La chimica della vita

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1 La chimica della vita -Elementi : Carbonio (C), Ossigeno (O), Idrogeno (H), Calcio (Ca), Fosforo (P), Magnesio (Mg), Sodio(Na), Potassio (K), Zolfo (S), Cloro (Cl), Ferro (Fe), Zinco (Zn), Rame (Cu), Iodio (I),Cobalto (Co), Selenio (Se), Manganese (Mn),Fluoro (F), Cromo (Cr), ecc.ecc. Composti chimici -Molecole Inorganiche: Ossigeno (O 2 ), Acqua (H 2 O), Anidride carbonica (CO 2 ), Ammoniaca (NH 3 ), Cloruro di sodio (NaCl), ecc.ecc. -Molecole organiche: Idrocarburi, Alcoli, Aldeidi,ecc.ecc., Molecole biologiche o Biomolecole Carboidrati Lipidi Proteine Acidi nucleici

2 Elementi chimici nei viventi, sono gli stessi che costituiscono il pianeta

3 Molecole inorganiche importanti per i viventi H 2 O CO 2 O 2 In ognuna di queste molecole gli atomo sono legati fra loro da legami covalenti Il legame covalente può essere puro o polare. Puro: gli elettroni si distribuiscono simmetricamente fra i due atomi. Polare: i due atomo coinvolti nel legame covalente hanno una differente elettronegatività e gli elettroni condivisi risultano maggiormente attratti dall'atomo più elettronegativo. Nel caso in cui si abbia una moderata differenza di elettronegatività tra i due atomi

4 Legame ionico Il legame ionico è un legame di natura elettrostatica. Si riferisce alla mutua attrazione elettrostatica che si instaura tra le cariche elettriche di un catione (ione che ha carica +, perché ha perso un elettrone) e di un anione (ione che ha carica, perché ha un elettrone in più ).

5 Legame idrogeno Il legame a idrogeno o ponte a idrogeno è un caso particolare di forza intermolecolare in cui è implicato un atomo di idrogeno coinvolto in un legame covalente di tipo polare con un elemento molto elettronegativo come l ossigeno. Questo legame intermolecolare, molto più debole dei legami chimici (covalente e ionico), si stabilisce con qualsiasi altra sostanza polare.

6 Ossigeno Elemento chimico più abbondante della Terra e fa parte di numerosi composti chimici, il più importante dei quali è l acqua; ma in forma molecolare e gassosa l ossigeno (O 2 ) è un componente dell atmosfera, importante per la vita in quanto necessario a quasi tutti gli esseri viventi per respirare.

7 Acqua H 2 O Ogni molecola di acqua è costituita da 2 atomi di idrogeno (H) e 1 atomi di ossigeno (O), uniti tramite due legami di tipo covalente polare la molecola è neutra, ma al suo interno la carica elettrica negativa si concentra attorno al nucleo dell atomo di ossigeno (δ ), mentre dalla parte della coppia di nuclei di idrogeno si concentra la carica elettrica positiva (δ + ).

8 Proprietà dell acqua: polarità Le molecole d acqua presentano polarità e perciò danno origine a legami a idrogeno. Cioè, tra la parte negativa di una molecola d acqua e la parte positiva di un altra molecola si manifesta una debole forza di attrazione elettrostatica.

9 Proprietà dell acqua: ionizzazione L acqua ha la tendenza a ionizzarsi: un piccolo numero di molecole si scinde in ioni H + (protoni) e OH (ossidrili). Lo ione H + è estremamente reattivo e tende a legarsi subito con un altra molecola d acqua. Si forma così lo ione H 3 O + (idronio). La tendenza a ionizzarsi delle molecole d acqua è bilanciata dalla tendenza degli ioni H 3 O + e OH a riassociarsi tra loro per formare molecole di H 2 O. Si crea, cioè, un equilibrio chimico dinamico: 2 H 2 O H 3 O + + OH Le due frecce indicano che la reazione procede in entrambe le direzioni.

10 ph, grado di acidità Si definisce: Acido qualsiasi molecola o ione che possa donare un protone. Base qualsiasi molecola o ione che possa accettarlo. Il grado di acidità si misura tramite il ph, un parametro legato alla concentrazione in soluzione di ioni H 3 O +. Le sostanze acide hanno ph compreso tra 0 e 7; quelle basiche ph tra 7 e 14; quelle con ph circa 7 sono dette neutre. Nei liquidi organici vi sono sistemi chimici che servono a mantenere le variazioni di ph in un ristretto intervallo.

11 Acqua H 2 O È prodotta dalla respirazione cellulare (insieme all anidride carbonica), processo metabolico che permette di ricavare molecole energetiche in presenza di ossigeno.

