Biologia. Organismi: faa di materia, cosctuita di elemen%, che si combinano in compos%. La chimica della vita. I legami chimici. L acqua.

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2 Biologia Chimica Fisica Organismi: faa di materia, cosctuita di elemen%, che si combinano in compos%.

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4 ElemenC naturali nel corpo umano Simbolo Elemento % in peso Il 96% é fako di O Ossigeno 65.0 C Carbonio 18.5 H Idrogeno 9.5 N Azoto 3.3 Il 4% è fako di: Ca (calcio), P (fosforo), K (potassio), S (zolfo), Na (sodio), Cl (cloro), Mg (magnesio). Elemen% traccia (oligoelemenc, <0.01%): boro (B), cromo (Cr), cobalto (Co), rame (Cu), fluoro (F), iodio (I), ferro (Fe), manganese (Mn), molibdeno (Mo), selenio (Se), silicio (Si), stagno (Sn), vanadio (V), zinco (Zn).

5 Ogni elemento è composto da atomi (parccella più piccola che ha le proprietà del elemento), fako da parccelle subatomiche: protoni (+) e neutroni (nucleo), ed ele7roni (- ). Numero di massa Massa atomica (dalton) Numero atomico 12 6 C Dalton: dodicesima parte della massa di un atomo di 12 C. Numero atomico: numero di protoni. Isotopi: variazione nel numero di neutroni. Alcuni sono radioaavi: il nucleo emeke parccelle ed energia: 14 C - > 14 N (azoto). MolC isotopi radioaavi hanno applicazione nella biologia: 3 H, 35 S, 14 C Le radiazione sono pericolose

6 Marcatura metabolica Datazione col 14C

7 Metro Mili- - 3 Micro- - 6 Nano- - 9 Pico Femto Energia potenziale degli elekroni

8 EleKroni (di valenza) del livello più esterno (strato di valenza) - > proprietà chimiche di un atomo (quindi dipendenc del numero totale di elekroni: numero atomico). Ogni guscio concene orbitali, e in ogni orbitale ci sono 1 (spaiato) o 2 elekroni.

9 Gli atomi con elekroni spaiac interagiscono fra di loro. Cessione o condivisione di elekroni spaiac - > legami chimici: - For%: covalenc e ionici - Deboli: legami a idrogeno e interazioni di Van der Waals Legami covalen% Compartecipazione di elekroni, si crea una molecola (fondamentale nei esseri vivenc), che può essere un elemento puro o un composto. H: valenza 1 Formula di strukura H- H Formula molecolare H 2

10 Ele7ronega%vità di un atomo: Misura dell akrazione degli elekroni. Legami covalenc: non polari e polari

11 Legami ionici Un atomo molto elekronegacvo ruba un elekrone a un altro atomo e diventa un (ione) anione (- ), mentre quello che perde diventa un (ione) ca%one (+). Ora che sono carichi si akraggono fortemente, formando un legame ionico.

12 Compos% ionici o sali: gli ioni si ordinano in reccoli tridimensionali, di grandezza indefinita (non sono molecole), la formula chimica rappresenta solo il rapporto degli elemenc nel composto. NaCl: 11 Na - > Na+ (cacone) Cl - > Cl- (anione) 17 MgCl 2 : 12 Mg - > Mg2+ (cacone) 2x ( 17 Cl - > Cl- ) (anioni) NH 4 Cl: NH 4 + (cacone) Cl- (anione)

13 Legami deboli ma molto importanc per la vita! Legami a idrogeno Un atomo di idrogeno in una molecola polare interagisce col atomo elekronegacvo di un altra molecola. Più avanc l acqua!

14 Interazioni di Van der Waals Le molecole fake da legami covalenc apolari possono avere regioni cariche transitoriamente, che interagiscono con altre molecole cariche similarmente, in modo molto debole. L insieme di tante interazioni deboli può risultare forte abbastanza da fare camminare a un geco in verccale

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16 Stru7ura e funzione delle molecole: la forma ne determina le interazioni

17 Reazioni chimiche: cambiano i legami fra gli atomi creando nuove molecole, ma la materia si conserva. Ci sono reagen% e prodoi: Fotosintesi: 6 CO H 2 O C 6 H 12 O O 2 Sono processi reversibili, che raggiungono l equilibrio chimico.

