2_L'acqua e le biomolecole.pdf

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 Gli ELEMENTI sono sostanze che non possono

essere scomposte ulteriormente; i più abbondanti negli esseri viventi sono il carbonio (C), l’idrogeno (H), l’ossigeno (O) e l’azoto (N)

 I COMPOSTI sono invece sostanze formate da

più elementi, tenuti insieme da legami chimici; possono essere scomposti negli elementi che li formano attraverso reazioni chimiche. Il

composto più abbondante negli esseri viventi è l’acqua, poi abbiamo le proteine, i lipidi, i

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Trattandosi del composto più abbondante nelle cellule, l’acqua svolge numerose funzioni:

 funzione solvente: l’interno delle cellule è

costituito prevalentemente da acqua, che contiene disciolte numerose sostanze;

 si può comportare da reagente, prendendo parte

ad alcune reazioni (p.es la fotosintesi);

 funzione termoregolatoria: l’evaporazione

permette mantenere sotto controllo la temperatura degli organismi;

 funzione di trasporto: spostandosi negli spazio

tra le cellule distribuisce sostanze nutrienti e rimuove quelle di scarto.

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E LE SUE PROPRIETÀ

– 1

La molecola dell’acqua è polare poiché in corrispondenza dell’ossigeno è

presente una parziale carica negativa, in corrispondenza dell’idrogeno una parziale carica positiva.

Se due molecole d’acqua si avvicinano, la parte negativa di una delle due è

attratta da quella positiva dell’altra: si forma in questo modo un legame a

idrogeno

Ogni molecola d’acqua è formata da un atomo di ossigeno che forma due

L

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E LE SUE PROPRIETÀ

– 2

A causa della formazione dei legami a idrogeno, l’acqua presenta alcune

proprietà caratteristiche:

 Tensione superficiale: è la

formazione di una "pellicola" dovuta ai legami tra le molecole; i saponi (tensioattivi) sono in grado di

rompere questa pellicola.

 Capillarità: capacità di risalire

attraverso spazi sottili, dovuta ai legami tra l'acqua e le superfici con cui viene a contatto.

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E LE SUE PROPRIETÀ

– 3

 Calore specifico: è la quantità di energia

(calore) da fornire ad una sostanza per far variare la sua temperatura di 1 °C; nel caso dell'acqua, i legami a idrogeno limitano i

movimenti delle particelle e di conseguenza l'aumento della temperatura.

 Densità: è il rapporto tra massa e volume; nel

ghiaccio per formare i legami a idrogeno le

molecole si devono allontanare, occupando più spazio (volume) a parità di massa.

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Un miscuglio omogeneo liquido è detto soluzione; il componente più abbondante è il solvente, quello meno abbondante è il soluto.

L'acqua è in grado di dissolvere un gran numero di sostanze, dette per questo idrofile; quelle che non si sciolgono sono invece dette

idrofobe

Sono solubili in acqua le sostanze formate da molecole polari (con una carica parziale sulla loro superficie, p.e. il saccarosio o l'alcol etilico) o ioniche

(costituite da ioni, ossia atomi carichi, p.e. il cloruro di sodio)

Sono insolubili le sostanze apolari, ossia prive di cariche (p.e. l'olio, così come tutti i grassi)

I

H

'

Quando una sostanza si scioglie in acqua può determinare la formazione di ioni H₃O+ _(ioni

idronio) o di ioni OH- _{(ioni ossidrile).}

 Se una sostanza in acqua produce ioni

H₃O+ _{è un acido e la soluzione che produce}

è acida;

 Se una sostanza in acqua produce ioni OH

-è una base e la soluzione che produce è basica

L'acidità di una soluzione si indica sulla scala del pH, che va da 0 a 14

 Una soluzione con pH tra 0 e 6,99 è acida  Una soluzione con pH da 7,01 a 14 è basica  Una soluzione con pH=7 è neutra

Ogni grado della scala di pH indica un'acidità 10 volte maggiore del grado precedente

I

 _{Contengono carbonio, che}

forma sempre 4 legami

covalenti.

