari (cioè in piccoli cilindri cavi). Interagendo tra loro (per coesione) e con le pareti del capillare (per adesione) le molecole di acqua risalgono pian piano verso l’alto. Tale fenomeno consente ai vegetali di assorbire acqua dalle radici e distribuirla fino alle foglie

La polarità dell’acqua consente alle sue molecole di interagire anche con altri composti polari, che costituiscono per esempio i recipienti che la contengono. L’ADESIONE rappresenta proprio il legame dell’acqua con le pareti del contenitore in cui si trova, che forma così una superficie concava detta menisco.

L’ ADESIONE e la CAPILLARITA’

IL CARBONIO

Il carbonio è l’elemento più abbondante della Terra ed è il più

importante per gli esseri viventi. Questo elemento può

formare milioni di molecole diverse che vengono

complessivamente dette COMPOSTI ORGANICI, proprio per

la loro rilevanza per gli organismi viventi.

Tra i composti organici rivestono un ruolo fondamentale le

BIOMOLECOLE: zuccheri, grassi, proteine ed acidi nucleici

Il carbonio ha alcune proprietà fondamentali che lo rendono molto versatile e quindi utile:•Può formare fino a 4 legami covalenti stabili;•Può formare legami singoli, doppi o tripli;•Può formare lunghe catene carboniose lineari, ramificate o ad anello, molto stabili.•Le catene carboniose possono avere gruppi funzionali (OH, SH, NH2; COOH,) che determinano proprietà caratteristiche; •La forma catena carboniosa può assumere forme diverse nello spazio, che ne determinano la funzionalità

Le proprietà del CARBONIO

I gruppi funzionaliQuando sulle catene carboniose

si inseriscono atomi o gruppi di

atomi diversi dal carbonio, questi

(chiamati gruppi funzionali)

conferiscono specifiche proprietà

chimiche alla molecola, quali ad

esempio un diverso grado di

acidità o polarità.

Le biomolecole sono macromolecole e polimeri

Le biomolecole sono generalmente molecole molto grandi e complesse, fatte da migliaia di atomi, per questo vengono considerate MACROMOLECOLE.Questo tipo di composti vengono prodotti dagli organismi per gradi successivi, ovvero unendo tra loro tante piccole unità chimiche; per questo motivo le biomolecole rappresentano dei POLIMERI, sono cioè formatidall’unione di molte molecole più piccole (dette MONOMERI)unite tra loroI polimeri possono essere formatida monomeri tutti identici tra loro o di diverso tipo.

polimero

polimero

I carboidrati• Proprietà generali

• I monosaccaridi

• I disaccaridi

• I polisaccaridi

I carboidrati sono detti anche zuccheri o glucidiHanno formula generale Cn(H2O)n ove n vale da 3 a 7

Sono catene carboniose caratterizzati dalla presenza di gruppi funzionali (OH) e dal gruppo (C=O). Possono avere conformazione lineare o ad anello. Rappresentano la principale fonte di energia per la cellula (tra essi fondamentale è il GLUCOSIO)I MONOSACCARIDI sono gli zuccheri più semplici, costituiti da una sola molecola dizucchero (es glucosio,ribosio, fruttosio)

I MONOSACCARIDI

I DISACCARIDI sono formati dall’unione di due molecole di monosaccaridi

Il MALTOSIO è un disaccaride formato da due molecole di

glucosio unite da un legame glicosidico.

Il SACCAROSIO è un disaccaride fatto dall’unione di glucosio

e fruttosio e rappresenta lo zucchero comune.

Altro disaccaride è il LATTOSIO (glucosio legato al galattosio).

Gli individui intolleranti al lattosio non possono scindere il

legame tra i due monomeri

I DISACCARIDI

I POLISACCARIDI sono polimeri degli zuccheri, sono macromolecole complesse costituite da molti monosaccaridi legati. I polisaccaridi possono avere funzione strutturale o di riserva energetica

L’AMIDO è un polimero del glucosio, è abbondante nei semi dei cereali (mais, frumento…) e costituisce una riserva energetica per il germoglio della pianta che si sviluppa sotto terra. Rappresenta la base dell’alimentazione umana: dai semi di cereali si ottiene la farina, ricca di amido, usata per produrre pasta e pane.

