Sommario. Chimica PARTE 1. Riassunto 7 Nuovi termini incontrati nel capitolo 1 7 Problemi 8

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1 00-iniziali :28 Pagina VII PARTE 1 Chimica 1 La materia 1.1 Grandezze fisiche e unità di misura Multipli e sottomultipli Proprietà della materia Sistemi omogenei ed eterogenei Composizione della materia 6 Riassunto 7 Nuovi termini incontrati nel capitolo 1 7 Problemi 8 2 Atomi e tavola periodica 2.1 L atomo e le particelle sub-atomiche Numero atomico e numero di massa Massa atomica e peso atomico Teoria atomica moderna Numeri quantici e orbitali Energia e riempimento degli orbitali La tavola periodica degli elementi Metalli, non-metalli e denominazione di alcuni gruppi 16 Riassunto 17 Nuovi termini incontrati nel capitolo 2 17 Problemi 17 3 Il legame chimico 3.1 Energia di ionizzazione e affinità elettronica Elettronegatività Il legame ionico Il legame covalente e le molecole Legame covalente puro e polarizzato Struttura delle molecole e formule di Lewis Geometria delle molecole Risonanza Dipoli e interazioni fra molecole diverse Il legame a idrogeno 32 Riassunto 33 Nuovi termini incontrati nel capitolo 3 34 Problemi 34

2 00-iniziali :03 Pagina VIII VIII 4 Composti, reazioni chimiche e stechiometria 4.1 Un esempio di periodicità delle proprietà chimiche degli elementi: gli idruri I composti binari dell ossigeno: gli ossidi Stato di ossidazione L equazione chimica Coefficienti stechiometrici e bilanciamento delle reazioni Tipi di reazioni chimiche Reazioni di ossidoriduzione Il peso molecolare La mole Stechiometria 49 Riassunto 50 Nuovi termini incontrati nel capitolo 4 51 Problemi 51 5 Solidi, liquidi e gas 5.1 Gli stati di aggregazione della materia Cambiamenti di stato Lo stato solido Lo stato liquido Pressione di vapore di un liquido Lo stato gassoso Le leggi dei gas I gas ideali e la legge di stato Miscele di gas 62 Riassunto 62 Nuovi termini incontrati nel capitolo 5 63 Problemi 63 6 Energia, velocità delle reazioni ed equilibrio chimico 6.1 Trasformazioni chimiche e cambiamenti di energia Entalpia ed entropia Energia libera di Gibbs Cinetica chimica Energia di attivazione di una reazione Velocità e costante di velocità di una reazione Catalisi Equilibrio chimico Principio di Le Châtelier 71 Riassunto 72 Nuovi termini incontrati nel capitolo 6 73 Problemi 73 7 Le soluzioni 7.1 Le soluzioni Solubilità Concentrazione delle soluzioni Effetto di temperatura e pressione sulla solubilità Proprietà colligative delle soluzioni e fattore di van t Hoff 81

3 00-iniziali :03 Pagina IX IX 7.6 Abbassamento della pressione di vapore di una soluzione Innalzamento ebullioscopico e abbassamento crioscopico Pressione osmotica Soluzioni colloidali 85 Riassunto 87 Nuovi termini incontrati nel capitolo 7 87 Problemi 88 8 Acidi, basi e sali 8.1 Teoria acido-base di Arrhenius Teoria acido-base di Brønsted-Lowry Forza di acidi e basi Idracidi, ossiacidi e idrossidi Nomenclatura chimica Idrossidi, ossiacidi e tavola periodica Acidi orto, meta e piro Reazioni acido-base e formazione dei sali Teoria acido-base di Lewis 97 Riassunto 97 Nuovi termini incontrati nel capitolo 8 98 Problemi 98 9 ph e soluzioni tampone 9.1 Equilibrio acido-base in soluzione acquosa Dissociazione dell acqua Il ph Il ph di soluzione di acidi e basi Proprietà acido-base dei sali Le soluzioni tampone Determinazione del ph di una soluzione tampone Sistemi tampone fisiologici Misura del ph 111 Riassunto 112 Nuovi termini incontrati nel capitolo Problemi Elementi di chimica organica 10.1 La chimica del carbonio Rappresentazione e classificazione dei composti organici Idrocarburi Alcani Alcheni e alchini Idrocarburi aromatici: il benzene Composti eterociclici Alcoli, eteri e tioli Ammine Aldeidi e chetoni 124

