Appunti di Zoologia

Acqua e vita:

L’acqua è il composto più abbondante delle cellule e il mantenimento di un ambiente interno

umido è il compito fisiologico più importante. L’acqua è adatta al ruolo essenziale per le sue

proprietà, che derivano in gran parte dai legami a idrogeno:

●​ alta capacità di calore specifico: quando l’acqua si scalda gran parte dell’energia

termica serve a rompere i legami a idrogeno, dunque rimane meno calore per

aumentare l’energia cinetica, e quindi la temperatura, dell’acqua. Questa capacità è

utile per i cambiamenti di temperatura ambientale.

●​ alto calore di vaporizzazione: i legami a idrogeno, tra una molecola e le vicine,

devono rompersi prima che l'acqua possa lasciare la superficie. Per gli animali

terrestri il raffreddamento che ne deriva è importante per liberarsi dall’eccesso di

calore;

●​ singolare variazione di densità durante i cambiamenti di temperatura: essa raggiunge

la densità max a 4°C e diviene meno densa con l’ulteriore raffreddamento. Nel

reticolo cristallino del ghiaccio le molecole sono più distanziate e la densità è minore

(Per questo il ghiaccio galleggia e le masse di acqua non solidificano sul fondo);

●​ alta tensione superficiale: conseguenza dell’alta tendenza delle molecole a unirsi con

legami ad H;

●​ bassa viscosità: favorisce il movimento del sangue attraverso i capillari;

●​ è un eccellente solvente per gli ioni dei sali, che si sciolgono in quantità maggiore

rispetto ad ogni altro solvente. Questo dipende dalla sua natura dipolare.

[strutture molecolari organiche dei sistemi viventi

L’evoluzione chimica dell’ambiente prebiotico ha prodotto i composti organici che infine

hanno formato le cellule viventi.

1.Carboidrati:

Sono composti di carbonio, idrogeno e ossigeno e, nel protoplasma, svolgono funzione

strutturale oltre che di fonte di energia. Il glucosio è il più importante carboidrato per

immagazzinare energia. I carboidrati sono prodotti dalle piante tramite energia solare a

partire da acqua e anidride carbonica (fotosintesi), e da questa reazione dipende tutta la

vita. Si dividono in monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi.

●​ i monosaccaridi hanno una singola catena di carbonio a 4,5 o 6 atomi di C.

Monosaccaridi come fruttosio, glucosio (il più importante) e galattosio hanno pii un

gruppo funzionale libero.

●​ i disaccaridi sono formati dall’unione di due monosaccaridi, che si uniscono tramite la

rimozione di una molecola d’acqua.

●​ i polisaccaridi contengono molte molecole di zuccheri semplici. L’amido è un

polimero di riserva, la chitina è strutturale per gli esoscheletri degli insetti, il glicogeno

è utile per l’immagazzinamento dello zucchero, la cellulosa è strutturale.

2.Lipidi:

Sono i grassi e le sostanze simili: sono molecole a bassa polarità e insolubili in acqua. I tre

principali gruppi sono:

●​ trigliceridi: i grassi possono derivare dalla dieta o dai carboidrati che vengono

convertiti in grassi per essere immagazzinati. I trigliceridi sono costituiti da una

molecola di glicerolo e 3 acidi grassi (acidi monocarbossilici a lunga catena, da 14 a

24 C), che si uniscono tramite la liberazione di una molecola d’acqua (per ciascun

acido grasso, quindi in totale 3). Si distingue tra:

○​ acidi grassi saturi, cioè solo con legami semplici;

○​ acidi grassi insaturi, con doppi o tripli legami

●​ fosfolipidi: sono componente fondamentale delle membrane, somigliano ai trigliceridi

ma al posto di uno dei tre acidi grassi hanno un acido fosforico e una base organica.

I fosfolipidi sono anfipatici, cioè possono fare da ponte tra molecole polari e apolari,

poiché il gruppo fosfato è polare (perché carico), mentre le code di acidi grassi no.

●​ steroidi: sono alcoli complessi, con proprietà simili ai grassi. Si ricordano colesterolo

e vitamina D.

3.Amminoacidi e proteine:

Le proteine sono molecole grandi e complesse, formate da 20 tipi di amminoacidi, legati da

legami peptidici a costituire lunghe catene. Questo legame si forma per eliminazione di una

molecola d’acqua tra un gruppo carbossilico e uno amminico. I 20 tipi di amminoacidi

possono essere disposti in un’enorme varietà di sequenze, motivo per cui le proteine sono

estremamente diversificate.

