Riassunto esame psicobiologia, prof. Lasaponara, libro consigliato: Basi biologiche dell'attività psichica

PSICOBIOLOGIA – CAPITOLO 1 – ATOMI E MOLECOLE

Circa 20 miliardi di anni fa ci fu il BIG BANG, l’esplosione ha dato origine a 3

particelle subatomiche: PROTONE, NEUTRONE ed ELETTRONE.

Protone e neurone hanno la stessa massa atomica.

L’elettrone, invece è molto più piccolo tanto che la sua massa si dice trascurabile.

(ha carica negativa).

L’atomo è formato da un nucleo che al suo interno contiene neurone e protone,

l’elettrone invece gira intorno al nucleo.

Numero atomico si indica con Z indica il numero di protoni all’interno del nucleo.

Di norma gli atomi sono neutri dal punto di vista elettrico, quindi il numero atomico

indica anche quello di elettroni.

Il numero di massa si indica con A ed è il numero totale di particelle contenute

nell’atomo.

Gli elementi hanno un numero atomico che va da 0 a 92, con un massimo di 146

neutroni. →

Peso atomico calcolo effettivo del peso di un atomo. Si ottiene con la media

12 12 (

ponderale. L’unità di misura è il DALTON = dell’isotopo C peso un protone o

un neutrone).

Gli isotopi sono atomi appartenenti allo stesso elemento ma con diverso numero di

neutroni.

Gli isotopi emettono radiazioni: alcuni di natura sono instabili quindi decadono in

atomi più stabili con la perdita di particella del nucleo emettendo radiazioni.

Il tempo di decadimento è il tempo che il nucleo impiega a cacciare la particella in

più. Quando questo accade si libera grande energia. Questi isotopi vengono detti

radioattivi o radioisotopi (nella PET vengono usati questi isotopi).

→

ELETTRONI orbitano intorno al nucleo. Girano su dei livelli energetici:

1° livello detto K ospita solo 2 elettroni (meno energia).

→ →

2° livello detto L ospita fino ad 8 elettroni (più energia).

livello energetico: definisce la distanza a cui si trova uno rispetto all’altro.

Gli orbitali descrivono la traiettoria che fanno intorno al nucleo.

Gli elettroni girano su sé stessi (SPIN). I due elettroni all’interno di un orbitale hanno

→

spin inverso uno in senso orario l’altro antiorario.

Tavola periodica:

Il valore Z (numero atomico) dell’atomo determina la sua capacità di interagire e

quindi le sue proprietà chimiche. Il numero di protoni di un atomo determina il

numero degli elettroni e il livello di saturazione del livello energetico esterno

dell’atomo.

GAS NOBILI ALOGENI METALLI ALCALINI

Non interagiscono con gli Gli manca solo un Hanno un solo elettrone

altri elementi perché elettrone sull’ultimo sull’ultimo livello quindi

hanno tutti gli elettroni livello energetico. vogliono darlo via perché

sull’ultimo livello (es. cloro, bromo, fluoro, gli crea instabilità.

energetico (8). iodio). (es. sodio, litio, potassio).

Sono detti inerti

chimicamente.

(es. neon, argon, xenon,

kripton)

La natura tende ad ottenere la stabilità energetica nell’ultimo livello energetico.

Quindi tutti gli atomi tendono a formare associazioni inter-atomiche.

→ →

Legame principale Legame covalente Molecola. →

Una molecola pesa come la somma degli elementi che la compongono peso

→

molecolare (DALTON è la somma dei pesi atomici che compongono la molecola).

Ad esempio: l’acqua (H O) ha un P.M. di 18 dalton (16 per l’O e 2 per i due atomi di

2

H).

La mole è la quantità in grammi corrispondente al suo valore in dalton del suo peso

18

molecolare. (es. 1 mole di acqua H O, P.M. = 1 x 2 + 16 x 1 = 10 dalton corrisponde

2

→

a 18 dalton 18g).

Una mole di una qualunque sostanza chimica comprende sempre lo stesso numero

di molecole, indipendentemente da P.M. e dallo stato della sostanza.

Questo numero è il numero di Avogadro.

[1 mole comprende lo stesso numero di molecole pari al numero di Avogadro =

23

(602296x10 ) molecole].

La molarità è la concentrazione di una sostanza chimica in una soluzione, è definita

come il numero delle moli presenti in un litro di soluzione.