4 00-iniziali :03 Pagina X X Acidi carbossilici Isomeria ottica 126 Riassunto 128 Nuovi termini incontrati nel capitolo Problemi 128 PARTE 2 Biochimica e biologia applicata Sezione A STRUTTURA E FUNZIONE DELLE BIOMOLECOLE E DELLE CELLULE 11 Cos è la vita 11.1 Vivente e non vivente La teoria cellulare Le proprietà fondamentali del mondo vivente La cellula Perché una cellula vive? Costruzione chimica delle cellule 138 Riassunto 141 Nuovi termini incontrati nel capitolo Problemi I carboidrati 12.1 Aspetti generali e classificazione I monosaccaridi sono le unità elementari degli zuccheri La formazione di semiacetali produce forme anomeriche dei monosaccaridi Alcuni derivati dei monosaccaridi hanno grande importanza biologica Gli oligosaccaridi e la loro importanza in natura I polisaccaridi sono le molecole organiche più diffuse in natura I glicosamminoglicani sono costituenti fondamentali della matrice extracellulare I proteoglicani e le glicoproteine sono molecole costituite da proteine e carboidrati 153 Riassunto 154 Nuovi termini incontrati nel capitolo Problemi I lipidi 13.1 Aspetti generali e classificazione Gli acidi grassi Gli acilgliceroli sono i costituenti fondamentali del tessuto adiposo I fosfogliceridi sono i costituenti base delle membrane cellulari Anche gli sfingolipidi sono costituenti delle membrane cellulari I terpeni e gli steroidi sono lipidi semplici Le vitamine liposolubili svolgono importanti ruoli biochimici Le prostaglandine svolgono importanti funzioni di regolazione Le lipoproteine e il trasporto dei lipidi nel sangue 167 Riassunto 169 Nuovi termini incontrati nel capitolo Problemi 170

5 00-iniziali :03 Pagina XI XI 14 Amminoacidi e proteine 14.1 Importanza biologica delle proteine Le proteine svolgono funzioni diverse Gli amminoacidi: le unità elementari di cui sono fatte le proteine Gli amminoacidi sono acidi e basi deboli Le proteine possiedono più livelli strutturali Gli amminoacidi delle proteine sono legati attraverso legami peptidici La struttura primaria differenzia un tipo di proteina dall altro I livelli superiori di struttura delle proteine Lo scheletro peptidico tende ad assumere localmente conformazioni ordinate La struttura secondaria ad alfa-elica La struttura beta a pieghe La conformazione tridimensionale di una proteina prende il nome di struttura terziaria L emoglobina è un esempio di proteina con struttura quaternaria Il comportamento allosterico è alla base della regolazione dell attività biologica dell emoglobina 190 Riassunto 191 Nuovi termini incontrati nel capitolo Problemi Gli enzimi 15.1 Gli enzimi sono proteine Alcune definizioni Classificazione degli enzimi Gli enzimi sono i catalizzatori biologici per eccellenza Gli enzimi sono caratterizzati da elevata specificità Molti enzimi sono presenti nei tessuti in forme molecolari diverse Coenzimi e cofattori partecipano all attività di numerosi enzimi Le vitamine sono sostanze organiche indispensabili all organismo in piccola quantità Le vitamine idrosolubili Molti coenzimi sono forme attivate di vitamine idrosolubili Gli enzimi agiscono formando un complesso con le molecole del substrato Fattori che influenzano l attività degli enzimi Alcuni enzimi presentano un comportamento allosterico Il dosaggio di numerosi enzimi può avere utilità a fini diagnostici Inibizioni dell attività degli enzimi Molti farmaci agiscono come inibitori enzimatici 210 Riassunto 211 Nuovi termini incontrati nel capitolo Problemi Nucleotidi e acidi nucleici 16.1 Gli acidi nucleici sono polimeri di nucleotidi I nucleotidi sono le unità costitutive degli acidi nucleici Il DNA Il DNA è un polimero lineare di unità nucleotidiche Il modello del DNA a doppia elica di Watson e Crick Il modello a doppia elica del DNA ha importanti conseguenze 218