●​ le proteine sono caratterizzate da 4 livelli di organizzazione:

○​ struttura primaria: la sequenza degli amminoacidi;

○​ struttura secondaria: dovuta a legami che si instaurano tra i partecipanti ai

legami peptidici. Formano strutture come alfa elica e beta foglietto;

○​ struttura terziaria: dovuta a legami che si instaurano tra i gruppi funzionali dei

vari amminoacidi. Tutti questi legami causano “ripiegamenti” della molecola

che assume così particolari strutture.

○​ struttura quaternaria: non sempre presente, si forma in seguito all’unione di

più proteine (come l’emoglobina, formata da 4 subunità).

Le proteine svolgono numerose funzioni, dall’impalcatura strutturale a quella enzimatica.

4.Acidi nucleici:

Sostanze complesse ad alto peso molecolare, sono caratterizzate da una sequenza di basi

azotate, che codifica l’informazione genetica. Gli acidi nucleici non solo dirigono la sintesi di

enzimi e proteine ma si occupano anche della replicazione. Se ne distinguono due tipi: DNA

e RNA.

●​ Sono entrambi polimeri di unità ripetute, dette nucleotidi, che contengono uno

zucchero, una base azotata e un gruppo fosfato.]

Evoluzione chimica:

Oparin e HAldane ritenevano che l’atmosfera primitiva della Terra contenesse composti

semplici, ma mancasse di ossigeno.

●​ evidenze scientifiche confermano che l’atmosfera primordiale contenesse solo tracce

di ossigeno, che, in gran parte reagendo con l’H, formarono l’acqua della Terra.

●​ L’atmosfera primordiale era dunque riducente, data la maggior presenza di H.

In quel tempo, inoltre, la Terra era frequentemente bombardata da comete e meteore, che,

all’impatto, generavano calore, vaporizzando gli oceani.

Questa atmosfera riducente ha favorito la sintesi prebiotica, determinando l'inizio della vita:

Oparin e Haldane proposero che le radiazioni UV, in una tale miscela gassosa, avessero

causato la formazione di sostanze organiche, come zuccheri e amminoacidi, che,

accumulandosi nell’oceano, costituirono il “brodo primordiale”.

●​ perché ciò avvenga è però necessaria una fonte continua di energia libera, fornita

da: ○​ la luce UV del Sole, che probabilmente era molto più intensa sulla Terra

primordiale prima dell'accumulo di ossigeno;

○​ scariche elettriche e temporali;

○​ l’attività vulcanica

○​ bocche idrotermiche (sorgenti calde sottomarine in cui l’acqua del mare

fluisce attraverso fratture sul fondo, per raggiungere il magma. L’acqua viene

surriscaldata e ributtata fuori, trascinando una gran quantità di molecole

disciolte dalle rocce surriscaldate).

Gli studi di Oparin e Haldane stimolarono la ricerca: Miller e Urey simularono, con successo,

le condizioni che si ipotizzavano caratterizzare la Terra primordiale. Costruirono un

apparecchio in grado di far circolare una miscela di metano, H, NH3 e H2O tramite una

scarica elettrica.

●​ Dopo una settimana di scariche l’acqua fu analizzata e si scoprì che il 15% del

carbonio presente era stato convertito in composti organici (4 amminoacidi, urea e

acidi grassi semplici).

Miller capì inoltre che gli amminoacidi potevano essere sintetizzati da molti tipi diversi di

miscele gassose, che venivano irradiate con luce UV o sottoposte a scarica elettrica: serviva

solo che la miscela fosse riducente ed esposta a qualche sorgente di energia.

Formazione dei polimeri:

Lo stadio successivo dell’evoluzione chimica fu la condensazione chimica delle sostanze

organiche risultate, per formare molecole più grandi, come proteine e acidi nucleici. Queste

reazioni sono dette di condensazione: i monomeri vengono legati insieme con l’eliminazione

di molecole d’acqua.

●​ Queste però non avvengono con facilità in soluzioni diluite: nei sistemi avvengono in

ambiente acquoso ma grazie all’azione di enzimi. Senza quelli le macromolecole si

decomporrebbero immediatamente.

Si può perciò ipotizzare che la condensazione sia avvenuta all’interno di vescicole formate

da una membrana semipermeabile. composta da molecole anfipatiche: diversi studi

dimostrano infatti che queste membrane possono autoassemblarsi a partire da una

soluzione di tali molecole.

Origine dei sistemi viventi:

L’origine delle forme più primordiali è datata 4 mlrd di anni fa: i primi organismi furono

protocellule, unità autonome, circondate da membrana con un’organizzazione funzionale

complessa, che consentiva l’autoriproduzione.

Ma come i sistemi chimici primordiali si sono organizzati in cellule viventi autonome?

●​ Una lunga evoluzione