Proprietà vita e macromolecole biologiche

FONDAMENTI DI CHIMICA PER LA BIOLOGIA

Tutti gli organismi sono composti da atomi e molecole mantenuti insieme da legami chimici, le attività delle molecole sono governate dalle leggi della chimica.

Tutta la materia dell'universo è composta da elementi o combinazione di essi (92 elementi naturali sulla terra, 15 sono artificiali). Solo alcuni elementi chimici si trovano come elementi essenziali (C, O, H, N) negli organismi viventi e sono distribuiti diversamente rispetto a quelli che si trovano nella crosta.

Composizione chimica della cellula: acqua, ioni e piccole molecole (75-80%), macromolecole (proteine, polisaccaridi, acidi nucleici 20%)

MOLECOLE: 2 o più atomi legati insieme mediante un certo tipo di legame

COMPOSTO: molecole le cui componenti atomiche sono diverse le cui proprietà chimico-fisiche sono diverse da quelle dei loro atomi o elementi

LEGAMI CHIMICI Legame covalente: Si forma quando due atomi hanno elettronegatività uguale o simili, il

cui livello energetico esterno non è completo• Mettono insieme gli elettroni per raggiungere l'ottetto− −e e

Legami chimici forti: legame singolo (1 coppia di ), legame doppio (2 coppie di ),• −elegame triplo (3 coppie di )• Determinano la struttura primaria delle macromolecole

Legame covalente polare: Legame covalente apolare:− −e econdivisi in maniera diseguale, atomo che attrae condivisi in maniera uguale− +δ δmaggiormente , atomo meno elettronegativo Tipico delle molecole che contengonoH e O−e un atomo di un solo tipo ( )

Si formano perché gli attorno agli atomi crea una 2 2polarità. − +δ δ

Molecola polare: atomi con cariche e possodare all'intera molecola estrema parzialmente negativee positive − +O δ H δ

ACQUA: struttura asimmetrica, mentre ,2abilità di associarsi con gli ioni e indebolirne le lorointerazioni Legame ad idrogeno+

−δ δAtomo di H ( ) condiviso fra altri due atomi entrambi elettronegativi (O, N, S)•• Legame polare debole, può rompersi facilmente a T elevate• Molecole biologiche grandi possono instaurare legami ad indigeni; molti legami formanoun legame forte (stabilità alla struttura della molecola)Nelle macromolecole hanno diversi ruoli: interazioni fra amminoacidi in catenepolipeptidiche, interazione tra le basi del DNA e nell’organizzazione della doppia elica

Legame ionico −eRisultato delle attrazioni elettroniche tra atomi che acquistano o perdono di valenza• quindi si manifesta quando un anione si lega con un catione• Legame debole −eCatione: carica positiva ( perde un )• −eAnione: carica negativa ( acquista un )•• Tre caratteristiche : 1. Sviluppa forze attrattive su distanze maggiori, 2. La forzaattrattiva si estende in tutte le direzioni, 3. Essa varia a seconda della presenza di altresostanze

cariche Forze di Van der Waals• Forze deboli (se numerosi possono stabilizzare la struttura della proteina)−eSviluppate tra molecole polari, in movimento si accumulano in una porzione della• molecola (zona di carica negativa e positiva) rendendo la molecola polare se orientantenella direzione giusta• Le porzioni polari di diverse molecole si attraggono e determinano l’adesione tra esseper un breve periodo

ACQUA: proprietà essenziale per la vita

Acqua costituisce la maggior parte del nostro organismo.È asimmetrica e ognuno dei due legami covalenti è fortemente polarizzatoO e HTutti e tre gli atomi tendono a formare legami ad idrogeno con molecole polari2(amminoacidi, zuccheri, nucleotidi rendendoli solubili all’interno della cellula).Principali proprietà:

• Solvente in cui avvengono le reazioni chimiche della cellula (non tutte)
• Partecipa essa alle reazioni chimiche (idrolisi e disidratazione)
• Matrice fluida attorno alla quale

si realizza la struttura insolubile della cellula- Mezzo attraverso il quale la materia passa da un compartimento all'altro- Ricopre gli ioni carichi, stato di idratazione, riduce le attrazioni e promuove la loro separazione. Lo strato infatti evita che le molecole si riassopito una volta in soluzione- Fornisce forza e sostegno- Rimuove componenti tossici- Raffreddamento ed evaporazione- Coesione (non si separa) e adesione (aderisce a altra superficie)

MOLECOLE possono essere:

1. (Teste) Idrofile: si disciolgono in acqua facilmente, ioni e molecole che hanno legami covalenti polari
2. (Code) Idrofobe: non si disciolgono in acqua, molecole polari (idrocarburi)
3. Anfipatiche: tendono adiposi in modo di evitare il contatto con l'acqua (regioni non polari) mentre le regioni polari sono a diretto contatto con l'acqua e formano con questa legami ad idrogeno.
4. Micelle: fosfolipidi immersi nell'acqua