 I più semplici sono gli

idrocarburi, formati da catene di carbonio e idrogeno

 _{Le molecole più complesse}

sono caratterizzate da

gruppi funzionali, gruppi di

atomi che definiscono le proprietà chimiche della sostanza

 Spesso formano polimeri,

dati dalla ripetizione di unità più semplici chiamate

I

:

Possono essere formati da una, poche o molte molecole legate tra di loro:

 Monosaccaridi → molecola singola, per ogni C, due atomi di H e uno di O; i più

importanti sono:

 glucosio, principale fonte di energia dei viventi  fruttosio, presente nella frutta

 galattosio, presente nel latte

 Disaccaridi e oligosaccaridi → formati da due o pochi (fino a 10) monosaccaridi

legati tra loro; alcuni disaccaridi:

 saccarosio, glucosio + fruttosio  lattosio, glucosio + galattosio

 Polisaccaridi → formati da centinaia o migliaia di monosaccaridi legati tra loro;

hanno funzioni diverse a seconda della struttura

Glicogeno: polimero

del glucosio, ha struttura ramificata, riserva

energetica negli animali

Amido: polimero del

glucosio, struttura ramificata, riserva energetica nelle piante

Cellulosa: polimero del

glucosio, struttura a catene parallele (a palizzata), funzione strutturale nella cellula

vegetale, ne costituisce la parete

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- 1

 Macromolecole insolubili in acqua (apolari)

 Costituiscono le membrane cellulari

 Hanno anche funzione di riserva energetica  Si dividono in 5 categorie  Trigliceridi  Fosfolipidi  Glicolipidi  Steroidi  Cere

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- 2

I trigliceridi sono costituiti da tre catene di acidi

grassi legate ad una molecola di glicerolo, mediante una reazione di condensazione con perdita di acqua; si dividono in grassi saturi e grassi insaturi

glicerolo acidi grassi Grassi saturi: • no doppi legami C=C; • solidi a temperatura ambiente • origine animale Grassi insaturi: • doppi legami C=C, piegano le catene; • liquidi a temperatura ambiente • origine vegetale

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- 3

I fosfolipidi sono formati da una molecola di glicerolo, due molecole di acidi grassi e un gruppo fosfato, che è polare.

La molecola risulta parzialmente idrofoba

(sulle code di acidi grassi) e parzialmente

idrofila (in corrispondenza con il gruppo fosfato).

Sono i principali costituenti delle

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- 4

 I glicolipidi somigliano ai fosfolipidi, con una breve catena di

carboidrati legata al glicerolo; sono costituenti della membrana cellulare

 Gli steroidi hanno una struttura ad anelli chiusi di carbonio,

con funzione fluidificante per la membrana cellulare e come precursori ormonali; il più comune è il colesterolo

 Le cere hanno struttura simile ai trigliceridi, essendo

idrofobiche vengono utilizzate da molti organismi per limitare le perdite d'acqua o come rivestimento impermeabile.

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Gli amminoacidi sono le unità che, assemblate in lunghe catene, costituiscono le proteine.

Gruppo amminico

Carbonio centrale

Tutti gli amminoacidi hanno alcuni elementi comuni: • Un atomo di C centrale, a cui sono legati

• Un gruppo amminico NH₂ • Un gruppo carbossilico COOH • Un atomo di idrogeno (H)

• Un gruppo variabile (R), o catena laterale, che identifica l'amminoacido. I gruppi R sono 20, quindi esistono 20 amminoacidi diversi

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– 2 –

 Primaria: è la sequenza degli

amminoacidi che formano una proteina

 Secondaria: dovuta ai legami a idrogeno tra gli amminoacidi. Dà una prima

struttura tridimensionale alla molecola; può essere

 a elica

 a foglietto ripiegato

 Terziaria: dovuta alle interazioni tra i

gruppi R degli amminoacidi, determina la forma della proteina, quindi la sua funzione; se una proteina perde la sua forma, ossia si denatura, perde le sue

funzioni

 Quaternaria: data dall'unione di più sub-unità proteiche

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– I

DNA

Il DNA contiene le informazioni per la sintesi delle proteine. È costituito da due filamenti avvolti a doppia elica; ciascun filamento è una sequenza di nucleotidi. Un nucleotide è costituito da tre elementi

 Un gruppo fosfato

 Uno zucchero a 5 C, il deossiribosio

 Una base azotata: adenina (A), guanina (G), timina (T) e citosina (C); la sequenza

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–

STRUTTURA DEL

DNA

Il doppio filamento si avvolge in una struttura a doppia elica.

 Legami covalenti tengono assieme i

nucleotidi di ciascun filamento

 _{Legami a idrogeno si formano tra le}

basi azotate dei due filamenti

L'appaiamento delle basi azotate non è casuale ma segue regole precise:

 adenina con timina (due legami)

 guanina con citosina (tre legami)

La struttura è stata scoperta da Watson e Crick nel 1953, grazie al contributo della cristallografa Rosalind Franklin.

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– L'RNA

L'acido ribonucleico è l'intermediario tra il DNA e le

proteine, delle quali regola il processo di sintesi.

L'RNA è simile al DNA, con alcune differenze

 Un solo filamento anziché due

 Lo zucchero nei nucleotidi è il ribosio

 Al posto della timina è presente l'uracile, un'altra

base azotata

Esistono tre tipi di RNA

 messaggero (mRNA)

 ribosomiale (rRNA)  di trasporto (tRNA)