Biologia: organizzazione della vita (1 Esonero)

LEGAMI CHIMCI DEBOLI:

1. Forze di Wan der Waals

2. Legame a Idrogeno LA MOLECOLA DI H O

2

Circa il 70% del nostro peso corporeo è dovuto all'acqua

• Le sostanze che interagiscono rapidamente con l'acqua sono dette idrofiliche (“che amano

• l'acqua”): si sciolgono rapidamente in acqua

Molte sostanze idrofobiche (“che temono l'acqua”) che si trovano negli esseri viventi sono

• particolarmente importanti per la loro capacità di formare strutture che non si sciolgono in

acqua

Le interazioni idrofobiche forniscono la spiegazione perché l'olio tenda a formare

• agglomerati quando si aggiunge l'acqua

STATO FISICO E PROPRIETA'

Stato liquido:

legami a idrogeno più labili, meno numerosi (16%)

• reticolo collassa, spazi vuoti invasi, aumento densità

• forza residua legami H sufficiente a determinare:

• Alto calore specifico ------> Stabilità termica

Coesione ------> Tensione superficiale

Adesione ------> Capillarità

Potere solvente ------> Mezzo delle soluzioni (reazioni)

Stato gassoso:

vapore acqueo

• assenza di legami H

•

Stato solido:

reticolo cristallino ordinato, grazie a legami H stabilizzati e numerosi

• ampi spazi vuoti

• galleggiamento

• H O COME SOLVENTE

2

H O determina solvatazione (idratazione) di sostanze idrofile:

2 composti ionici (sali, come NaCl)

• composti covalenti polarizzati (acidi)

• composti polari (alcoli)

•

I composti idrofobi (apolari) sono insolubili in H O

2

I composti anfipatici si comportano sia come idrofili che come idrofobi, avendo una porzione

apolare e una porzione polare

CALORE DI EVAPORAZIONE = quantità di energia termica necessaria per far passare 1g di una

sostanza dallo stato liquido a quello gassoso

CALORE SPECIFICO = quantità di energia termica necessaria per far aumentare di 1°C la

temperatura di 1g di una sostanza ACIDI E BASI

+ -

DISSOCIAZIONE DELL'ACQUA: H O <===> H + OH

2

+ - -7 -7 -14

[H ] + [OH ] = 10 + 10 = 1*10 +

Un acido è una sostanza che in soluzione si dissocia producendo ioni H e anioni; un acido è

• +

quindi un donatore di protoni Acido -----> H + anione

Una base è un accettore di protoni; la maggior parte delle basi è rappresentata da sostanze

• - + -

che si dissociano cedendo uno ione OH e un catione NaOH -----> Na + OH

pH E SISTEMI TAMPONE

pH = termine in cui viene generalmente espresso il grado di acidità di una sostanza

+

pH = - log [H ]

• 10

+ -

se [H ] = [OH ] allora il pH = 7 e si definisce neutro

• + -

se [H ] > [OH ] allora il 1 < pH < 7 e si definisce acido

• + -

se [H ] < [OH ] allora il 7 < pH < 14 e si definisce basico

•

TAMPONE = sostanza, o una combinazione di sostanze, che si oppone alle variazioni di pH dovute

all'aggiunta di un acido o una base. Il sistema tampone è descritto dalla seguente espressione:

+ 3-

CO + H O <===> H CO <===> H + HCO

2 2 2 3

+ -

H O <--- H + OH

2

+ 3-

H + HCO ---> H CO

2 3

SALI +

Quando si mescola un acido e una base in acqua, gli ioni H , provenienti dall'acido, formano con gli

-

ioni OH , provenienti dalla base, una molecola d'acqua. Ciò che rimane dell'acido (anione) si

combina con ciò che rimane della base (catione) per formare un sale.

Hcl + NaOH -----> H O + NaCl

2

Elettroliti (sostanze in grado di condurre corrente elettrica): un sale, un acido o una base in grado di

dare origine a particelle cariche una volta disciolti in acqua

Non Elettroliti: sono sostanze che non formano ioni in soluzione (ad esempio zuccheri o alcoli)

GRUPPI FUNZIONALI

È definito “gruppo funzionale” una parte della struttura di una molecola caratterizzata da

• specifici elementi e da una struttura ben definita, che conferisce alla molecola stessa una

reattività specifica CARBOIDRATI

Gli zuccheri e gli amidi fungono da riserva di energia per le cellule

• La cellulosa è il componente principale delle pareti delle cellule vegetali

• I carboidrati contengono C, H e O

• Formula generale -------> (CH O)

• 2 n

MONOSACCARIDI

contengono generalmente da tre a sette atomi di carbonio -----> 3 < n < 7

• a ciascun carbonio è legato un gruppo ossidrilico, tranne a uno, il quale a sua volta è legato,

• mediante un doppio legame, a un atomo di ossigeno per formare un gruppo carbonilico.

se il gruppo carbonilico è in posizione terminale, il monosaccaride è un aldeide

• se il gruppo carbonilico è in una posizione interna, il monosaccaride è un chetone

• il glucosio (C H O ), il monosaccaride più abbondante, è utilizzato come fonte di energia

• 6 12 6

dalla maggior parte degli organismi

il gruppo aldeidico del glucosio reagisce con il 5° atomo di carbonio e la molecola diviene

• “ciclica” (si chiude), assumendo due possibili configurazioni: α e β

se il gruppo OH si trova sotto avremo una struttura α

• se il gruppo OH si trova sopra avremo una struttura β

•

ISOMERI = molecole con stessa formula molecolare ma con una diversa disposizione degli atomi