I POLISACCARIDI

La CELLULOSA è anch’essa un polimero del glucosio, ma ha funzione strutturale. E’ abbondante nelle foglie e nel fusto delle piante ove serve da sostegno. Tale molecola, seppure rientri nell’alimentazione umana attraverso le verdure, non viene digerita perché l’intestino umano non è in grado di scindere questa macromolecola nei singoli zuccheri. Nei ruminanti la cellulosa è digerita grazie all’azione di alcuni batteri che vivono in simbiosi nello stomaco dei bovini.I polisaccaridi complessi, (cellulosa, lignina) rappresentano la maggiorparte della massa organica dei vegetali

I POLISACCARIDI

I lipidi• Proprietà generali

• Gli acidi grassi

• I trigliceridi

• I fosfolipidi

• Il colesterolo

I LIPIDI o GRASSI

I LIPIDI, detti comunemente GRASSI, sono molecole

costituite da carbonio, idrogeno e ossigeno.

A questa categoria appartengono molecole molto diverse tra

loro, che hanno però una caratteristica comune: sono

idrofobiche ovvero insolubili in acqua. Generalmente si

distinguono gli OLII, che sono liquidi a temperatura ambiente,

ed i GRASSI, che invece sono solidi a temperatura ambiente.

Nell’alimentazione rappresentano una fonte di energia

metabolizzata più lentamente del glucosio, quindi sono

utilizzati come riserva energetica a medio-lungo termine

Gli ACIDI GRASSI possono essere considerati i lipidi più semplici: sono lunghe catene di carbonio e idrogeno caratterizzate dal gruppo funzionale COOH. Si hanno acidi grassi SATURI se tra i carboni ci sono solo legami singoli: sono di origine animale e sono solidi a T ambiente. Le molecole hanno una struttura lineare che consente loro di affiancarsi formando una struttura compatta e dunque solida.

ACIDO GRASSO MONOINSATURO

ACIDO GRASSO POLINSATURO

ACIDO GRASSO SATURO

Struttura molecolare di un acido grassoINSATURO

GLI ACIDI GRASSI

Si hanno acidi grassi INSATURI se tra i carboni c’è almeno un legame

doppio (insaturazione):sono di origine vegetale e sono solidi a T

ambiente. Le molecole hanno una struttura NON LINEARE che

impedisce loro di affiancarsi, restano quindi mobili e separati tra loro e

per questo hanno consistenza liquida.

Con il termine “GRASSI IDROGENATI” si intendono quegli acidi grassi

originariamente insaturi, in genere a breve catena e di origine vegetale

(olio di palma, di cocco, etc.), che vengono resi saturi addizionando

idrogeno. Vengono in genere impiegati nell’industria dolciaria per la loro

consistenza cremosa.

Con il termine “OMEGA-3” si intendono quegli acidi grassi insaturi, a

lunga catena e abbondanti in alcuni pesci, in cui il doppio legame si trova

in terza posizione apartire dall’ultimo carbonio (carbonio omega), ovvero

il più lontano dal gruppo COOH.

Cavazzuti Biologia © Zanichelli editore 2011

I TRIGLICERIDI

I TRIGLICERIDI sono costituiti da una molecola di glicerolo e da tre molecole di acidi grassi (saturi oppure insaturi). Rappresentano la principale fonte di energia a lungo termine per l’uomo. Vengono conservati nelle cellule del tessuto adiposo

I FOSFOLIPIDII fosfolipidi sono costituiti da una molecola di glicerolo che

lega due acidi grassi ed un gruppo fosforico.

I fosfolipidi sono molecole ANFIPATICHE perché hanno una duplice natura: posseggono una parte apolare rappresentata dalle “code” di acidi grassi,ed una parte polare rappresentatadalla “testa” di acido fosforico.I fosfolipidi sono il costituenteprincipale delle membrane cellulari.La presenza di acidi grassi INSATURI nei fosfolipidi di membranarende questa struttura piùmobile e fluida

Il COLESTEROLO

Il colesterolo è una molecola

complessa formata da quattro

anelli carboniosi.

Il colesterolo, viene prodotto

da tutti gli animali ed è dunque presente negli alimenti di origine

animale (latte, uova, formaggi, carne).

E è un costituente delle membrane cellulari dove, per la sua struttura

ampia e piana, limita la mobilità dei fosfolipidi.

Dal colesterolo vengono prodotti gli ormoni steroidei (estrogeni e

testosterone) ma anche i feromoni (per esempio negli insetti per la

comunicazione tra individui diversi).

Le proteine• Proprietà generali

• Gli amminoacidi

• Struttura I delle proteine

• Struttura II delle proteine

• Struttura III delle proteine

• Struttura IV delle proteine

LE PROTEINELe PROTEINE sono polimeri di AMMINOACIDI, legati tra loro da un legame detto peptidico, per tale ragione sono anche dette polipeptidi o catene polipeptidiche.Le proteine, che rappresentano la maggior parte della massa organica negli animali, svolgono moltissime e diverse funzioni•alcune hanno funzioni strutturali (costituiscono le ossa, i denti);•i muscoli sono costituiti da proteine contrattili;•le reazioni chimiche sono regolate da proteine chiamate enzimi;•alcune hanno funzione di trasporto (emoglobina) o protettiva (anticorpi);•alcune sono messaggeri chimici (ormoni), come l’insulina.