6 00-iniziali :03 Pagina XII XII 16.7 Il DNA si trova superavvolto nei cromosomi L RNA è chimicamente molto simile al DNA Struttura dell RNA Le cellule procariotiche ed eucariotiche contengono vari tipi di RNA 222 Riassunto 225 Nuovi termini incontrati nel capitolo Problemi Organizzazione e funzioni delle cellule e dei virus 17.1 Gli organismi viventi sono classificati secondo diversi criteri Archeobatteri ed eubatteri sono diversi fra loro Le cellule procariotiche sono strutturalmente semplici Le cellule eucariotiche sono unità complesse Struttura e funzione della membrana cellulare Il trasporto delle sostanze avviene attraverso la membrana cellulare Nucleo e ribosomi hanno il controllo genetico della cellula Il sistema di membrane interne svolge funzione di sintesi, distribuzione e degradazione di sostanze Mitocondri e cloroplasti sono le centrali di produzione dell energia Il citoscheletro svolge funzioni di sostegno e di movimento I virus sono organismi al limite della vita I retrovirus sono virus particolari che causano gravi malattie Viroidi e prioni sono particelle infettanti più semplici dei virus 244 Riassunto 245 Nuovi termini incontrati nel capitolo Problemi Il ciclo cellulare e la riproduzione 18.1 Gli organismi più semplici si riproducono in modo asessuato Il materiale genetico delle cellule eucariotiche è contenuto nei cromosomi Il ciclo vitale delle cellule prevede quattro fasi distinte La maggior parte delle cellule del nostro organismo si divide per mitosi La variabilità genetica è un importante fattore evolutivo La riproduzione sessuata richiede il contributo di due individui La meiosi porta alla formazione delle cellule riproduttive Errori avvenuti durante la meiosi causano anomalie genetiche Oogenesi e spermatogenesi 259 Riassunto 260 Nuovi termini incontrati nel capitolo Problemi 262 Sezione B IL FLUSSO DELL INFORMAZIONE NEI SISTEMI VIVENTI 19 Gli acidi nucleici sono i depositari dell informazione biologica 19.1 Le basi molecolari dell informazione genetica Griffith scoprì il fattore trasformante Molti ricercatori cercarono di identificare il fattore trasformante Gli studi sui batteriofagi permisero di confermare che il materiale genetico era DNA 265

7 00-iniziali :03 Pagina XIII XIII 19.5 Altri studi dimostrarono che il DNA è il materiale genetico anche nelle cellule eucariotiche 266 Riassunto 267 Nuovi termini incontrati nel capitolo Problemi Replicazione e riparazione del DNA 20.1 La struttura del DNA suggerisce le modalità della sua replicazione La sintesi del DNA è catalizzata dalle DNA polimerasi La replicazione del DNA richiede l intervento di numerosi enzimi e fattori proteici I retrovirus rappresentano un eccezione al dogma centrale della biologia molecolare Le mutazioni sono modificazioni della sequenza del DNA Le mutazioni possono essere causate da agenti di tipo diverso La cellula possiede gli strumenti per riparare molti danni a carico del suo DNA Le malattie genetiche e il cancro sono causati da alterazioni locali del DNA 278 Riassunto 280 Nuovi termini incontrati nel capitolo Problemi Biosintesi delle proteine e regolazione dell espressione genica 21.1 La biosintesi delle proteine è un attività antica e di fondamentale importanza per la cellula Un gene, una proteina La trascrizione dell RNA è catalizzata dalle RNA polimerasi La sintesi dell RNA inizia a livello dei promotori La trascrizione termina in corrispondenza di particolari sequenze Maturazione dell RNA Il codice genetico Il codice genetico è universale La biosintesi delle proteine I ribosomi sono complessi sopramolecolari L attivazione degli amminoacidi Le fasi della biosintesi delle proteine Un peptide neosintetizzato spesso viene modificato chimicamente Molti antibiotici e tossine interferiscono con la biosintesi proteica L espressione dei geni è strettamente controllata La regolazione della trascrizione 296 Riassunto 298 Nuovi termini incontrati nel capitolo Problemi La trasmissione dei caratteri ereditari 22.1 Cenni storici Variabilità genetica ed ereditarietà Per i propri esperimenti Mendel usò linee pure Gli esperimenti di Mendel Le leggi di Mendel Dominanza incompleta 306