12 Anidride carbonica C0 2 È una molecola fondamentale nei processi vitali delle piante e degli animali. È indispensabile per la fotosintesi. È prodotta dalla respirazione cellulare (insieme all acqua) processo metabolico che permette di ricavare molecole energetiche in presenza di ossigeno.

13 La chimica della vita -Elementi : Carbonio (C), Ossigeno (O), Idrogeno (H), Calcio (Ca), Fosforo (P), Magnesio (Mg), Sodio(Na), Potassio (K), Zolfo (S), Cloro (Cl), Ferro (Fe), Zinco (Zn), Rame (Cu), Iodio (I),Cobalto (Co), Selenio (Se), Manganese (Mn),Fluoro (F), Cromo (Cr), ecc.ecc. Composti chimici -Molecole Inorganiche: Ossigeno (O 2 ), Acqua (H 2 O) Anidride carbonica (CO 2 ), Ammoniaca (NH 3 ), Cloruro di sodio (NaCl), ecc.ecc. -Molecole organiche: Idrocarburi, Alcoli, Aldeidi,ecc.ecc., molecole biologiche o biomolecole Carboidrati Lipidi Proteine Acidi nucleici

14 I composti organici Tutte le molecole organiche contengono atomi di carbonio (C) uniti ad altri atomi (di carbonio o di altro tipo) tramite legami covalenti. I composti organici più semplici sono gli idrocarburi (come il petrolio e il metano), costituiti soltanto da carbonio e idrogeno. Nonostante il loro grande interesse economico, queste sostanze non sono particolarmente importanti per i sistemi viventi. Ma quando uno o più atomi di carbonio sono sostituiti da atomi o gruppi di atomi diversi (i cosiddetti gruppi funzionali), allora la molecola assume delle proprietà chimiche e fisiche caratteristiche. Fra queste ci sono le molecole biologiche.

15 MACROMOLECOLE BIOLOGICHE La chimica della vita

16 CARBOIDRATI Caratteristiche: Sono composti chimici costituiti da carbonio, idrogeno e ossigeno. Funzioni: - Strutturale: costituiscono strutture essenziali per gli organismi viventi (funzione di sostegno, soprattutto nei vegetali cellulosa). - Energetica: forniscono energia per svolgere le funzioni dell'organismo (glicogeno, amido). - Protezione: costituiscono l esoscheletro degli invertebrati (chitina).

17 Monosaccaridi (formati da 1 molecola di zucchero) Disaccaridi (formati da 2 molecole di zucchero) (Oligosaccaridi) (meno di 20 molecole di glucosio Polisaccaridi (formati da più di 20 molecole di glucosio) 5C 6C 6. I diversi tipi di CARBOIDRATI Ribosio Componenti degli acidi nucleici Desossiribosio Glucosio principale fonte di energia Fruttosio si trova nella frutta Galattosio si trova nel latte Glucosio + fruttosio Saccarosio (comune zucchero da cucina) Glucosio + glucosio Maltosio (deriva da digestione dell amido) Glucosio + galattosio Lattosio (in latte e latticini) Amido riserva energetica nei vegetali (cereali, tuberi, legumi) si accumula in amiloplasti nella cellula vegetale si trova nei semi e nelle radici Glicogeno riserva energetica negli animali si accumula in muscoli e fegato Cellulosa funzione di sostegno nei vegetali si trova nella parete cellulare delle cellule vegetali può essere digerita solo dagli erbivori è il composto organico più abbondante sulla Terra

18 CARBOIDRATI Organismi autotrofi (Es. piante): sintetizzano zuccheri (glucosio) a partire da componenti inorganici quali acqua e CO 2 mediante il processo di fotosintesi clorofilliana. Organismi eterotrofi (Es. animali): soddisfano il fabbisogno energetico nutrendosi di alimenti che contengono zuccheri e ricavano energia proprio dalla demolizione degli zuccheri (respirazione). Esempi di alimenti ricchi di zuccheri: - barbabietola da zucchero, zucchero di canna -> saccarosio - cereali (pane, pasta, riso), tuberi (patate) e legumi -> amido - carne e pesce -> glicogeno - latte e latticini -> lattosio - frutta e miele -> fruttosio; glucosio

19 LIPIDI o GRASSI Caratteristiche: sono costituiti da lunghe catene di atomi di carbonio, ossigeno idrogeno e sono insolubili in acqua: idrofobi (paura dell acqua)

20 LIPIDI o GRASSI Funzioni riserva energetica, molecole ad alto contenuto energetico; si accumulano nel tessuto adiposo, sottocutaneo protezione meccanica per alcuni organi (cuore, fegato, reni...) isolante termico, es. grasso animale Impermeabilizzante, es. cere sulle penne degli uccelli funzione strutturale nelle membrane cellulari fosfolipidi precursori di importanti molecole biologiche: ormoni, vitamine

21 LIPIDI I grassi sono composti che svolgono un importante funzione di riserva energetica in molte piante e animali: a parità di peso, infatti, la completa demolizione dei grassi libera circa il doppio di energia dei carboidrati. Vi sono diversi tipi di lipidi. Acidi grassi: catena di atomi di carbonio lineare legata ad atomi di idrogeno e da un gruppo carbossilico.

