Costituenti chimici della materia vivente
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- Gloria Piva
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1 Costituenti chimici della materia vivente fondamenti di chimica indispensabili per lo studio della biologia Flavia Frabetti Introduzione alla chimica - terminologia e definizioni Elemento sostanza pura che contiene un solo tipo di atomi e che non può essere scomposta con semplici reazioni chimiche La più piccola particella di un elemento che possiede le proprietà di quell elemento è l atomo Gli atomi non sono isolati, ma combinati in composti chimici tenuti insieme da forze dette legami chimici Molecola più piccola parte di un composto chimico capace di esistenza indipendente e nella quale si ritrovano conservate le proprietà chimiche caratteristiche del composto. Unità elementare di un composto. Costituita da atomi uguali o diversi. 1
2 numero atomico Simbolo C O N P S Na Cl K Elemento idrogeno carbonio ossigeno azoto fosforo zolfo sodio cloro potassio massa atomica Alcuni atomi hanno forme differenti, chiamate isotopi. I diversi isotopi di un elemento differiscono per il numero di neutroni, in altre parole per la loro massa. Es.il carbonio C-12 (99%), C-13 (1%), C-14 (tracce) Protoni=6 Elettroni=6 Neutroni=6,7,8 Il 12 C ed il 13 C sono stabili, il 14 C è instabile poiché radioattivo. Un isotopo radioattivo è un isotopo il cui nucleo decade, emettendo particelle ed energia. Gli isotopi radioattivi trovano molte applicazioni in biologia e medicina. 2
3 Composizione chimica della materia vivente Gli elementi: 95% 3,5% 0,01-0,001% non indispensabili ELEMENTI PLASTICI PRIMARI ELEMENTI PLASTICI SECONDARI ELEMENTI OLIGODINAMICI ELEMENTI ACCIDENTALI C,, O, N P, S, Ca, Mg, Na, Cl, K Fe,Co,Zn,Mn, Mo,Cu, I, F Pb, Ag... I minerali sono sostanze micronutritive che non forniscono direttamente energia, ma la loro presenza è necessaria. L'organismo non è in grado di sintetizzare alcun minerale: introdotti con alimenti e bevande. Macroelementi Sodio Potassio Calcio Fosforo Cloro Magnesio Microelementi Ferro Zinco Rame Manganese Iodio Cromo Selenio Molibdeno 3
4 Gli atomi non sono isolati, ma combinati in composti chimici tenuti insieme da forze dette legami chimici LEGAMI CIMICI - concetto I legami chimici sono FORZE ATTRATTIVE. Ciascun rappresenta una certa quantità di energia chimica potenziale. L energia di è l energia necessaria per rompere tale. LEGAMI CIMICI - tipologia COVALENTE (FORTE) compartecipazione tra 2 atomi di una coppia di elettroni IONICO A IDROGENO (DEBOLE) l atomo più elettronegativo strappa l elettrone all altro ad interagire sono IONI un atomo di legato covalentemente ad un atomo molto elettronegativo, viene attratto da un altro atomo molto elettronegativo 4
5 LEGAMI CIMICI - tipologia COVALENTE (FORTE) IONICO A IDROGENO (DEBOLE) compartecipazione tra 2 atomi di una coppia di elettroni l atomo più elettronegativo strappa l elettrone all altro Ad interagire sono IONI un atomo di legato covalentemente ad un atomo molto elettronegativo, viene attratto da un altro atomo molto elettronegativo Realizzazione di legami a idrogeno- IMPORTANZA DEL LEGAME A un atomo di legato covalentemente ad un atomo molto elettronegativo, viene attratto da un altro atomo molto elettronegativo 5
