biologia la chimica dei viventi, Slide di Biologia

Scarica biologia la chimica dei viventi e più Slide in PDF di Biologia solo su Docsity! IN A ra ei ai il (er: 0] RVIAVA L IN A La chimica degli organismi viventi è, essenzialmente, la chimica dei composti organici, cioè dei composti contenenti carbonio (C). Il Carbonio è adatto in modo specifico a questo ruolo per la sua capacità di formare 4 legami covalenti (singoli e/o multipli) con altri atomi, compresi altri atomi di carbonio, dando origine a catene lineari e catene ramificate, anche molto lunghe.  I BIOELEMENTI Nelle molecole organiche presenti negli organismi viventi sono stati individuati circa una trentina di elementi molto importanti chiamati BIOELEMENTI: VI ZAei ite] A AL] ere e LI Costituiscono il 99% delle molecole organiche Garbonio (C) ed idrogeno (H) sono presenti in tutti i composti organici Moltissimi composti contengono Ossigeno (0) e azoto (N) Molti contengono fosforo (P) e Zolfo (S) MICROELEMENTI Sono presenti anche ioni e altri elementi in % minore: Na* , K*, Ca*?, Mg*?, F-, CI Fe, Mn, I, B, AI, Si, Co, Cu, Zn, Se, Mo (511) (legame ionico) (511 * Interazione FORTE, di matura elettrostatica, tra cationi (derivanti da elementi metallici) ed anioni (derivanti da elementi non metallici) * Illegame ionico agisce a lunga distanza * La forte attrazione a lunga distanza tra ioni di carica opposta è responsabile delle elevate temperature di ebollizione e di fusione dei composti ionici DA Forze di Van der Waals: DA INTERAZIONE DIPOLO - DIPOLO * Èoriginata dalle interazioni elettrostatiche tra i poli delle molecole polari # Dal numero degli atomi e loro elettroni di valenza degli atomi si può costruire la forma della molecola. » Dalla forma e differenza in elettronegatività si può dedurre se è polare: *» Una molecola è polare se possiede 1 0 più legami covalenti polari distribuiti asimmetricamente nello spazio attorno all'atomo centrale # Una molecola in cui i vettori dei dipoli dei diversi legami si compensano per simmetria ha momento risultante nullo e viene chiamata molecola apolare Jr MOLECOLE POLARI Jr (dipoli permanenti) H A &n& 4 & © FE _& Pe ia sele i Esempi: Nella molecola lineare del biossido di carbonio 0=C=0 i momenti dei due legami C=0 opposti hanno risultante zero. Lo stesso avviene in altre molecole altamente simmetriche come per esempio CH, e CCÌ, a simmetria tetraedrica. Invece nella molecola non lineare H,0 i momenti dei due legami 0 Hsi sommano vettorialmente e di conseguenza l'acqua risulta fortemente polare  Jr Forze di Van der Waals: ! hf FORZE DI DISPERSIONE * forze di dispersione (o di London): sono attribuite all'effetto di spostamenti temporanei di carica che si verificano in tutti gli atomi o molecole, anche con una distribuzione simmetrica della struttura elettronica. l'attrazione è tra le cariche parziali dei dipoli momentanei che si formano eForze a corto raggio A MESS IONE-DIPOLO *È l'attrazione elettrostatica tra un Catione, che attrae la carica negativa parziale di un dipolo elettrico (molecola polare), oppure un Anione che attrae ne la carica positiva parziale. *Si manifestano principalmente nelle soluzioni di composti ionici in solventi polari, in particolare in acqua. Portano alla formazione di ioni idrati #in acqua gli ioni non sono nudi, ma circondati da un guscio di molecole d'acqua legate con interazione ione- dipolo. (NA EZNVIINI ecc NA| «È l'attrazione elettrostatica che si instaura tra un atomo di H (legato covalentemente ad un atomo molto elettronegativo) ed un atomo molto elettronegativo di un'altra molecola X,Y=F,0,N «È il più forte tra i legami deboli: - Interazioni di Van der Walls (1-4 kcal/mol) - Legame a Idrogeno (2-7 kcal/mol) Na MESSI PISANA Cosa succede quando una molecola idrofoba viene aggiunta all'acqua? Le forti attrazioni fra le molecole di acqua (per i legami idrogeno) producono una agglomerazione (-.._ _{_°‘‘’) della specie idrofoba (immiscibilità degli oli minerali nell'acqua). hd IMPORTANZA BIOLOGICA iN PY DELLE INTERAZIONI DEBOLI[. [Espansioni Ei clan cSlEesifoueziol? 