8 00-iniziali :03 Pagina XIV XIV 22.7 Poliallelismo e pleiotropia Eredità poligenica Geni concatenati Eredità legata al sesso Eredità citoplasmatica 311 Riassunto 312 Nuovi termini incontrati nel capitolo Problemi La tecnologia del DNA ricombinante 23.1 Ingegneria genetica e biotecnologie Il clonaggio di un segmento di DNA si articola in più fasi Le endonucleasi di restrizione sono uno strumento indispensabile negli studi di ingegneria genetica La reazione a catena della polimerasi I vettori di clonaggio permettono di intodurre frammenti di DNA nelle cellule accettrici Le biotecnologie trovano numerose applicazioni L ingegneria genetica ha vaste applicazioni in campo medico Le biotecnologie hanno una rilevante importanza anche per l alimentazione umana Le biotecnologie permettono di ottenere nuovi prodotti aprendo nuove frontiere industriali L uso delle biotecnologie può creare problemi ambientali e morali 323 Riassunto 324 Nuovi termini incontrati nel capitolo Problemi 325 Sezione C LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE NEGLI ESSERI VIVENTI 24 Introduzione al metabolismo 24.1 Il metabolismo è la base della vita cellulare Il metabolismo cellulare è organizzato in vie metaboliche Le cellule depositano e utilizzano energia sotto forma di ATP L ATP è il «motore» di numerose reazioni cellulari Anabolismo e catabolismo comprendono vie metaboliche interconnesse molte delle quali sono altamente conservate Molti substrati vengono attivati per essere metabolizzati NAD e FAD sono i principali coenzimi ossidoriduttivi Le principali vie di utilizzazione dell ATP Gli intermedi metabolici dentro la cellula si trovano in una condizione di equilibrio dinamico Regolazione del metabolismo Errori congeniti del metabolismo 336 Riassunto 338 Nuovi termini incontrati nel capitolo Problemi 339

9 00-iniziali :03 Pagina XV XV 25 Metabolismo dei carboidrati 25.1 La glicolisi e le altre fermentazioni anaerobie rappresentano le più antiche vie di utilizzazione del glucosio Le fermentazioni avvengono in assenza di ossigeno La glicolisi è una via metabolica costituita da 11 reazioni catalizzate In alcuni tessuti la glicolisi fornisce grandi quantità di energia metabolica Regolazione della glicolisi Il glicogeno è il polisaccaride di riserva presente in tutti gli animali Biosintesi del glicogeno Le reazioni della glicogenolisi sono diverse da quelle della glicogenosintesi La regolazione della glicemia Il glucosio può essere utilizzato anche in altre vie metaboliche L acido glucuronico favorisce l eliminazione di sostanze tossiche Le cellule possono sintetizzare glucosio a partire da molecole non glicidiche quali gli amminoacidi La gluconeogenesi non è la glicolisi percorsa a ritroso Regolazione della gluconeogenesi 355 Riassunto 356 Nuovi termini incontrati nel capitolo Problemi Metabolismo dei lipidi 26.1 Gli acidi grassi sono i principali combustibili del metabolismo La biosintesi degli acidi grassi avviene nel citosol La biosintesi degli acidi grassi è catalizzata da un complesso multienzimatico Il catabolismo degli acidi grassi avviene attraverso la beta-ossidazione La produzione dei corpi chetonici è legata al metabolismo dei carboidrati Anche il colesterolo viene sintetizzato prevalentemente nel fegato La biosintesi del colesterolo viene attentamente regolata 365 Riassunto 367 Nuovi termini incontrati nel capitolo Problemi Metabolismo dei composti azotati 27.1 Il metabolismo degli amminoacidi Molte malattie genetiche sono causate dal deficit del metabolismo di amminoacidi Alcune reazioni generali sono presenti nel metabolismo di tutti gli amminoacidi Deamminazione degli amminoacidi Molti amminoacidi possono essere decarbossilati Trasferimento di frammenti monocarboniosi La produzione dell urea e dell acido urico Metabolismo delle basi azotate Biosintesi delle basi puriniche e pirimidiniche 377 Riassunto 379 Nuovi termini incontrati nel capitolo Problemi 380