LE MOLECOLE ORGANICHE

Contengono carbonio, poiché forma sia legami

polari (C-O) che non polari (C-H; C-C), contribuisce alla struttura dello scheletro di molte molecole. Molecole abbondanti negli organismi. Le macromolecole sono molecole organiche di grandi dimensioni e molto complesse nella struttura e nella loro funzione. GRUPPI FUNZIONALI Gruppi di atomi con specifiche caratteristiche e proprietà, contenuti dalle macromolecole. Nelle molecole biologiche i gruppi funzionali sono legati mediante legami covalenti (atomi di C). R -> catena carbonio Reazioni che coinvolgono i gruppi funzionali si ha la liberazione di molecole di acqua (REAZIONI DI CONDENSAZIONE: lega fra loro monomeri con eliminazione di una molecola di acqua). Reazione inversa, componenti dell'acqua aggiunte ai gruppi funzionali, quando le molecole di partenza sono spezzate in unità più piccole (IDROLISI: rompe un legame covalente e stacca un monomero utilizzando una molecola di acqua). MACROMOLECOLE BIOLOGICHE Sono polimeri di grandi dimensioni. POLIMERI: molecole

Assemblata da Svolgono funzioni strutturali, deposito di energia, subunità, ovvero i MONOMERI, in una catalisi, trasporto, difesa, regolazione, movimento catena mediante legami covalenti. e deposito di informazione.

MONOMERI: posso essere uguali o diversi,

Legami forti: costruzione delle macromolecole

Legami deboli: forma e associazione delle macromolecole, legami NON covalenti determinano anche la sua attività biologica

POLIMERIZZAZIONE: assemblaggio di un polimero a partire da un monomero. Fondamentale per il fatto che se in una macromolecola c'è un errore, basta sostituire il monomero che porta l'errore con uno corretto così la cellula risparmia energia.

Correzione pre-sintesi: monomero analizzato prima di venire incorporato nel polimero, avviene nella sintesi del DNA, più efficiente.

Correzione post-sintesi: monomero analizzato dopo, avviene nella sintesi proteica.

CARBOIDRATI

Fonte di combustibile, fornisce energia necessaria per le attività

cellulare) utilizzata per la struttura delle pareti cellulari vegetali.

rigida per le cellule vegetali, parete cellulare)Chitina (scheletro esterno di molti insetti)Glicosoaminoglicani (nella cartilagine)—> Carboidrati modificati: zucchero fosfato, amminozuccheri e chitina…aggiunta digruppi fossato e amminico LIPIDIClasse di molecole biologiche insolubili in acqua (molecole non-polari), i presenza di essasi riuniscono tra loro in aggregati macromolecolari.Composti da atomi di H e C (composti idrocarburici).Ruoli: riserva di energia, costituenti delle membrane cellulari/ ormoni/ pigmenti, strutturali,isolante termico ed elettrico e protezione.GRASSI NEUTRI: o lipidi neutri, miscele di trigliceridi sintetizzati per condensazione,formati dal legame del glicerolo con tre acidi grassiAcido grasso saturo: atomi di C legati Acido grasso insaturo: contengono unmediante singoli legami covalenti. doppio legame C=C (MONOINSATURO), dueo più doppi legami (POLINSATURI, omega 3Grassi neutri + acidi grassi saturi= solidi a T e 6).ambiente Catene

con caratteristica di ripiegamento nel doppio legame: struttura tridimensionale

Grassi neutri + acidi grassi insaturi = liquidi aT ambiente (oli)

CERE: esteri di un acido grasso a lunga catena con un alcol saturo a lunga catena. Sono molto polari, insolubili, formano rivestimenti idrorepellenti

FOSFOLIPIDI: lipidi che contengono gruppi fosfato, a formare la struttura portante. Il glicerolo in cui solo due dei tre siti di legame sono legati con un acido grasso, il terzo sito è legato a un acido fosforico a sua volta legato con un composto polare.

Gruppo fosfato: carica negativa —> Testa dei fosfolipidi: polare idrofilia. Code dei fosfolipidi: due, polari idrofobe. In presenza di acqua formano un DOPPIO STRATO (costituisce le membrane), le code sono rivolte verso l'interno mentre la testa verso l'acqua. Catena di fosfolipidi forma un ambiente polare che esclude l'acqua.

STEROIDI: non solubili in acqua, composti ciclici a cui sono legati diversi

gruppifunzionali.Importanti molecole di segnale: ormoni, testosterone, estrogeni e cortisolo

Colesterolo: importante nelle membrane plasmatiche delle cellule animali, assorbitotramite alimenti e poi convertito in altri steroidi

Ormoni steroidei: regolazione dello sviluppo, del comportamento e dei processi chimici

PROTEINE

Sono polimeri di amminoacidi, costituiscono il 50% del nostro organismo

Amminoacidi: composti in cui a un atomo di C sono legati un gruppo amminico +, unocarbossilico - e a un atomo di H una catena laterale R; a seconda di essa gli amminoacidiassumono diverse funzioni e vengono distinti in tre categorie