1ofzcolia calli struttura supramolecolare «lla 1n9]3c0)3 (fs ]p]{ena  LE PROPRIETÀ DELL’ACQUA L'ACQUA è il liquido più comune sulla superficie della Terra ed il principale costituente degli esseri viventi (difatti nell'uomo è presente il 60% circa di H,0) * L'acqua è un composto molecolare covalente: la molecola HO è formata da due atomi di H ed un atomo di O legati da due legami covalenti polari H-O che formano tra loro un angolo di circa 105°  LE PROPRIETÀ DELL'ACQUA * Èla principale fonte di idrogeno * Scambia protoni: # Ha una leggera tendenza a ionizzarsi: » Nell'acqua pura il n° di H* è uguale aln° di OH > è neutra (pH=7) » Se una soluzione contiene più H* degli OH' si dice acida (pH < 7) # Se una soluzione contiene più OH' degli H* si dice basica (pH> 7) DOTT e Ae ale ale) IE olio Ere Or LE MOLECOLE ORGANICHE BA | NEI VIVENTI (A Tra le principali molecole organiche importanti per i sistemi viventi, vi sono: “* Carboidrati (zuccheri o glucidi) “*Lipidi (grassi) “*Proteine (peptidi) “*Acidi Nucleici  cargoiRraTi [Ir * | carboidrati o glucidi o zuccheri sono composti costituiti da ©, ;Je ©) *«icarboidrati più semplici sono i MONOSACCARIDI (zuccheri semplici) — poliidrossialdeidi (aldosi); es. Glucosio (C}H,30g) — poliidrossichetoni (chetosi); es. Fruttosio (CyH,70g)  Il =—CARBOIDRATI *...e formare: — disaccaridi (due zuccheri) es. glucosio + fruttosio > saccarosio + acqua C6H1206 + C6H120g + C12H2201+ H70 — polisaccaridi (catene di molti monosaccaridi) es. nC;H;,0 è Polimeri del Glucosio + (n-1)H,0 AMIDO (riserva di zuccheri semplici nelle piante) GLICOGENO (riserva di zuccheri semplici nell'uomo) CELLULOSA (sostanza strutturale nelle piante)  Fi CARBOIDRATI — |Jl s per {:/,4]fj di un disaccaride o di un polissaccaride si riottengono i monosaccaridi: saccarosio + acqua + glucosio + fruttosio €12,01 + H70 + C;Hy70 + CgH1705 Polimeri del Glucosio + (n-1)H,0 > nC;H,,0g  * hanno funzione: CARBOIDRATI = £121y2tjcy (per gli esseri viventi servono come fonte primaria di energia): e ero CgH,30g + 60, è 6C0, + 6H,O + Energia — Sisutiyryf: (es. cellulosa) £ut5/1)=5j(nelle piante); 6CO, + 6H,0 + Energia solare +CH,,0g + 60,  TRIGLICERIDI \igfejlicaricdisono 23125 del +/f5=5/){0 glicerina) (e:]1]3] OGidi\grassi  TRIGLICERIDI «Il glicerolo, o glicerina, è un alcol trivalente *è costituito da due gruppi alcolici primari e da un gruppo alcolico secondario eNome IPUPAC: H Ì 1,2,3 — propantriolo H—-C—0H I H-C_0H eso H GLICEROLO  MA TRIGLICERIDI * Gli acidi grassi sono acidi carbossilici caratterizzati da una lunga catena di atomi di Carbonio, satura (animali) o insatura (vegetali), in genere di numero pari HOoc ci} n mu acido stearico Hoocte: o acido palmitico 400c-{04)-0 ora acido oleico nta Hoocfcu)-cu=c1 —CHy-CH=CH—CH;-CH=CH—CH-cH, | GCido linoleico T H00s-f c4u)-aincucu cuni {ou} os acido linolenico  MI SAPONI MA #Per via della sua struttura, la molecola del sapone ha una testa idrofila ionizzato negativamente ed una coda idrocarburica idrofoba. Le molecole di sapone sono pertanto in grado di emulsionare le sostanze grasse, consentendone l'allontanamento con l'acqua. #Le code delle molecole di sapone si sciolgono nella massa della sostanza grassa, che viene circondato formando una micello. Dato che tutte le teste delle molecole di sapone recano una carica negativa, la repulsione elettrostatica impedisce alle micelle di riaggregarsi e le mantiene in sospensione nell'acqua.  MA CERE MA eSono esteri di alcoli mono-ossidrilici con acidi grassi ad elevato numero di atomi di carbonio *hanno funzione protettiva a rivestire il pelo, il piumaggio, le foglie ed i frutti, nonché sull’esoscheletro di molti insetti (ad es. la cera d'api e la lanolina ricavata dal grasso della lana).  MA FOSFOLIPIDI MA A questa famiglia appartengono i fosfogliceridi in cui un acido grasso di un trigliceride è sostituito da un gruppo fosfato (a sua volta esterificato con un alcol) H o u-tonga a grosso îu ! o-i—R agrosso °_|_M# H f 0 P 0H 9 fosfato H o  Ali ST *Ha una struttura molecolare piuttosto dissimile a quella della maggior parte dei lipidi ma viene annoverato in questo gruppo per la sua insolubilità in acqua. «Il colesterolo è un componente delle membrane cellulari ed è il precursore di importanti ormoni (e degli acidi biliari), *Fanno parte della famiglia dei lipidi molte sostanze a base di colesterolo: gli 31=r0/2/ (esteri del colesterolo con un acido grasso), gli acidi biliari, gli ormoni sessuali e altri composti steroidei. T° Kos Lil w toe HO-CH, CI A, Ho colesterolo Jr PROTEINE DA * Le proteine o protidi sono molecole molto grandi formate da lunghe catene di amminoacidi (51/2, «offzaggdelicna * ci sono 20 diversi uryninoscici nelle proteine, e