Costituenti chimici della materia vivente

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1 ostituenti chimici della materia vivente Introduzione alla chimica - terminologia e definizioni Elemento sostanza che non può essere scomposta con semplici reazioni chimiche himica INRNI QU SLI MINERLI La più piccola particella di un elemento che possiede le proprietà di quell elemento è l atomo himica RNI RBIDRTI LIPIDI PRTEINE IDI NULEII - DN - RN li 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. ostituita da atomi uguali o diversi. omposizione chimica della materia vivente li elementi: LEMI IMII - concetto 95% 3,5% 0,01-0,001% non indispensabili ELEMENTI PLSTII PRIMRI ELEMENTI PLSTII SENDRI ELEMENTI LIDINMII ELEMENTI IDENTLI,,, N P, S, a, Mg, Na, l, K Fe,o,Zn,Mn, Mo,u, I, F Pb, g...! I legami chimici sono FRZE TTRTTIVE.! iascun legame rappresenta una certa quantità di energia chimica potenziale.! L energia di legame è l energia necessaria per rompere tale legame.

2 legame VLENTE (FRTE) LEMI IMII - tipologia compartecipazione tra 2 atomi di una coppia di elettroni VLENTE LEMI IMII compartecipazione tra 2 atomi di una coppia di elettroni FRTE legame INI l atomo più elettronegativo strappa l elettrone all altro d interagire sono INI PLRE! elettronegatività PLRE = elettronegatività legame IDREN (DEBLE) un atomo di legato covalentemente ad un atomo molto elettronegativo, viene attratto da un altro atomo molto elettronegativo MLELE INI LEMI IMII l atomo più elettronegativo strappa l elettrone all altro incontro di 2 INI (cationi + anioni -) Realizzazione di legami a idrogeno- IMPRTNZ DEL LEME un atomo di legato covalentemente ad un atomo molto elettronegativo, viene attratto da un altro atomo molto elettronegativo Na + + l - Nal MPSTI INII o SLI

3 QU ellula batterica rende possibile la VIT la vita nasce in % di una cellula, anche se varia da tessuto a tessuto PRTEINE (15%) la terra è bagnata per i 3/4 da 2 esiste nei tre stati: SLID LIQUID SSS Struttura chimica causa della polarizzazione, 2 molecole adiacenti di 2 possono formare legami a idrogeno regione elettronegativa + + regione elettropositiva _ + molecola PLRE carica globale nulla, ma elettroni (e - ) distribuiti in modo asimmetrico ( è più elettronegativo dell ) +! +! -! +! -! +! Legame idrogeno I legami idrogeno che si realizzano tra le varie molecole di 2 sono responsabili delle proprietà fondamentali di questa molecola, come ad es.: PRPRIET ESIVE (coesione, adesione, tensione superficiale) PIT DI STBILIZZRE L TEMPERTUR(alto calore specifico e di evaporazione, densità minore del ghiaccio rispetto alla acqua liquida) VERSTILIT ME SLVENT: sostanze idrofobe apolari e idrofile polari.

4 L QU E L RNISM UMN 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 intracellulare ca. 67 % del totale 2 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 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 elemento base di migliaia di composti compatibilità a legarsi a vari atomi come, e N forte tendenza alla concatenazione, cioè a formare legami covalenti con altri atomi di a dare TENE RBNISE Tutto è dovuto alla NFIURZINE ELETTRNI Riassumendo... Riassumendo... Il carbonio () 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

5 Varietà di scheletri carboniosi metano propano scheletri di varia lunghezza scheletri ramificati o meno doppi legami in diverse posizioni scheletro chiuso ad anello omposti organici e gruppi funzionali P RUPP FUNZINLE ssidrile - arbonile - lasse di composti lcoli Formula R- ldeidi R- hetoni R--R arbossile - cidi carbossilici R- mino -N 2 mine R-N Fosfato 2- -P 3 Fosfati organici Sulfidrile -S Tioli R-- P- - R-S PLIMERI = grandi molecole costituite dall unione di molte subunità identiche o simili MNMERI ENRME VRIBILIT nella cellula, tra cellule, tra individui, tra specie? pochi monomeri di base (40-50 tipi) varia la SEQUENZ per grandi lunghezze variabilità potenziale infinita logica: piccole molecole comuni a tutti gli organismi ordinate a formare macromolecole peculiari piccole molecole o MNMERI zuccheri semplici amminoacidi nucleotidi acidi grassi Molecole organiche grandi molecole o PLIMERI polisaccaridi proteine acidi nucleici lipidi complessi MNMER = unità strutturale del polimero PLIMER = insieme di monomeri

6 ome si formano i polimeri? Se il polimero è fatto di monomeri tutti uguali NN FUNZINE INFRMTIV ome vengono demoliti i polimeri? PLISRIDI e LIPIDI Da monomeri a polimeri STRUZINE sintesi per disidratazione / condensazione Da polimeri a monomeri idrolisi DEMLIZINE Se il polimero è fatto di monomeri diversi IL PLIMER PU VERE FUNZINE INFRMTIV PRTEINE ed IDI NULEII RBIDRTI MNSRIDI ( 2) n 3-7 atomi di lucosio Energia Biosintesi DISRIDI maltosio: glucosio + glucosio lattosio: glucosio + galattosio legame glucosidico saccarosio: glucosio + fruttosio (covalente) PLISRIDI MID (piante) centinaia-migliaia LIEN (animali) di monosaccaridi ELLULS ITIN di DEPSIT