DISACCARIDI

sono costituiti da due monosaccaridi uniti insieme mediante un legame glicosidico ,

• costituito da un ossigeno centrale legato covalentemente a due atomi di carbonio

il legame glicosidico di un disaccaride in molti casi si forma tra il carbonio 1 di una

• molecola e il carbonio 4 della molecola adiacente

Saccarosio = Glucosio + Fruttosio ---> legame α C -C

• 1 4

Lattosio = Galattosio + Glucosio ---> legame β C -C

• 1 4

Maltosio = Glucosio + Glucosio ---> legame α C -C

• 1 4

i disaccaridi vengono idrolizzati in presenza di H O e di un enzima specifico

• 2

POLISACCARIDI

macromolecola costituita da unità ripetute di uno zucchero semplice, generalmente il

• glucosio; può essere costituito da una lunga catena lineare o ramificata

AMIDO: è un polimero costituito da subunità di α-glucosio . I monomeri sono uniti da

• legami α 1-4, il che significa che il carbonio 1 di un glucosio è legato al carbonio 4 del

glucosio adiacente. Le cellule vegetali accumulano l'amido in organuli specializzati chiamati

amiloplasti

CELLULOSA: è un polisaccaride insolubile costituito da molte molecole di glucosio legate

• tra loro. È costituito da molte molecole di β-glucosio ed i legami sono β 1-4 glicosidici.

GLICOGENO: è definito come l'amido animale; è formato da unità di glucosio tenute

• insieme mediante legami α 1-4. il glicogeno è più idrosolubile dell'amido ed ha una struttura

ramificata LIPIDI

classe di molecole che formano sostanze untose, insolubili in solventi acquosi, associate a

• strutture e funzioni diverse

hanno funzioni di riserva energetica, componenti strutturali e metabolismo

•

ACIDI GRASSI

sono generalmente 30 gli acidi grassi

• sono lunghe catene carboniose con un numero pari di atomi di carbonio

• acidi saturi: non sono presenti doppi legami

• acidi insaturi: sono presenti doppi legami; possono essere monoinsaturi (1 solo doppio

• legame) o polinsaturi (>2 doppi legami)

TRIGLICERIDI

sono i lipidi più abbondanti negli esseri viventi e costituiscono una riserva di energia

• Il glicerolo è un alcol a tre atomi di carbonio contenente tre gruppi -OH

• Acidi Grassi + Glicerolo ---> Trigliceride (per esterificazione con perdita di 3 H O)

• 2

Acidi Grassi + Glicerolo <--- Trigliceride (per idrolisi con acquisizione di 3 H O)

• 2

FOSFOLIPIDI

molecola di glicerolo attaccata da un lato a due acidi grassi e dall'altro a un gruppo fosfato

• legato a un composto organico

sono lipidi complessi

• sono molecole anfipatiche con lunghe code apolari idrofobe (R) e testa polare idrofila

• (gruppo fosfato)

quando le molecole anfipatiche vengono immerse in un mezzo acquoso tendono a disporsi

• in modo da escludere le parti idrofobe dal contatto con l'acqua; questo comportamento è alla

base della struttura delle membrane biologiche che sono costituite da un doppio strato di

fosfolipidi PROTEINE

macromolecole complesse e altamente variabili

• ha funzioni strutturali (componenti strutturali della cellula)

• ha funzioni funzionali (enzimi, ormoni, proteine di trasporto)

• sono composte da unità molecolari, gli amminoacidi prevalentemente introdotti con

• l'alimentazione (digestione delle proteine) e organizzati dal DNA in polipeptidi nel processo

di sintesi proteica

hanno valore energetico, ma l'organismo utilizza a questo scopo le proprie proteine solo in

• condizioni critiche

AMMINOACIDI

hanno un gruppo amminico (-NH ) e un gruppo carbossilico (-COOH) legati allo stesso

• 2

atomo di carbonio asimmetrico, il carbonio alpha

esistono in natura 20 differenti tipi di amminoacidi, che si distinguono per il gruppo R

•

LEGAME PEPTIDICO = gli amminoacidi si uniscono l'uno all'altro mediante unione dell'-OH del

gruppo -COOH (carbossilico) del primo con un -H del gruppo -NH del secondo: così si elimina

2

una molecola di H O e si forma un legame peptidico. L'unione di tanti amminoacidi forma un

2

polipeptide.

POLIPEPTIDE

un polipeptide è formato da una catena di centinaia di residui amminoacidici, ciascuno

• legato al successivo mediante legame polipeptidico, dopo l'eliminazione di una molecola di

H O

2

la catena procede da un'estremità amino-terminale a un'estremità carbossi-terminale

•

LIVELLI DI ORGANIZZAZIONE

Struttura Primaria: sequenza amminoacidica di una catena polipeptidica

• Struttura Secondaria: ripiegamenti spaziali del polipeptide (α-elica e β-foglietto)

• Struttura Terziaria: forma complessiva assunta da ciascuna catena polipeptidica; è

• stabilizzata da interazioni idrofobe e in alcune proteine da ponti disolfuro (S-S)

Struttura Quaternaria: disposizione tridimensionale delle catene polipeptidiche

•

PROTEINE SEMPLICI

sono costituite solo da amminoacidi

• CLASSE

Albumine

• Globuline

• Sieroproteine

• Istoni

• Protamine

• Gluteline

•

PROTEINE COMPLESSE

sono costituite da sequenze amminoacidiche combinate con uno o più gruppi “prostetici”