10 00-iniziali :29 Pagina XVI XVI 28 La produzione dell energia nei mitocondri 28.1 Le cellule producono energia nei mitocondri Potenziale redox ed energia chimica La respirazione cellulare comprende le reazioni ossidative terminali che producono CO Le ossidazioni terminali sono l ultimo atto della respirazione cellulare La decarbossilazione ossidativa dell acido piruvico Il ciclo dell acido citrico Gli intermedi del ciclo dell acido citrico possono essere utilizzati in numerose biosintesi Nella catena respiratoria gli elettroni passano attraverso accettori intermedi dai coenzimi ridotti all ossigeno Gli ormoni tiroidei sono tra i principali controllori della catena respiratoria La fosforilazione ossidativa accoppia la sintesi dell ATP al trasferimento degli elettroni sull ossigeno L ATP viene sintetizzato grazie al flusso dei protoni attraverso l ATP sintasi 393 Riassunto 395 Nuovi termini incontrati nel capitolo Problemi Comunicazione tra le cellule: ormoni e trasduzione del segnale 29.1 Molte funzioni dell organismo sono regolate e coordinate chimicamente Gli ormoni Il dosaggio degli ormoni richiede l impiego di metodiche altamente sensibili Molti ormoni agiscono attraverso un secondo messaggero Il meccanismo di azione degli ormoni AMP ciclico-dipendenti amplifica il segnale Lo spegnimento del segnale ormonale I recettori per gli ormoni steroidei e della tiroide sono proteine solubili citoplasmatiche Le proteina cinasi C controllano anche la proliferazione cellulare Gli ioni Ca 2+ sono il secondo messaggero in un molte vie di trasduzione del segnale Anche le cinasi specifiche per residui di tirosina controllano la proliferazione e il differenziamento cellulare Molti oncogéni codificano i fattori di crescita che possiedono attività cinasica non regolata Il ciclo cellulare è regolato da proteina cinasi 410 Riassunto 412 Nuovi termini incontrati nel capitolo Problemi Elementi di biochimica d organo e di tessuto 30.1 Trasporto dei gas e regolazione del ph Il fegato Il rene La coagulazione del sangue La contrazione muscolare Metabolismo delle cellule muscolari 425

11 00-iniziali :29 Pagina XVII XVII 30.7 La prestazione atletica richiede adattamenti metabolici 425 Riassunto 427 Nuovi termini incontrati nel capitolo Problemi Elementi di scienza dell alimentazione 31.1 Aspetti biochimici dell alimentazione Macronutrienti e micronutrienti I glicidi alimentari assicurano la maggior parte dell apporto calorico della dieta Le proteine nell alimentazione I lipidi alimentari forniscono energia e vitamine La fibra alimentare Gli elementi minerali Digestione e assorbimento delle sostanze alimentari Aspetti energetici dell alimentazione I principali capitoli di spesa energetica dell organismo Modificazioni metaboliche nel ciclo digiuno-alimentazione Nel digiuno avvengono numerosi cambiamenti metabolici 443 Riassunto 444 Nuovi termini incontrati nel capitolo Problemi 446 Soluzioni ragionate dei problemi di Chimica (Capitoli 1-10) 447 Indice analitico 479