La materia e i composti organici

Definiamo materia tutto ciò che occupa spazio e che ha una massa propria. La materia è costituita da elementi chimici, tra i quali 25 sono indispensabili per la vita. Gli elementi chimici non sono scindibili e quindi sono dette sostanze PURE, come ad esempio l'ossigeno. Esistono poi i composti, ovvero sostanze costituite da due o più elementi ad esempio l'acqua (due atomi di idrogeno un atomo di ossigeno).
L'atomo è la minima parte di materia che conserva ancora le caratteristiche di un elemento. E' formato da un nucleo, contenente protoni ed elettroni, e da vari gusci elettronici o livelli, dove troviamo gli elettroni. I protoni hanno carica elettrica positiva, i neutroni sono neutri e gli elettroni han carica elettrica negativa. I gusci elettronici più sono distanti dal nucleo e più il livello energetico è maggiore. Un atomo per essere STABILE o COMPLETO deve avere nel suo guscio più esterno 8 elettroni, e nel caso il guscio esterno non sia completo un atomo può legarsi a un altro atomo mediante due tipologie di legami: IONICO e COVALENTE. Nel primo un atomo cede o acquista uno o più elettroni, e rispettivamente diventa carico positivamente o negativamente. Due ioni con carica opposta si attraggono formando appunto un legame ionico, e il composto risultante è neutro. Nel secondo legame, invece, due atomi mettono in condivisione una o più coppie di elettroni. Ogni coppia condivisa costituisce un legame covalente. Due atomi o più uniti tramite legami covalenti formano una molecola.


I composti organici e il carbonio

Esistono composti organici e composti inorganici. Tutto ciò dipende dalla presenza o meno del carbonio: esso è fondamentale per la vita in quanto ha capacità di formare grandi molecole dalle diverse caratteristiche (macromolecole) e ha la capacità di formare 4 legami covalenti con altri atomi. Una catena di atomi di carbonio in una molecola è detta Scheletro carbonioso.

Esistono 6 principali gruppi funzionali, ovvero gruppi di atomi che all'interno di una molecola ne determinano le caratteristiche:
-gruppo ossidrillico (presente ad esempio nell'alcol)
-gruppo carbossilico
-gruppo carbonilico
-gruppo amminico (presente negli amminoacidi)
-gruppo fosfato
-gruppo metilico

I primi cinque gruppi sono polari e quindi idrofili, mentre il sesto è non polare e quindi idrofobo.

Abbiamo detto che il carbonio è in grado di costituire delle macromolecole. Esse si suddividono in carboidrati, lipidi, proteine e acidi nucleici. Esse sono costituite da polimeri, ovvero grandi catene costituite a loro volta da monomeri legati tra loro mediante reazioni di condensazione, eliminando una molecola di acqua. Esiste anche un processo inverso, detto di idrolisi e serve per demolire i polimeri: aggiungendo una molecola di acqua i polimeri vanno a rompersi. In entrambi i casi sono necessari gli enzimi, ovvero proteine che sono utili per velocizzare tutte le reazioni chimiche.

I carboidrati

Andiamo a parlare dei carboidrati. Essi sono costituite da carbonio, ossigeno e idrogeno. La loro formula generale è infatti (Ch2o)n, ovvero per ogni molecola di acqua esiste un atomo di carbonio. I carboidrati hanno funzione energetica e si possono dividere in:
-monosaccaridi, uniti da reazioni di condensazione. Tra loro troviamo il fruttosio e il glucosio, che per altro sono ISOMERI, ovvero presentano la stessa composizione chimica ma diversa disposizione degli atomi.
-Disaccaridi, ovvero una serie da due monosaccaridi. Tra essi ricordiamo il saccarosio, estratto dalle barbabietole o dalla canna da zucchero per essere poi portato nelle nostre tavole.
-Polisaccaridi, ovvero polimeri di monosaccaridi. Tra essi ricordiamo il glicogeno, l'amico, la cellulosa e la chitina

I lipidi

Un'altra categoria di macromolecola sono i lipidi, che non essendo polari sono idrofobi e sono composti da carbonio e idrogeno. I lipidi possono essere monogliceridi, formati ovvero da una molecola di acido grasso e una molecola di glicerolo; digliceridi, ovvero formati da una molecola di glicerolo e da due di acido grasso e infine trigliceridi, formati da tre molecole di acido grasso e una di glicerolo. I lipidi servono alle specie animali per immagazzinare energia. I fosfolipidi e il colesterolo (quest'ultimo fa parte degli steroidi) sono fondamentali per la costituzione delle membrane biologiche. I fosfolipidi sono molto simili ai trigliceridi se non fosse che anziché una terza molecola di acido grasso sia presente un gruppo fosfato carico negativamente. Gli steroidi, più in generale, sono formati da 4 anelli uniti tra loro.

Le proteine

Abbiamo poi le proteine, che sono anch'esse fondamentali per il nostro organismo in quanto hanno funzione plastica. Esistono ben otto categorie di proteine: -enzimi, come già menzionato, utili per velocizzare le reazioni chimiche
-strutturali, presenti nei peli dei mammiferi e nei tendini
-di difesa
-regolatrici
-di trasporto
-di riserva
-contrattili
-proteine-recettori

La struttura delle proteine è tridimensionale. Esse sono costituite da polimeri di amminoacidi, e con questi 20 tipi di amminoacidi (contenti un gruppo amminico, un gruppo carbossillico e un gruppo funzionale R) sono in grado di costituire migliaia di proteine differenti grazie alla diversa posizione degli stessi.
Ovviamente gli amminoacidi si legano tra loro mediante reazioni di condensazione, e il legame mediante i cui appunto si legano è detto legame peptidico. Una sequenza di due amminoacidi forma una sequenza dipeptide, mentre più amminoacidi costituiscono una sequenza polipeptide.
Le proteine sono strutturate su 4 livelli:
-la struttura primaria è la semplice serie di amminoacidi nella catena polipeptidica
-la struttura secondaria invece dipende da legami più deboli, ovvero i legami di idrogeno
-la struttura terziaria vede una molecola di forma tridimensionale che presenta sulla sua superficie gruppi funzionali che le permettono di riconoscere altre molecolede e di legarsi ad esse
-la struttura quaternaria vede infine il risultato finale in cui le subunità (polimeri di amminoacidi= si legano definitivamente.

Gli acidi nucleici

Infine abbiamo gli acidi nucleici, che comprendono DNA e RNA. Il primo è di fondamentale importanza per quel che riguarda la tramandazione dei geni mentre il secondo svolge la funzione di trasformare le informazioni nelle necessarie catene di amminoacidi. Entrambi sono costituiti da monomeri di nucleotidi (ne esistono 4 tipi). I nucleotidi sono composti da zucchero pentoso, gruppo fosfato e una base azotata che altro non è che una molecola di azoto e carbonio. Nel DNA lo zucchero pentoso è il desossiribosio, mentre nel RNA lo zucchero pentoso è il ribosio. Il DNA presenta una struttura a doppia elica dove i filamenti sono tenuti assieme da legami idrogeno. Le basi azotate del DNA sono guanina, adenina e timina. Il RNA presenta un unico filamento e le basi azotate sono guanina, adenina e uracile.

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