7 lassificazione: acidi grassi triacilgliceroli (o trigliceridi) fosfolipidi sfingolipidi cere terpeni steroidi Funzione: energetica strutturale nelle membrane regolativa-ormonale LIPIDI aratteristica: scarsa o nulla affinità per l acqua, possono essere estratti solo con solventi apolari (es.etere, benzene, cloroformio) LIERL 2 2 TRILIERIDI ID RSS 1 ID RSS 2 ID RSS 3 funzioni: - ENERI - PRTEZINE cido grasso testa idro filica code idro fobiche rientamento dei fosfolipidi nelle membrane biologiche LIPIDE NFIPTI Fosfolipidi funzione: - STRUTTURLE

8 STERIDI SELETR RBNIS 4 NELLI FUSI + RUPPI FUNZINLI LETI LESTERL nelle membrane cell animali rischio se nel sangue RMNI di natura lipidica, derivati del colesterolo: PRTEINE dal greco al 1 posto costituiscono il 50% circa del peso secco della maggior parte degli organismi viventi composti quaternari (,,, N) PRESTERNE TESTSTERNE macromolecole organiche, molecole informazionali, polimeri di aminoacidi funzione: - RMNI ESTRDIL RTISTERNE molecole estremamente varie dal punto di vista funzionale (la flessibilità di funzione è dovuta a quella di struttura) PRTEINE 50% peso secco cellula PRTEINE TENE PLIPEPTIDIE da decine a migliaia di monomeri N 2 R N R N 2 R N R 2 LEME PEPTIDI N 2 N N R R R

9 LIVELLI DI STRUTTUR La funzione di una proteina dipende dalla specifica conformazione. Per conformazione si intende la forma tridimensionale Struttura primaria sequenza specifica di aa legati da LEMI VLENTI l ordine degli aa non è casuale dipende dall informazione genetica il cambiamento anche di un solo aa può influenzare la funzione Dunque la struttura primaria si complica... Quando una cellula sintetizza un polipeptide, questo si ripiega spontaneamente per assumere la conformazione funzionale specifica, detta NFRMZINE NTIV struttura TERZIRI Struttura secondaria strutture date dall avvolgimento e/o ripiegatura di segmenti stabilizzate da legami a tra il gruppo -N- e -- di legami peptidici disposti regolarmente lungo lo scheletro peptidico Le principali sono (schematizzate): "#elica legami a idrogeno $-foglietto o foglietto $ RIPIEMENT IRRELRE DELLE TENE R E DEI VRI MINIDI LEMI tra i residui R: - interazioni idrofobiche - legami a - legami ionici - ponti disolfuro (S-S) Vedi fig. libro di testo

10 Struttura quaternaria unione di 2 o più catene polipeptidiche le singole catene si chiameranno subunità della proteina "-elica dominio $-foglietto struttura secondaria sequenza ordinata di aa conformazione nativa funzione proteica subunità proteica struttura terziaria molecola proteica (dimero) struttura quaternaria

11 DN acido desossiribonucleico IDI NULEII nel DN sono codificate le istruzioni che programmano tutte le attività cellulari RN acido ribonucleico il DN però non è direttamente implicato nella loro realizzazione le proteine sono indispensabili per la realizzazione dei programmi genetici he ruolo assolve l RN nel flusso di informazione genetica dal DN alle proteine? Esemplificazione del flusso di informazione genetica: replicazione o duplicazione DN RN proteine trascrizione della informazione traduzione della informazione P IDI NULEII ID DESSSIRIBNULEI (DN) ID RIBNULEI (RN) = PLIMERI DI NULETIDI 4% 5% ZUER PENTS 3% 2% BSE ZTT 1% NULESIDE - 2 P - - RIBSI DENIN () UNIN () PURINE P 4 2 DESSSI RIBSI 5 3 ZUER PENTS ITSIN () TIMIN (T) URILE (U) PIRIMIDINE 2 BSE ZTT 1

12 DN DIFFERENZE STRUTTURLI tra i Nucleotidi di DN e di RN DESSI RIBSI DENIN UNIN ITSIN TIMIN BISINTESI DELI IDI NULEII Terminazione P 2 RN P RIBSI ZUER PENTS 2 BSE DENIN UNIN ITSIN URILE 3 - P Terminazione LEME FSFDIESTERI DN: 2 catene polinucleotidiche avvolte a spirale Es.scala a pioli I gradini sono le basi azotate appaiate a realizzare coppie di basi (bp da base pair) omplementarietà delle basi complementare a complementare a T Le basi non pongono vincoli alla sequenza lineare delle stesse Struttura aperiodica per la presenza delle basi azotate Il vincolo è invece imposto al filamento opposto sulla base dell ingombro sterico e della STBILITÀ IMI Sequenze DIVERSE, ma MPLEMENTRI

13 ostruiamo il DN: 5 3 DN Le basi sono appaiate e centrali 3 5 Scala a pioli gni piolo è dato da 2 basi complementari DN La struttura è stabilizzata da legami a : 2 tra e T 3 tra e I due filamenti sono: MPLEMENTRI e NTIPRRELLI Non è sfuggito alla nostra attenzione il fatto che l appaiamento specifico da noi postulato suggerisce immediatamente un possibile meccanismo per la copiatura del materiale genetico da Watson e rick Nature, 1953 L SEQUENZ di nucleotidi determina l informazione T T 1953 Watson e rick: Struttura del DN e fa da STMP o MDELL per l altro filamento T T T

14 DN trascrizione della informazione RN La sequenza di DN fa da STMP o MDELL per la formazione di RN T T DN U U U RN