22 Acidi grassi saturi LIPIDI I lipidi che contengono acidi grassi in cui non compaiono doppi legami sono detti saturi e sono solidi a temperatura ambiente (il burro, il grasso della carne). Acidi grassi insaturi Se, invece, gli acidi grassi presentano doppi legami sono detti insaturi e sono liquidi a temperatura ambiente [olio d oliva e oli di semi]. L'acido linoleico (omega6) e l'acido linolenico (omega3) sono anche essi insaturi e hanno il doppio legame in terza posizione a partire dall ultimo carbonio (omega), ovvero il più lontano dal gruppo carbossilico.

23 -Acidi grassi saturi -Acidi grassi insaturi LIPIDI -Acidi grassi idrogenati Derivano da grassi insaturi (dunque vegetali) nei quali si pratica l idrogenazione. In questo processo i doppi legami vengono fatti reagire con idrogeno molecolare in presenza di catalizzatori, che li trasformano in legami singoli C-C come nei grassi saturi, In questo modo i lipidi da liquidi solidificano (margarina= di cocco, di arachidi, di soia, di girasole). Vantaggio: gli oli vegetali divengono spalmabili e si conservano più a lungo. Sono usati nell industria dolciaria per la consistenza cremosa. -Acidi grassi saturi di natura vegetale, non idrogenati: olio di palma

24 Olio di palma: acido grasso saturo, non idrogenato, semisolido Vantaggi: economico (costa poco), non ha sapore, non irrancidisce, non necessita di idrogenazione, semisolido a temperatura ambiente Svantaggi: causa della deforestazione e dei cambiamenti climatici. Peggiora il profilo lipidico, nel sangue, favorendo danni sul sistema cardiovascolare. E cancerogeno!?

25 LIPIDI: TRIGLICERIDI Trigliceridi: formata da tre molecole di acidi grassi, legate a una molecola di glicerolo.

26 LIPIDI: FOSFOLIPIDI I fosfolipidi sono formati da due molecole di acidi grassi, una molecola di glicerolo e un gruppo fosfato (legato a un gruppo polare). Il fatto che il terzo atomo di carbonio del glicerolo non sia legato ad un acido grasso, ma ad un gruppo PO 4 3 legato a sua volta ad un gruppo polare (R) determina che i fosfolipidi abbiano una doppia natura: idrofila, dalla parte del gruppo fosfato, idrofoba dalla parte idrocarburiche degli acidi grassi.

27 testa idrofila (fosfato, glicerolo) code idrofobe (2 catene degli acidi grassi). FOSFOLIPIDI Principali costituenti delle membrane plasmatiche cellulari (doppio strato lipidico) insieme alle proteine di membrana e al colesterolo.

28 LIPIDI: LE CERE 1) Sono lipidi piuttosto simili ai grassi Essendo insolubili in acqua, le cere svolgono un importante funzione di rivestimento protettivo ed impermeabilizzante Le penne degli uccelli La cuticola sulle foglie 3) Le api le usano per costruire le pareti degli alveari 2) Conferiscono lucentezza ai frutti (mele, pere, ciliegie)

29 LIPIDI: GLI STEROIDI Un altro tipo di lipidi è dato dagli steroidi, in cui gli atomi di carbonio si legano a formare quattro anelli chiusi e uniti tra loro. Lo steroide più comune è il colesterolo che può essere sintetizzato dalle cellule (origine endogena) o introdotto con la l alimentazione (origine esogena) Il colesterolo svolge funzioni essenziali al metabolismo: costituente delle membrane cellulari delle cellule animali rappresenta la molecola di partenza nella sintesi di un gruppo di ormoni, detti ormoni steroidei, che comprendono gli ormoni sessuali (testosterone, aldosterone, estradiolo) e alcuni ormoni prodotti dalle ghiandole surrenali ed altri ormoni steroidei (es. cortisolo) precursore della vitamina D (importante per la crescita ossea e dei denti) composto di partenza per la sintesi degli acidi biliari (prodotti dal fegato).

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