Le molecole possono formare vari tipi di legami:

• LEGAME COVALENTE

• LEGAME IONICO

LEGAMI DEBOLI:

• FORZE DI VAN DER WAALS

• LEGAME A IDROGENO

Legame covalente: quando due atomi mettono in compartecipazione tra loro due o

più atomi appartenenti ai loro livelli energetici esterni, ottenendo la completa

saturazione di quei livelli. In questo modo ciascuno dei due atomi possiede l’orbitale

completamente riempito e si comporta come se questo orbitale saturo gli

appartenesse per intero. La rottura di questa molecola, e quindi del legame

covalente, richiede una adeguata quantità di energia, perciò questa tipologia di

legame è molto resistente.

Quando due atomi mettono in comune 2 o 3 coppie di elettroni, essi si dicono legati

da un doppio o da un triplo legame.

La forza di attrazione che si stabilisce tra due atomi uniti da un legame covalente

viene detta energia di legame e si misura il Kcal/mole e corrisponde all’energia che

serve a rompere quel legame. Indica quanto è forte quel legame, più energia c’è nel

legame più quello è stretto.

La lunghezza di legame è la distanza tra i nuclei dei due atomi legati (Angström).

Più è forte il legame più le molecole sono vicine. (dipende dall’energia di legame).

Legame covalente non polare o molecola apolare (idrofoba): non forma il dipolo

poiché i due elettroni girano per un tempo uguale intorno ad ogni nucleo.

Questo tipo di legame ha una nube elettronica simmetrica.

→

Nube elettronica nube che definisce il tempo che goni elettrone passa ad orbitare

intorno ad ogni nucleo.

Legame covalente polare o polarizzato (idrofila): c’è una disparità di tempo per

l’elettrone in compartecipazione. →

In questo modo si crea un dipolo Nel nucleo in cui l’elettrone gira più a lungo si

crea una carica negativa, mentre nell’altro nucleo si crea una carica positiva (dipolo).

In questo modo si crea una nube elettronica asimmetrica. Quando l’elettrone non

viene solo prestato ma viene completamente ceduto. Quando un atomo cede

completamente l’elettrone o un altro atomo lo acquisisce completamente,

assumono rispettivamente carica positiva e negativa.

LEGAME IONICO

Un atomo di questo tipo è detto ione.

Uno ione con carica positiva è detto catione.

Uno ione con carica negativa è detto anione.

Il legame avviene quando il cambio di polarità consente ai due elementi di attrarsi

l’un l’altro come una calamita. Il legame chimico che ne risulta è detto ionico.

Questa forza di attrazione però decade facilmente con l’aumento della distanza tra

gli ioni stessi.

Le sostanze legate da legami ionici sono i Sali. + -

Un tipico esempio è il cloruro di sodio (NaCl) costituito da ioni Na e Cl (il sale da

cucina). In fase solida, gli anioni e i cationi del sale si dispongono in modo ordinato,

costituendo un cristallo. I solventi polari (come l’acqua) distruggono l’organizzazione

cristallina di un sale, circondando ogni singolo ione con un velo di molecole di

solvente. Quindi nella materia vivente non troviamo Sali (NaCl, KCl…), ma solo ioni

+ + -

idratati (Na , K , Cl ) che si comportano in modo tra loro indipendente.

I LEGAMI DEBOLI

Sono legami fra molecole dopo che queste già si sono legate con legami ionici o

covalenti.

Questi legami poiché deboli, possono formarsi e poi essere rotti con grande facilità e

sono quindi utilizzati in tutte le reazioni biochimiche della materia vivente.

Le forze di Van Der Waals

Rappresentano un tipo di interazioni deboli molto importanti.

in questo tipo di forze è presente in ogni atomo sia cariche positive (protoni) che

cariche negative (elettroni), questo fa sì che la forza attrattiva si generi tra la nuvola

elettronica di un atomo e il nucleo di un altro. Se pero gli atomi si avvicinano troppo

tra loro, si creano forze repulsive tra le due nuvole elettroniche e tra i due nuclei

atomici. Si determina così un compromesso tra forze attrattive e forze repulsive, gli

atomi tendono a mantenersi a distanza.

Le forze di Van Der Waals hanno un raggio d’azione molto breve, quindi si attivano

solo con molecole molto vicine.

• Forza di dispersione di London (forza dipolo indotto istantaneo – dipolo

indotto istantaneo): sono forze intermolecolari deboli, si formano a causa

delle forze tra dipoli momentanei. Nelle molecole non polari il tempo di

permanenza è uguale, nel momento in cui le molecole sono da una parte

nell’altra si crea un’attrazione con altre molecole che dura solo quanto il

dipolo (momentaneo). Sono le forze intermolecolari più deboli, ma restano le

principali forze attrattive di molecole non polari (unico modo in cui i gas nobili

possono presentarsi in forma liquida).

