LA COMPOSIZIONE CHIMICA DI UNA LA COMPOSIZIONE CHIMICA DI UNA CELLULA BATTERICACELLULA BATTERICA

4 % ioni, piccole molecole

2 % fosfolipidi

1 % DNA

6 % RNA

15 % proteine

MA

CR

OM

OL

EC

OL

E

2 % polisaccaridiCellula batterica

 Molecole costituenti, in media, una cellula procariotica (E. coli)

Composto % in peso N° di specie molecolari

Peso molecolare (dalton)

Numero di molecole

Acqua 71 1 18 40 miliardi

proteine 15 ~3.000 20.000-40.000 1 miliardo

Acidi nucleici        

DNA 1 1 circa 3 miliardi 1

RNA 6 ~1.000 25.000-1 milione mezzo milione

Piccoli composti organici

Carboidrati e precursori 3 ~200 150 200 milioni

Aminoacidi e precursori 0,4 ~100 120 30 milioni

Nucleotidi e precursori 0,4 ~200 300 12 milioni

Lipidi e precursori 2 ~50 750 25 milioni

Altri 0,2 ~200 150 15 milioni

Ioni inorganici 1 ~20 40 250 milioni

Elemento Simbolo

Idrogeno H

Carbonio C

Azoto N

Ossigeno O

Elemento Simbolo

Sodio Na

Magnesio Mg

Fosforo P

Zolfo S

Cloro Cl

Potassio K

Calcio Ca

COMUNI

MENO COMUNI

I BIOELEMENTI

I componenti chimici della cellula possono essere classificati in componenti INORGANICI e ORGANICI

I componenti inorganici comprendono l’acqua (H2O) e ioni minerali (cationi ed anioni)

I cationi più importanti sono:Na+, K+, Ca++, Mg++

Gli anioni più importanti sono:Cl-, SO4

--, PO4---, CO3

--

AcquaH2O

IMPORTANZA BIOLOGICA DELL’ACQUAIMPORTANZA BIOLOGICA DELL’ACQUA

La vita ha avuto origine nell’acqua e l’acqua è essenziale per la vita:

a. la Terra come pianeta dell’acqua; molti organismi vivono nell’acqua (mari, laghi, fiumi, stagni)

b. la materia vivente ha evoluto numerosi meccanismi che sfruttano a proprio vantaggio le caratteristiche dell’acqua. Ad es., la sudorazione come mezzo per raffreddare l’organismo (l’acqua evaporando “si porta via” calore)

c. l’acqua è indispensabile a tutti gli organismi viventi, che se ne devono rifornire costantemente. Gli organismi hanno sviluppato meccanismi per ridurre le perdite di acqua.

d. l’acqua è la sostanza più abbondante nelle cellule; circa il 70-95% del peso corporeo di un organismo è costituito da acqua. La materia vivente deve essere considerata come una soluzione acquosa

e. cellula come un “autoscontro”: le molecole in continuo movimento entrano in collisione e possono stabilire diversi tipi di interazioni

IMPORTANZA BIOLOGICA DELL’ACQUAIMPORTANZA BIOLOGICA DELL’ACQUA

L’ACQUA COME SOLVENTE UNIVERSALE L’ACQUA COME SOLVENTE UNIVERSALE PER GLI ESSERI VIVENTIPER GLI ESSERI VIVENTI

O

H

H

ossigeno

idrogeno

idrogeno

Le proprietà dell’acqua

1) Polarità 2) Coesione3) Adesione 4) Capillarità5) Alto calore specifico 6) Alto calore di evaporazione7) Tendenza a dissociarsi

1) Polarità Essa è dovuta a una diversa distribuzione delle cariche elettriche tra l’ossigeno e gli atomi di idrogeno. Essendo una molecola polare, l’acqua è un ottimo solvente per soluti ionici e polari

Atomo di ossigeno è più elettronegativo (tende ad attrarre gli elettroni) parziale carica negativa; atomi di idrogeno parziale carica positiva

Estremità con una parziale carica positiva e l’altra negativa

2) CoesioneEssa è dovuta ai legami a idrogeno tra le molecole d’acqua. La coesione spiega alcune caratteristiche dell’acqua, come la sua elevata tensione superficiale (alcuni insetti possono camminare sull’acqua) e il suo elevato punto di ebollizione.

