GLI ELEMENTI E I COMPOSTI NEGLI
ORGANISMI
Gli ELEMENTI sono sostanze che non possono
essere scomposte ulteriormente; i più abbondanti
negli esseri viventi sono il carbonio (C), l’idrogeno
(H), l’ossigeno (O) e l’azoto (N)
I COMPOSTI sono invece sostanze formate da
più elementi, tenuti insieme da legami chimici;
possono essere scomposti negli elementi che li
formano attraverso reazioni chimiche. Il
composto più abbondante negli esseri viventi è
l’acqua, poi abbiamo le proteine, i lipidi, i
carboidrati e gli acidi nucleici.
L’ACQUA NEI SISTEMI VIVENTI
Trattandosi del composto più abbondante nelle cellule, l’acqua svolge numerose funzioni:
funzione solvente: l’interno delle cellule è costituito prevalentemente da acqua, che contiene disciolte numerose sostanze;
si può comportare da reagente, prendendo parte ad alcune reazioni (p.es la fotosintesi);
funzione termoregolatoria: l’evaporazione permette mantenere sotto controllo la temperatura degli organismi;
funzione di trasporto: spostandosi negli spazio tra le cellule distribuisce sostanze nutrienti e rimuove quelle di scarto.
LA STRUTTURA DELLA MOLECOLA D’ACQUA
E LE SUE PROPRIETÀ – 1
La molecola dell’acqua è polare poiché
in corrispondenza dell’ossigeno è
presente una parziale carica negativa,
in corrispondenza dell’idrogeno una
parziale carica positiva.
Se due molecole d’acqua si avvicinano,
la parte negativa di una delle due è
attratta da quella positiva dell’altra: si
forma in questo modo un legame a
idrogeno
Ogni molecola d’acqua è formata da un atomo di ossigeno che forma due
legami covalenti (condividendo elettroni) con due atomi di idrogeno (H2O).
LA STRUTTURA DELLA MOLECOLA D’ACQUA
E LE SUE PROPRIETÀ – 2
A causa della formazione dei legami a
idrogeno, l’acqua presenta alcune
proprietà caratteristiche:
Tensione superficiale: è la
formazione di una "pellicola" dovuta
ai legami tra le molecole; i saponi
(tensioattivi) sono in grado di
rompere questa pellicola.
Capillarità: capacità di risalire
attraverso spazi sottili, dovuta ai
legami tra l'acqua e le superfici con
cui viene a contatto.
LA STRUTTURA DELLA MOLECOLE D'ACQUA
E LE SUE PROPRIETÀ – 3
Calore specifico: è la quantità di energia
(calore) da fornire ad una sostanza per far
variare la sua temperatura di 1 °C; nel caso
dell'acqua, i legami a idrogeno limitano i
movimenti delle particelle e di conseguenza
l'aumento della temperatura.
Densità: è il rapporto tra massa e volume; nel
ghiaccio per formare i legami a idrogeno le
molecole si devono allontanare, occupando più
spazio (volume) a parità di massa.
IL POTERE SOLVENTE DELL'ACQUA
Un miscuglio omogeneo liquido è detto soluzione; il componente più abbondante è il solvente, quello meno abbondante è il soluto. L'acqua è in grado di dissolvere un gran numero di sostanze, dette per questo idrofile; quelle che non si sciolgono sono invece dette idrofobe
Sono solubili in acqua le sostanze formate da molecole polari (con una carica
parziale sulla loro superficie, p.e. il saccarosio o l'alcol etilico) o ioniche
(costituite da ioni, ossia atomi carichi, p.e. il cloruro di sodio)
Sono insolubili le sostanze apolari, ossia prive di cariche (p.e. l'olio, così come
tutti i grassi)
IL PH E L'ACIDITÀ DELLE SOLUZIONI
Quando una sostanza si scioglie in acqua può determinare la formazione di ioni H3O
+ (ioni idronio) o di ioni OH- (ioni ossidrile).
Se una sostanza in acqua produce ioni H3O
+ è un acido e la soluzione che produce è acida;
Se una sostanza in acqua produce ioni OH- è una base e la soluzione che produce è basica
L'acidità di una soluzione si indica sulla scala del pH, che va da 0 a 14
Una soluzione con pH tra 0 e 6,99 è acida
Una soluzione con pH da 7,01 a 14 è basica
Una soluzione con pH=7 è neutra
Ogni grado della scala di pH indica un'acidità 10 volte maggiore del grado precedente
I COMPOSTI ORGANICI
Contengono carbonio, che forma sempre 4 legami covalenti.