• Forza di Debye (forza dipolo permanente – dipolo indotto): sono forze

intermolecolari, sono il risultato dell’interazione tra un dipolo permanente e

un dipolo indotto (polarizzato). Questo tipo di forza si trova tra una molecola

polare e una apolare. La prima induce sulla seconda una separazione di carica

(dipolo indotto); i due dipoli, permanente e indotto, si attraggono.

L’interazione dipende dalla polarizzabilità, cioè la facilità con cui la nuvola

elettronica di una molecola apolare (o un atomo) può essere deformata, la

quale aumenta con le dimensioni atomiche/molecolari.

• Forza di Keesom (forza dipolo permanente - dipolo permanente): sono anche

dette interazioni dipolo-dipolo, sono forze attrattive che si verificano quando

dipoli permanenti si allineano tra loro con il polo positivo diretto verso quello

negativo di una molecola vicina (magnetismo).

IL LEGAME IDROGENO

Il legame a idrogeno (o ponte idrogeno) è un’interazione di Keesom che avviene solo

con l’idrogeno. È un legame più stabile (come quello dell’acqua).

Un atomo di idrogeno reso positivo da legame covalente con un atomo

elettronegativo viene attratto elettrostaticamente da un altro atomo

elettronegativo e questo forma un vero e proprio ponte.

I BIOELEMENTI – ACQUA E CARBONIO

I componenti necessari alla vita sono 23 bioelementi:

→

• MACROLEMENTI idrogeno, carbonio, ossigeno e azoto.

→

• OLIGOELEMENTI elementi presenti ad esempio negli esseri viventi

→

• MICROELEMENTI elementi poco presenti o in piccolissima parte.

L’acqua:

L’acqua è l’elemento più presente in natura e la totalità degli esseri viventi sono

composti d’acqua in una buona percentuale (uomo 70%).

Gli scienziati Lavoisier e Cavendish scoprirono che l’acqua è formata da idrogeno e

ossigeno.

La struttura molecolare dell’acqua è 2 atomi di H e 1 atomo di O, scoperta da

Nicholson nel 1800 tramite elettrolisi.

L’acqua è un dipolo con la carica negativa posizionata verso l’atomo di ossigeno e le

cariche positive verso i due atomi di idrogeno. Questo le permette di formare legami

idrogeno con altre molecole polari o tra di loro.

Per via della debolezza dei legami idrogeno le molecole dell’acqua forma legami che

si rompono e si ricreano continuamente.

Nella forma solida i legami idrogeno, per via della mancata agitazione termica, si

stabilizzano.

Nella forma gassosa i legami a idrogeno non riescono a formarsi.

Il gran numero di legami idrogeno che possono crearsi è alla base di due

caratteristiche dell’acqua:

→

La coesione grandi masse d’acqua che si muovono insieme anche in direzione

antigravitazionale. →

Tensione superficiale i legami idrogeno che formano le molecole nella superficie

dell’acqua conferiscono ai legami più forza dovuta all’orientamento dei legami

→

idrogeno sulla superficie acquosa strato molecolare più compatto.

→

Guscio d’idratazione l’acqua ha un potere solvente (scioglie e molecole polari) e

un potere ionizzante (distrugge legami ionici creando singoli ioni chiamati ioni

idratati).

Dissociazione dell’acqua

Può accadere che un legame H vinca la forza di un legame covalente e rubi il

protone di un H portando alla formazione di :

→

+ +

ione idronio H O H

3 -

ione ossidrile OH

Questo fenomeno avviene in equilibrio nelle sostanze acquose sempre lo stesso

numero di idrogeno in tutta la soluzione.

CARBONIO

È un elemento fondamentale alla vita sulla Terra.

È un elemento non metallico insolubile nei solventi. →

Esiste in moltissimi composti che si chiamano allotropi (differenti forme) dal più

morbido (grafite) al più duro (diamante). Riesce a legarsi con tutti gli elementi

chimici a basso peso atomico, tra cui il carbonio stesso.

→

Desmalusogenia può formare legami multipli

Grazie a queste due proprietà esistono 10 milioni di composti.

Carbonio 12 (6protoni e 6 neutroni) è l’isotopo più comune.

Può formare catene policarboniose (macromolecole) è può così creare molte forme.

La prima forma strutturale corretta fu proposta nel 1865 dal chimico F.A. Kekole Von

Stradonitz.

La versatilità del carbonio fa sì che le molecole policarboniose formate dagli stessi

atomi possa esistere in forme diverse dette isomeri.

Isomeri di struttura: molecole formate dagli stessi atomi ma disposti in modo

diverso.

Isomeri ottici o enantiomeri: due molecole esattamente identiche ma speculari l’una

a l’altra (per ragioni geometriche).