6 Cellula batterica PROTEINE (15%) ACQUA rende possibile la VITA la vita nasce in 2 O 70-95% di una cellula, anche se varia da tessuto a tessuto la terra è bagnata per i 3/4 da 2 O esiste nei tre stati: SOLIDO LIQUIDO GASSOSO regione elettronegativa _ molecola POLARE + + regione elettropositiva + carica globale nulla, ma elettroni (e - ) distribuiti in modo asimmetrico (O è più elettronegativo dell ) 6
7 A causa della polarizzazione, 2 molecole adiacenti di 2 O possono formare legami a idrogeno +δ + δ - δ + δ O O - δ + δ Legame idrogeno I legami idrogeno che si realizzano tra le varie molecole di 2 O sono responsabili delle proprietà fondamentali di questa molecola, come ad es.: COESIONE ed ADESIONE TENSIONE SUPERFICIALE ALTO CALORE SPECIFICO ALTO CALORE DI EVAPORAZIONE SOLVENTE VERSATILE: sostanze idrofile, sostanze idrofobe L ACQUA E L ORGANISMO UMANO L acqua è circa il 60-70% del peso corporeo di un individuo, in una persona di medio peso il contenuto è di circa 40 litri 2 O intracellulare ca. 67 % del totale 2 O extracellulare acqua plasmatica 8% del totale acqua interstiziale 25 % del totale + altre frazioni minori La quantità totale di acqua di un organismo deve essere mantenuta costante, se non si mantiene in pareggio l equilibrio idrico... Bilancio idrico giornaliero tra entrate ed uscite è di 2800 ml ca. disidratazione idratazione eccessiva 7
8 La chimica organica è la chimica dei composti del facilità a realizzare legami covalenti può formare legami semplici, doppi o tripli può formare 4 legami e far crescere la molecola in 4 diverse direzioni C C elemento base di migliaia di composti compatibilità a legarsi a vari atomi come, O e N forte tendenza alla concatenazione, cioè a formare legami covalenti con altri atomi di C a dare CATENE CARBONIOSE Riassumendo... Il carbonio (C) è: 1- un elemento chimico estremamente versatile 2- un elemento in grado di formare molecole stabili 3- molecole grandi, ovvero macromolecole 4- molecole dalla struttura estremamente flessibile 8
9 Varietà di scheletri carboniosi C C C C metano propano scheletri di varia lunghezza doppi legami in diverse posizioni scheletri ramificati o meno scheletro chiuso ad anello Composti organici e gruppi funzionali P GRUPPO FUNZIONALE Ossidrile -O Carbonile -CO Classe di composti Alcoli Formula R-O Aldeidi O R-C CO Chetoni O R-C-R Carbossile -COO Amino -N2 Fosfato -OPO 3 2- Sulfidrile -S Acidi O carbossilici R-C O Amine R-N Fosfati organici Tioli O R-O- P- O O - R-S 9
10 POLIMERI = grandi molecole costituite dall unione di molte subunità identiche o simili MONOMERI ENORME VARIABILITA nella cellula, tra cellule, tra individui, tra specie? pochi monomeri di base (40-50 tipi) varia la SEQUENZA per grandi lunghezze variabilità potenziale infinita logica: piccole molecole comuni a tutti gli organismi ordinate a formare macromolecole peculiari Molecole organiche piccole molecole o MONOMERI zuccheri semplici amminoacidi nucleotidi acidi grassi grandi molecole o POLIMERI polisaccaridi proteine acidi nucleici lipidi complessi MONOMERO = unità strutturale del polimero POLIMERO = insieme di monomeri 10
11 Se il polimero è fatto di monomeri tutti uguali NON A FUNZIONE INFORMATIVA POLISACCARIDI e LIPIDI GGGGGGGGGGGG Se il polimero è fatto di monomeri diversi IL POLIMERO PUO AVERE FUNZIONE INFORMATIVA PROTEINE ed ACIDI NUCLEICI ARPA RAPA PARA Come si formano i polimeri? Da monomeri a polimeri COSTRUZIONE sintesi per disidratazione / condensazione Come vengono demoliti i polimeri? Da polimeri a monomeri idrolisi DEMOLIZIONE 11
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