da questi, si costruisce un numero enorme di proteine naturali * molte proteine sono fibrose e hanno suoli arruscura)) importanti * altre sono globulari e hanno funzione di ;=:0/:2j0, e (elfe(=r4[o]a13 iO N * Gli amminoacidi sono composti organici che contengono nella molecola un gruppo carbossilico -COOH (acido) ed un gruppo amminico -NH, (basico) *La classe di amminoacidi più importante in biochimica è quella degli a-amminoacidi in cui i gruppi acido e amminico sono legati allo stesso atomo di carbonio: «Il gruppo R può essere un atomo di idrogeno (H) come nella Glicina, oppure una catena alifatica di atomi di carbonio (ramificata o no, sostituita o no) o un anello aromatico eterociclo  DA ELIO), Jr W/z/gulz dz 4ifeo è un (521)3 Gyly)ifcfe), covalente, come quello che si forma fra un acido carbossilico e una ammina primaria. * Gli atomi di O e N sono in trans e i quattro atomi sono planari; * gli elettroni del legame n C=0 e quelli del doppietto di non legame di N sono in risonanza (coniugazione) Queste caratteristiche rendono 2/t/c, il legame. Lato NS *Nella cellula le proteine non si trovano come singoli lunghi filamenti, bensì organizzate nello spazio su vari livelli di strutture in modo tale che i residui laterali caratteristici di ciascun amminoacido possano interagire con gli altri Litio) legami a ponti di idrogeno 1-15] Van der Waals | interazioni Jelruiy5izià, rendendo la proteina complessivamente più stabile. «La proteina viene così ad assumere una siruirury srislievierbiv;sil@ che è una sua corueiarizilco furzlorele, «Una temperatura troppo elevata, un pH troppo alto, la presenza di sali può determinare nella proteina una perdita della struttura tridimensionale. Il processo a cui va incontro la proteina si chiama di denaturazione. Molte volte questo processo è irreversibile, ma per taluni polimeri questo processo è reversibile. *La reazione inversa si chiama di rinaturazione.  dog NS * Le proteine presentano quattro gradi di struttura: - la struttura primaria è l'ordine con cui gli aminoacidi si susseguono ovvero la sequenza aminoacidica > dipende dai legami (ammidici, covalenti) tra amminoacidi; è fissata dal codice genetico - la struttura secondaria è data dai legami ad idrogeno e dalle forze di attrazione elettrostatica. In questo modo tratti della proteina tendono ad avvicinarsi conferendo al polimero una conformazione particolare. | legami ad idrogeno avvengono tra il gruppo carbossile e amminico. Si possono individuare due tipi principali di struttura secondaria una detta ad alfa-elica e l’altra a beta- foglietto dex |NS - le proteine formano la struttura degli organi, della membrana cellulare - sono dei mezzi di trasporto di molecole all’interno e all'esterno della cellula - molte proteine svolgono un azione contrattile e quindi favoriscono il movimento degli organismi inferiori - costituiscono materiali di deposito - servono a nutrire gli embrioni animali e vegetali  ENZIMI * Gli enzimi sono i | catalizzatori delle reazioni biochimiche che avvengono nelle cellule degli organismi viventi * Un catalizzatore è una specie chimica che fa sì che in una reazione l'equilibrio venga raggiunto più velocemente possibile, senza però in alcun modo spostare la reazione verso i prodotti. * Sono proteine globulari * La loro azione è basata sulla loro capacità di complessare la molecola reagente e di mantenerla in una orientamento tale che possa facilmente reagire. Il prodotto di reazione non resta legato all’enzima che è quindi pronto per complessare altre molecole di reagente: E+5S €3 ES €> EP €>E+P L'enzima si combina con l'unico reagente 5, detto substrato, per formare un complesso enzima-substrato, ES. ES è poi trasformato in EP che si scinde in prodotto P ed enzima libero, che è nuovamente disponibile per reagire con un'altra molecola di S TA MSM etzt * Gli acidi nucleici sono polimeri formati da quattro monomeri, i nucleotidi. *Un nucleotide è un composto organico costituito da uno zucchero a cinque atomi di carbonio (RIBOSIO), legato covalentemente a una base azotata (una purina o una pirimidina) ed a un gruppo fosfato. | diversi nucleotidi differiscono tra loro soltanto per la base azotata. «Esistono due tipi di acidi nucleici: il 1): e gli 5))s. *Gli acidi nucleici fungono da progetto per la sintesi delle proteine e, attraverso l'azione delle proteine, per tutte le attività cellulari.