Si dice isomero levogiro o isomero destrogiro in base al senso in cui girano.

Isomeri geometrici: isomero cis e isomero trans.

Cis ha i componenti sullo stesso piano, Trans su piani opposti.

Gruppi funzionali

Sono gruppi molecolari molto frequenti che costituiscono spesso lo scheletro delle

macromolecole. Questi gruppi si formano grazie all’aggiunta di ossigeno ed azoto a

delle catene policarboniose. Il gruppo funzionale dona le sue caratteristiche alla

molecola che va a costruire.

→ →

• -OH alcolo/ossidrile idrofilia (a causa dell’elettronegatività) e acidità

→ →

• C = O carbonile idrofilia e acidità. Aldeide (attaccato all’estremità di una

catena carboniosa). Chetonico (si attacca in qualunque altro punto della

catena).

→ →

• COOH carbossile idrofilia e acidità

→

• Gruppo fosfato è un forte acido (2 gruppi ossidrili acidi). Pirofosfato

(gruppo fosfato che lega in modo covalente un’altra molecola di acido

fosforico ed elimina la molecola d’acqua).

Richiede molta energia sia quando si lega sia quando si distrugge il legame.

Queste molecole sono dei depositi di energia chimica da liberarsi in caso di

necessità mediante taglio dei legami fosfato-fosfato.

La regolazione del funzionamento di alcune proteine dipende da processi di

fosforilazione (attacco di un gruppo fosfato) o defosforilazione (distacco di un

gruppo fosfato). → →

• Gruppo amminico NH è basico. Si ionizza catturando idrogenioni

2

nell’ambiente acquoso che lo circonda, questo causa un aumento della

concentrazione degli ossidrili rispetto a quella degli idrogenioni, basificando

l’ambiente acquoso.

→ →

• Sulfidrile SH contiene zolfo. Si ossida molto facilmente, di conseguenza

due gruppi sulfidrilici possono unirsi mediante la formazione di un legame

covalente detto ponte disolfuro.

→

• Gruppi idrofobi essendo apolari sono caratterizzati da idrofobia. I gruppi

idrofobici sono denominati dalla molecola da cui derivano (aggiungono -ile).

Dal metano: -CH detto gruppo metile.

3

Dall’etano: -CH -CH detto gruppo etile.

2 3

Dal propano: -CH -CH -CH detto gruppo propile.

2 2 3

Altri gruppi idrofobici appartengono a idrocarburi detti aromatici, derivati

dalla molecola benzene. Il più comune è il gruppo benzile.

PSICOBIOLOGIA - CAPITOLO 2 - LE MOLECOLE BIOLOGICHE

• GLI ZUCCHERI

Gli zuccheri rappresentano una classe di molecole organiche detta carboidrati o

idrati di carbonio (CH O).

2

Gli zuccheri sono composti omogenei, sono sempre degli alcooli polivalenti (cioè

molecole portatrici di almeno 2 gruppi ossidrili) con 1 gruppo aldeico (aldosi) o

chetonico (chetosi).

Una singola molecola di zucchero semplice, viene definita monosaccaride e può

esistere in diverse forme:

- Monosaccaridi

-Dissaccaridi

-Polisaccaridi

-Oligosaccaridi

Gli zuccheri semplici, o monosaccaridi, sono classificati a seconda del numero dei

loro atomi di C: Triosi (3 atomi C); tetrosi (4 atomi di C); pentosi (5 atomi di C); esosi

(6 atomi di C); eptosi (7 atomi di C).

Importanti esempi di zuccheri sono l’esoso glucosio, lo zucchero prodotto dagli

organismi fotosintetici, i pentosi ribosio e desossiribosio, precursori dell’acido

ribonucleico (RNA) e dell’acido desossiribonucleico (DNA).

Grazie alla presenza di ossidrili alcolici, gli zuccheri sono molecole idrofile facilmente

solubili in acqua.

Una volta sciolti nell’acqua la molecola va incontro ad una ridistribuzione interna dei

suoi atomi di H.

Da tale fenomeno consegue la ciclizzazione della molecola e la scomparsa del

gruppo aldeico.

Il C1 diventa asimmetrico causando la formazione di due nuovi enantiomeri dello

zucchero indicati con α (alfa) e β (beta).

Il glucosio è una molecola ad alto contenuto energetico.

Nei mammiferi è trasportato da sangue nei vari distretti come monosaccaride,

invece è accumulato sotto forma di glicogeno.

Nelle piante il glucosio è sintetizzato mediante fotosintesi.

Per evitare che nel trasporto il glucosio venga metabolizzato e non accumulato le

molecole vengono legate