LA Chimica DEI Viventi PDF

Preview

Summary

Download LA Chimica DEI Viventi PDF

Description

LA CHIMICA DEI VIVENTI

INTRODUZIONE ALLA BIOLOGIA L’elemento che contraddistingue un organismo vivente da un oggetto inanimato è la capacità di riprodursi, generando altri organismi dotati delle stesse caratteristiche, controllate da un programma genetico.

CARATTERISTICHE DEI VIVENTI    

  

Gli organismi sono formati da cellule: unicellulari formati da una semplice cellula, pluricellulari da più cellule; Gli organismi crescono e si sviluppano: la crescita è l’aumento delle dimensioni o del numero delle cellule; Gli organismi si riproducono; Gli organismi regolano il proprio metabolismo: gli organismi sono in grado di scambiare materia ed energia con l’ambiente esterno. In tutti gli organismi avvengono continuamente molteplici reazioni chimiche e il loro insieme costituisce il metabolismo, queste reazioni sono regolate per garantire l’omeostasi, ossia la stabilità delle caratteristiche dell’ambiente interno; Gli organismi rispondono agli stimoli: tutti i viventi possono percepire i cambiamenti che avvengono nell’ambiente esterno e mettere in atto processi di risposta a tali cambiamenti; Gli organismi possiedono informazione genetica; Le popolazioni di viventi sono soggette a evoluzione.

La chiave delle differenze tra organismi viventi e non, è l’organizzazione: ogni organismo vivente è organizzato, ossia formato da diverse parti che cooperano in modo armonico. Il mantenimento di strutture “ordinate” richiede energia. Dal secondo principio della termodinamica, ogni sistema, lasciato a sé stesso, tende ad acquisire una struttura disordinata, mentre per mantenere ordine cioè bisogno di energia. La struttura specifica è mantenuta grazie al continuo apporto di energia. Gli organismi viventi svolgono continuamente trasformazioni chimiche (reazioni). Da queste reazioni dipende la vita degli organismi stessi: se queste vengono arrestate, le cellule e gli organismi muoiono nel giro di pochi minuti. Si può dire, quindi, che le diverse molecole e gli organelli contenuti nel citoplasma cooperano per permettere la vita della cellula.

BIOELEMENTI Dei 92 elementi presenti in natura, solo una ventina entra nella composizione della materia vivente, fra questi, quelli più importanti sono 4: ossigeno, carbonio, idrogeno, azoto. Quest’ultimi, insieme a fosforo e zolfo, costituiscono oltre il 99% della sostanza vivente. Altri elementi essenziali sono: calcio, cloro, potassio, sodio, magnesio e iodio.

BIOMOLECOLE Gli organismi sono costituiti da un gran numero di composti chimici. I composti più importanti sono le biomolecole: composti organici, generalmente di elevato peso molecolare, appartenenti a quattro gruppi principali: proteine, carboidrati, lipidi e acidi nucleici.

CARBOIDRATI Sono composti ternari contenenti carbonio, ossigeno e idrogeno. In base alla loro struttura vengono suddivisi in: monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi. I carboidrati costituiscono circa il 60-90% del peso secco dei vegetali, mentre rappresentano solo l’1% dei tessuti umani.

MONOSACCARIDI E DISACCARIDI Il più importante monosaccaride è il glucosio; un altro monosaccaride abbondante nei viventi è il fruttosio. Il glucosio viene sintetizzato dai vegetali attraverso la fotosintesi. I carboidrati costituiscono circa la metà del cibo consumato dall’uomo e generalmente si dice che i monosaccaridi rappresentano la principale fonte di energia per la maggior parte degli organismi. La combustione completa del glucosio avviene per glicolisi e respirazione cellulare. Disaccaridi:  Saccarosio: zucchero da tavola, si estrae dalla canna da zucchero e dalla barbabietola ed è costituito dall’unione di una molecola di glucosio e una di fruttosio;  Lattosio: è il principale zucchero contenuto nel latte ed è formato dall’unione di una molecola di glucosio e una di galattosio;  Maltosio: si ottiene per idrolisi parziale dell’amido ed è formato dall’unione di due molecole di glucosio;  Cellobiosio: si ottiene per idrolisi parziale della cellulosa ed è formato dall’unione di due molecole di glucosio.

POLISACCARIDI I polisaccaridi svolgono due importanti funzioni biologiche: costituiscono una riserva di energia e fanno parte delle membrane e delle pareti cellulari. Si distinguono in polisaccaridi di riserva e polisaccaridi strutturali. I principali polisaccaridi di riserva sono l’amido nei vegetali e il glicogeno negli animali. L’amido è un polimero α-glucosio: è presente nei vegetali e particolarmente importante nei semi. È formato da due tipi di molecole: l’amilosio (catena lineare) e l’amilopectina (catena ramificata). Il glicogeno è un polimero α-glucosio come l’amido, ha un peso molecolare simile e struttura simile all’amilopectina: ha funzione di riserva negli animali e si accumula nel fegato enei muscoli. Con la denominazione polisaccaridi strutturali si indicano quei carboidrati che fanno parte della parete cellulare dei vegetali e dei funghi, delle membrane cellulari, dell’esoscheletro di molti invertebrati e quelli presenti negli spazi intercellulari e nel tessuto connettivo degli animali. La cellulosa è un polimero β-glucosio a catena lineare: è il principale costituente delle pareti cellulari delle piante. Costituisce il 50% del legno ed è il carboidrato più diffuso in natura. La chitina è un polimero di N-acetilglucosammina, costituisce le pareti cellulari dei funghi e l’esoscheletro di insetti e crostacei. I glicosamminoglicani (GAG o mucopolisaccaridi acidi) sono polisaccaridi lineari in cui si alternano due unità monomere: un amminozucchero e un glucide a carattere acido.