I più semplici sono gli idrocarburi, formati da catene di carbonio e idrogeno
Le molecole più complesse sono caratterizzate da gruppi funzionali, gruppi di atomi che definiscono le proprietà chimiche della sostanza
Spesso formano polimeri, dati dalla ripetizione di unità più semplici chiamate monomeri
I CARBOIDRATI: ENERGIA E SOSTEGNO Sono molecole costituite da carbonio, idrogeno e ossigeno
Possono essere formati da una, poche o molte molecole legate tra di loro:
Monosaccaridi → molecola singola, per ogni C, due atomi di H e uno di O; i più
importanti sono:
glucosio, principale fonte di energia dei viventi
fruttosio, presente nella frutta
galattosio, presente nel latte
Disaccaridi e oligosaccaridi → formati da due o pochi (fino a 10) monosaccaridi
legati tra loro; alcuni disaccaridi:
saccarosio, glucosio + fruttosio
lattosio, glucosio + galattosio
Polisaccaridi → formati da centinaia o migliaia di monosaccaridi legati tra loro;
hanno funzioni diverse a seconda della struttura
Glicogeno: polimero
del glucosio, ha struttura
ramificata, riserva
energetica negli animali
Amido: polimero del
glucosio, struttura
ramificata, riserva
energetica nelle piante
Cellulosa: polimero del
glucosio, struttura a catene
parallele (a palizzata), funzione
strutturale nella cellula
vegetale, ne costituisce la
parete
I LIPIDI - 1
Macromolecole insolubili in acqua (apolari)
Costituiscono le membrane cellulari
Hanno anche funzione di riserva energetica
Si dividono in 5 categorie
Trigliceridi
Fosfolipidi
Glicolipidi
Steroidi
Cere
I LIPIDI - 2
I trigliceridi sono costituiti da tre catene di acidi
grassi legate ad una molecola di glicerolo, mediante
una reazione di condensazione con perdita di acqua;
si dividono in grassi saturi e grassi insaturi
glicerolo
acidi grassi Grassi saturi:
• no doppi legami
C=C;
• solidi a temperatura
ambiente
• origine animale
Grassi insaturi:
• doppi legami C=C,
piegano le catene;
• liquidi a temperatura
ambiente
• origine vegetale
I LIPIDI - 3
I fosfolipidi sono formati da una molecola
di glicerolo, due molecole di acidi grassi e
un gruppo fosfato, che è polare.
La molecola risulta parzialmente idrofoba
(sulle code di acidi grassi) e parzialmente
idrofila (in corrispondenza con il gruppo
fosfato).
Sono i principali costituenti delle
membrane cellulari
I LIPIDI - 4
I glicolipidi somigliano ai fosfolipidi, con una breve catena di
carboidrati legata al glicerolo; sono costituenti della
membrana cellulare
Gli steroidi hanno una struttura ad anelli chiusi di carbonio,
con funzione fluidificante per la membrana cellulare e come
precursori ormonali; il più comune è il colesterolo
Le cere hanno struttura simile ai trigliceridi, essendo
idrofobiche vengono utilizzate da molti organismi per limitare
le perdite d'acqua o come rivestimento impermeabile.
LE PROTEINE – 1- GLI AMMINOACIDI
Gli amminoacidi sono le unità che, assemblate in
lunghe catene, costituiscono le proteine.
Gruppo
amminico
Carbonio
centrale
Tutti gli amminoacidi hanno alcuni elementi comuni:
• Un atomo di C centrale, a cui sono legati
• Un gruppo amminico NH2
• Un gruppo carbossilico COOH
• Un atomo di idrogeno (H)
• Un gruppo variabile (R), o catena laterale, che identifica l'amminoacido. I gruppi R sono
20, quindi esistono 20 amminoacidi diversi
LE PROTEINE – 2 – I QUATTRO LIVELLI DI
ORGANIZZAZIONE
Primaria: è la sequenza degli
amminoacidi che formano una proteina
Secondaria: dovuta ai legami a idrogeno
tra gli amminoacidi. Dà una prima
struttura tridimensionale alla molecola;
può essere
a elica
a foglietto ripiegato
Terziaria: dovuta alle interazioni tra i
gruppi R degli amminoacidi, determina
la forma della proteina, quindi la sua
funzione; se una proteina perde la sua
forma, ossia si denatura, perde le sue
funzioni
Quaternaria: data dall'unione di più sub-
unità proteiche
GLI ACIDI NUCLEICI – IL DNA
Il DNA contiene le informazioni per la sintesi delle proteine. È costituito da due filamenti avvolti a doppia elica; ciascun filamento è una sequenza di nucleotidi.
Un nucleotide è costituito da tre elementi
Un gruppo fosfato
Uno zucchero a 5 C, il deossiribosio
Una base azotata: adenina (A), guanina (G), timina (T) e citosina (C); la sequenza delle basi azotate costituisce il genoma
GLI ACIDI NUCLEICI – LA
STRUTTURA DEL DNA
Il doppio filamento si avvolge in una struttura a doppia elica.
Legami covalenti tengono assieme i nucleotidi di ciascun filamento
Legami a idrogeno si formano tra le basi azotate dei due filamenti
L'appaiamento delle basi azotate non è casuale ma segue regole precise:
adenina con timina (due legami)
guanina con citosina (tre legami)
La struttura è stata scoperta da Watson e Crick nel 1953, grazie al contributo della cristallografa Rosalind Franklin.
GLI ACIDI NUCLEICI – L'RNA
L'acido ribonucleico è l'intermediario tra il DNA e le
proteine, delle quali regola il processo di sintesi.
L'RNA è simile al DNA, con alcune differenze
Un solo filamento anziché due
Lo zucchero nei nucleotidi è il ribosio
Al posto della timina è presente l'uracile, un'altra
base azotata
Esistono tre tipi di RNA
messaggero (mRNA)
ribosomiale (rRNA)
di trasporto (tRNA)