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19 Le molecole di acqua sono polari e interagiscono fra di loro akraverso legami a idrogeno, deboli e transienc pero in grado di organizzare l acqua in una strukura superiore. Questo da all acqua delle proprietà molto speciali

20 Proprietà 1: la coesione (+ adesione, + tensione superficiale) Legami a idrogeno - > liquido molto strukurato - > coesione - > adesione ad altre sostanze - > alta tensione superficiale

21 Proprietà 2: moderazione delle escursioni termiche - Calore = summa di tuka l energia cinecca delle molecole di acqua. - Temperatura = intensità del calore, data dalla energia cinecca media delle molecole ( o C). - 1 caloria = quanctà di energia per elevare 1 o C la temperatura di 1 g di acqua. - Calore specifico: quanctà di calore che si deve assorbire o perdere per cambiare la temperatura di 1 g di materia in 1 o C. Acqua: calore specifico 1 cal/g/ o C, valore alto - > l acqua può assorbire o rilasciare calore subendo solo piccoli cambiamenc di temperatura. Si deve alla presenza di numerosi legami a idrogeno, che assorbono o rilasciano tanta della energia in gioco, diminuendo così la quanctà d energia che va a cambiare la temperatura (aumentare la energia cinecca delle molecole).

22 La chimica della vita. I legami chimici. L acqua. Biotecnologie Agro- Industriali. Biologia Cellulare. M.E. Miranda Banos

23 - Calore di vaporizzazione (evaporazione): quanctà di energia per fare passare 1 g di liquido a gas. Acqua: 580 cal, molto alto... per la presenza di legami a idrogeno, che vengono roa prima di evaporare. A scala planetaria: moderazione delle escursioni climacche sulla Terra. La evaporazione del acqua assorbe tanta energia dal Sole. Raffreddamento per evaporazione: dalle piante alle persone, l evaporazione superficiale di acqua aiuta a rinfrescare la superficie.

24 Proprietà 3: l acqua ghiacciata è meno densa che l acqua fredda... Il ghiaccio galleggia! Grazie ai legami a idrogeno! Questo permeke la vita in acqua anche in ambienc gelac

25 Proprietà 4: l acqua è il solvente della vita L acqua, faka da molecole polari, è in grado di disciogliere tanc solu%, siano ionici (sale) che polari (zuccheri, proteine ). La vita accade in soluzione acquosa! Guscio d idratazione Sostanze idrofile (solubili o non) idrofobe tuke sono importanc in biologia: cellulosio e lipidi hanno ruoli diversi che dipendono pure delle loro proprietà riguardo al acqua.

26 Chimica della vita: chimica in soluzione acquosa Concentrazione di un soluto: massa per unità di volume: grammi / litro Però la massa in g o Kg è una unità arbitraria, non ha un senso fisico Quindi meglio usare il numero di molecole per unità di volume Relazione fra numero di molecole e massa in grami: mol. 1 mol = 6.02 x atomi (numero di Avogadro) 1 g = 6.02 x dalton 12C: massa atomica 12 dalton - > 6.02 x atomi di 12 C - > 12 g Massa molecolare: summa della massa degli atomi cosctuenc la molecola, in dalton: NaCl: Na 23.0 dalton + Cl 35.4 dalton = 58.4 dalton 1 mol di composto = 6.02 x molecole x massa molecolare (n) - > n grammi di composto.

27 Molarità (M): concentrazione di un soluto espressa in moli di soluto / litro solvente Usare moli in vece di g permeke fare combinazioni fra sostanze controllando il numero di molecole di ogni sostanza: Un mole di Na + + un mole di Cl - : un mole di NaCl (sale di tavola) Un mole di Mg 2+ + due moli di Cl - : un mole di MgCl 2

28 Acidità e basicità in soluzione acquosa. H + (idrogeno) Acqua pura: è dissociata 1 molecola fra 554 milioni - > 10-7 M (a 25 o C) di OH - e H + Sono pochi ma poderosi! Molto reaavi. Acido: libera ioni H + in soluzione: HCl - > H + + Cl - Base: riduce la quanctà di ioni H + in soluzione: direkamente: NH 3 + H + NH 4 + o indirekamente: NaOH Na + + OH - - > OH - + H + H 2 O

29 La scala del ph (a 25 o C) [H + ] x [OH - ] = ph = - log [H + ] neutro: [H + ] = > ph = 7 ph < 7 acido ph > 7 basico scala: 1 14, ogni unità di ph: 10 volte più [H + ]

30 Tamponi Sostanze che diminuiscono la concentrazione degli ioni H + e OH - in soluzione. Di solito: acido debole + base coniugata H 2 CO 3 Acido carbonico HCO H + ione bicarbonato Sangue, acqua di mare, laboratorio: tampone carbonico / bicarbonato CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO H + Acido carbonico bicarbonato

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