Gli AMMINOACIDI sono piccole molecole aventi una struttura

comune: un atomo di carbonio centrale che lega un gruppo

amminico, un gruppo carbossilico (acido) ed un idrogeno.

Il quarto gruppo legato dal carbonio è una CATENA LATERALE

(rappresentata da una “R”) che varia nei differenti amminoacidi

e quindi conferisce a ciascuno le proprie caratteristiche

specifiche. Gli animali producono ed

Utilizzano circa 20 amminoacidi diversi,

alcuni altri amminoacidi devono essere

assunti con l’alimentazione

e per questo sono detti “essenziali”catena laterale

R

STRUTTURA I Le proteine svolgono numerose diverse funzione; la funzione di

ciascuna proteina dipende dalla sua forma, dalla sua struttura

spaziale. La forma della proteina (e pertanto la sua capacità di

funzionare) è ottenuta attraverso livelli organizzativi successivi

detti struttura I, II, III e IV

La struttura primaria rappresenta la sequenza amminoacidica,

ovvero l’ordine secondo il quale si susseguono i vari amminoacidi.

Esso è geneticamente determinato e rappresenta l’elemento

fondamentale da cui derivano i livelli

successivi di organizzazione spaziale

Val Leu Leu Asp Gly Tyr Ser Leu Val Ser

STRUTTURA II La struttura secondaria consiste nel ripiegamento spaziale

geometrico e definito della catena amminoacidica e può

essere di tre tipi fondamentali: alfa elica, foglietto beta o ansa.

La struttura II assunta dalle varie parti della catena rpoteica

dipende dalla natura degli amminoacidi interessati ed è

stabilizzata da interazioni deboli tra le catene laterali (es

legami idrogeno tra gruppi polari

STRUTTURA III La struttura terziaria rappresenta la struttura finale, la FORMA DEFINITIVA assunta nello spazio dall’intera catena polipeptidica. Tale struttura è in genere stabilizzata da interazioni deboli tra le catene laterali degli amminoacidi (legami idrogeno) o da legami covalenti forti (legami disolfuro S-S).In molti casi la struttura III rappresenta il grado definitivo di organizzazione e la proteina ottenuta è perfettamente funzionante. In genere proteine globulari hanno funzione enzimatica, proteine con funzione di sostegno hanno ivece forma allungata.Trattamenti chimici o fisici forti possono alterare lastruttura proteica in modo irreversibile, tale processoè detto DENATURAZIONE(evidente è la cottura delle uova o della carne

Trattamenti chimici o fisici drastici possono

modificare in modo irreversibile la forma

della proteina (rompendo per esempio i

legami covalenti S-S), la proteina perde

così anche la sua capacità di funzionare.

Il processo che altera irreversibilmente

la forma e la funzione proteica viene detto

denaturazione.

Tale processo è evidente per esempio

nella cottura delle uova o della carne

STRUTTURA IV In molti casi le proteine, assunta la struttura III definitiva, sono perfettamente funzionanti. In altri casi invece più proteine devono associarsi in un grande complesso proteico per poter svolgere la loro funzione. La struttura IV rappresenta proprio l’associazione di più catene proteiche, denominate in tal caso SUBUNITA’ del complesso proteico.

L’emoglobina, deputata trasporto dei gas respiratori nel sangue, è costutuita da4 subunità, 2 di tipo A e 2 di tipo B (indicata come A2B2)

Gli ACIDI NUCLEICI: DNA e RNA

DNA e RNA sono detti acidi nucleici perché hanno

natura acida e perché sono conservati nel nucleo delle

cellule. Hanno la funzione di conservare, trasmettere

ed esprimere le informazioni genetiche, necessarie a

definire le caratteristiche di ciascun vivente.

Sia il DNA (acido deossiribonucleico) che l’RNA (acido

ribonuclaico) sono POLIMERI DEI NUCLEOTIDI

Ciascun nucleotide, il monomero degli acidi nucleici, è

costituito da

-zucchero: RIBOSIO nel RNA o DEOSSIRIBOSIO nel DNA

-gruppo fosfato

-base azotata.

Le basi azotate sono molecole ad anello con carbonio e azoto.

Le purine (adenina o guanina) sono costituite da due anelli a 5 e 6

termini; le pirimidine (timina, citosina ed uracile) sono costituite da

un solo anello a 6 termini.

La catena nucleotidica assume struttura a doppia elica nel DNA

o a singola elica nel RNA