I legami a idrogeno si formano tra un atomo di idrogeno (legato

covalentemente ad un atomo elettronegativo) e un atomo

elettronegativo, come ossigeno, azoto o fluoro di molecole diverse

oppure della stessa molecola (legame a idrogeno intramoleolcare)

LEGAME A IDROGENOLEGAME A IDROGENO

LEGAMI A IDROGENOLEGAMI A IDROGENO TRA MOLECOLE D’ACQUATRA MOLECOLE D’ACQUA

Ciascuna molecola d’acqua può formare legami ad idrogeno con un massimo di 4 molecole di acqua

3) Adesione L’adesione è dovuta a legami a idrogeno tra l’acqua e altre sostanze polari.

2) Coesione + 3) Adesione

I legami a idrogeno rendono l’acqua sia coesiva (tendenza delle molecole

d’acqua ad attaccarsi le une alle altre) che adesiva (tendenza delle

molecole d’acqua ad attaccarsi ad altri composti).

La coesione delle molecole d’acqua spiega l’elevata tensione superficiale

dell’acqua.

TENSIONE SUPERFICIALE DELL’ACQUA

4) CapillaritàCoesione e adesione dell’acqua spiegano il fenomeno della capillarità, cioè la capacità di risalire all’interno di tubi molto stretti contro la forza di gravità, come si osserva nelle piante.

Le forze di adesione e di coesione dell’acqua sono responsabili

dei fenomeni di capillarità, ovvero la tendenza dell’acqua a risalire

all’interno di tubi molto stretti, come avviene nel caso delle piante

5) Alto calore specifico Definizione: quantità di calore che un grammo di una sostanza deve assorbire per aumentare la sua temperatura di un grado centigrado.L’acqua possiede una alto calore specifico a seguito dei numerosi legami a idrogeno tra le molecole d’acqua. Ciò consente agli organismi di mantenere relativamente costante la temperatura interna e fa sì che gli oceani e le altre masse d’acqua mantengano una temperatura costante.

6) Alto calore di evaporazioneDefinizione: quantità di energia necessaria per convertire un grammo di liquido in vapore. Le molecole d’acqua, quando passano allo stato di vapore, portano con loro una grande quantità di calore, determinando così un raffreddamento per evaporazione.

7) Tendenza a dissociarsi Ciò dà luogo a ioni idrogeno (protoni, H+) e ioni idrossido (OH-).

Le tre forme dell’acqua differiscono nel grado

di formazione dei legami a idrogeno

LE TRE FORME DELL’ACQUA

ghiaccio

acqua liquida

vapor acqueo

Come si sciolgono le sostanze in H2O?

1. Composti ionici (sali)

2. Composti polari (carboidrati, aminoacidi, nucleotidi)

3. Composti apolari

4. Composti anfipatici

idrofiliche

idrofobiche

L’acqua è un solvente di composti ionici (es., i sali) e di composti polari (carboidrati, aminoacidi, nucleotidi). Le molecole che si sciolgono in acqua sono dette idrofiliche.

MOLECOLE IDROFILICHE E MOLECOLE IDROFOBICHE

Nell’acqua non sono solubili le molecole apolari (molecole sulla cui superficie non si verifica uno sbilanciamento nella distribuzione degli elettroni). Le molecole che non sono solubili in acqua sono dette idrofobiche.

MOLECOLE IDROFILICHE E MOLECOLE IDROFOBICHE

TRASPORTO DELLE MOLECOLE APOLARI trasporto dell’ossigeno nel sangue da parte dell’emoglobina

UNA PARTICELLA LDL(Low Density Lipoprotein)

TRASPORTO DELLE MOLECOLE APOLARI trasporto del colesterolo nel sangue mediante LDL

UNA PARTICELLA LDL UNA PARTICELLA LDL (LOW DENSITY (LOW DENSITY LIPOPROTEIN)LIPOPROTEIN)

Estere del colesterolo Proteine di

superficie (apo B)

Doppio strato lipidico

MOLECOLEANFIPATICHE

Si tratta di molecole che contengono una porzione POLARE (e quindi solubile in acqua) ed una porzione APOLARE (e quindi insolubile in acqua).

MICELLA

FILMMONOMOLECOLARE

MEMBRANA A DOPPIOSTRATO MOLECOLARE