PROTEINE Le proteine sono polimeri biologici risultanti dall’unione di 20 diversi amminoacidi, uniti tra loro da legame peptidico, a formare catene. Stereoisomeria degli amminoacidi. Gli amminoacidi che formano le proteine sono tutti chirali tranne la glicina e sono tutti L-α-amminoacidi. Gli amminoacidi della serie L sono quelli in cui il gruppo -NH 2 è disposto in modo analogo al gruppo -OH della L-gliceraldeide Le proteine sono di grande importanza in tutti gli esseri viventi e la loro sintesi è controllata direttamente da DNA. Possono avere un suolo strutturale oppure funzione catalitica. Dei 20 amminoacidi, 9 non possono essere sintetizzati: sono detti però amminoacidi essenziali e devono essere introdotti con l’alimentazione Anche i peptidi sono polimeri di amminoacidi, ma più semplici delle proteine: contengono fino a qualche decina di amminoacidi. Livelli di struttura di una proteina:  Struttura primaria: sequenza di amminoacidi lungo la proteina;  Struttura secondaria: disposizione nello spazio degli amminoacidi vicini lungo la catena. Molte proteine hanno struttura secondaria a α-elica o a foglietto-β. La prima è generata dall’avvolgimento del filamento peptidico reso possibile da legami di idrogeno che si formano fra il gruppo -C=O di un amminoacido e il gruppo -NH del quarto amminoacido successivo. Il secondo si forma quando diversi tratti polipeptidici sono affiancati e definiscono un piano grazie a legami di idrogeno che si formano fra i tratti;  Struttura terziaria: struttura tridimensionale che assume la proteina nello spazio; è originata dal ripiegamento su sé stessa della struttura secondaria;  Struttura quaternaria: è data dalla presenza di due o più sub unità peptidiche. Le strutture secondaria, terziari e quaternaria sono mantenute da legami deboli e da ponti di solfuro, legami covalenti formati per ossidazione di due gruppi -SH. Le proteine globulari (enzimi, ormoni e proteine di trasporto) hanno forma rotondeggiante, generata dal ripiegamento della struttura secondaria, che spesso comprendono porzioni a α-elica e altre a foglietto-β. Le proteine fibrose (elastina, cheratina e collagene) hanno forma allungata e funzione strutturale: conferiscono resistenza ed elasticità. Comprendono un unico tipo di struttura secondaria.

LIPIDI I lipidi formano una classe di sostanze diversificate dal punto di vista chimico e accumunate dal fatto di essere insolubili in acqua. Negli organismi viventi i lipidi sono importati come componenti strutturali, come riserva di energia, come “messaggeri” chimici: alcuni ormoni come l’aldosterone e il testosterone svolgono questo ruolo. I lipidi principali sono:  Trigliceridi: hanno funzione di riserva energetica;  Fosfolipidi: sono i principali costituenti delle membrane cellulari, in cui si dispongono a doppio strato riavvolgendo le code idrofobe all’interno e le teste polari all’esterno;  Steroidi: caratterizzati da una struttura con quattro anelli condensati e comprendono: gli ormoni sessuali, gli ormoni corticali, la vitamina D, gli acidi biliari e il colesterolo.

NUCLEOTIDI E ACIDI NUCLEICI Gli acidi nucleici, DNA e RNA, responsabili di funzioni fondamentali nell’ereditarietà e nella sintesi proteica, sono polimeri lineari di nucleotidi.

LE INTERAZIONI DEBOLI NELLA BIOLOGIA Le molecole organiche sono in grado di interagire tra loro tramite forze deboli non covalenti e legami ionici. I legami chimici deboli hanno meno di 1/20 dell’energia di un legame covalente. Le interazioni di importanza biologica sono:  Legami a idrogeno;  Forze di Van del Waals;  Interazioni dipolo-dipolo;  Forze idrofobe. I legami deboli sono importanti nei sistemi biologici in quanto impartiscono alle macromolecole come DNA e proteine la loro forma e struttura (interazioni intramolecolari). Questi legami svolgono un ruolo importante nella formazione di complessi proteici costituiti da più subunità (interazioni intermolecolari).

L’ACQUA Pur essendo un composto inorganico, l’acqua è un componente essenziale e spesso preponderante di tutte le cellule e gli organismi. Il contenuto d’acqua del corpo umano è pari al 75% nei neonati e al 60% negli adulti.

CENNI DI MICROSCOPIA Il microscopio ottico è dotato di due sistemi di lenti: obiettivo e oculare. Il primo è rivolto verso il tavolino portaoggetti; uno specchio dirige un fascio di luce attraverso il preparato e l’obiettivo ne proietta un’immagine ingrandita verso l’oculare, che la ingrandisce a sua volta. A partire dagli anni Trenta è stato sviluppato il microscopio elettronico, basato sull’utilizzo di un fascio di elettroni. I fasci di elettroni utilizzati sono associati a lunghezze d’onda più brevi di quelle della luce, quindi permettono di ottenere un più elevato potere di risoluzione. Nel microscopio elettronico a trasmissione (TEM) un fascio di elettroni, messo a fuoco da lenti elettroniche, dopo aver attraversato l’oggetto da ingrandire, colpisce uno schermo fluorescente sul quale si forma l’immagine. Attualmente è lo strumento dotato di maggiore potere risolutivo, paria circa 0.2nm e permette di evidenziare la struttura fine delle cellule. Nel microscopio ottico a scansione (SEM) un raggio di elettroni esplora l’oggetto; gli elettroni non attraversano il campione bensì sono riflessi dalla sua superficie, formando così un’immagine tridimensionale. Risoluzione 10nm (inferiore rispetto al precedente)....