L’acqua ricopre attualmente circa i ¾ del nostro pianeta

La vita è nata nell’acqua intorno a 3,5 miliardi di anni fa e lì si è evoluta per circa tre miliardi di anni prima di colonizzare la terraferma. Le cellule che costituiscono gli organismi viventi hanno un contenuto d’acqua che varia dal 65-70 al 95%. Gli altri costituenti principali sono: proteine, lipidi, acidi nucleici e carboidrati

Le molecole della vita: l’acqua!!!!!!!

•Il legame covalente polare si forma tra atomi di elementi con differente elettronegatività. Nella molecola dell’acqua l’atomo di O e i due H mettono in compartecipazione i loro elettroni, ma a causa della sua forte elettronegatività, la nube elettronica tende a stazionare sull’ossigeno determinando una parziale carica negativa •

δ-

δ+ δ +

H2O

Il legame a idrogeno si forma tra un atomo con parziale carica negativa ed un atomo di idrogeno legato covalentemente all’ossigeno o all’azoto. La polarità delle molecole d’acqua determina la formazione di legami a idrogeno

Ciascuna molecola d’acqua può formare legami a idrogeno con quattro molecole d’acqua vicine

Al di sotto della temperatura di ebollizione le molecole d’acqua sono legate fra loro dai legami idrogeno. Nel ghiaccio il numero di legami a H è massimo. Proprio perché costituisce un reticolo ordinato, l’acqua allo stato solido è meno densa che allo stato liquido. Raggiunge la sua massima densità a 4° C poi si espande al diminuire della temperatura.

Il ghiaccio è meno denso del 10% rispetto all’acqua liquida

Oceani e laghi non congelano perché il ghiaccio galleggia sull’acqua. Inoltre l’elevato calore specifico* dell’acqua fa sì che le fluttuazioni di temperatura vengano mantenute entro limiti favorevoli alla vita. *calore che deve essere assorbito o perso da una sostanza perché la sua temperatura aumenti o diminuisca di 1 grado.

Una miscela omogenea di due o più sostanze è detta soluzione; l’agente dissolvente è detto solvente mentre la sostanza disciolta è detta soluto. In una soluzione acquosa il solvente è l’acqua. L’acqua è un solvente versatile e la sua capacità di solvatazione è legata al carattere dipolare. Le sostanze ioniche e quelle polari sono solubili in acqua, in cui si dissociano in ioni e per questo motivo vengono definite sostanze idrofiliche (che amano l’acqua). Le sostanze neutre o apolari non sono solubili in acqua e vengono definite idrofobiche (che hanno paura dell’acqua).

Guscio di idratazione

Le sostanze idrofobiche non hanno nessuna affinità con l’acqua e non si sciolgono in acqua, ma tendono ad aggregarsi fra loro

- Coesione delle molecole

- Capacità di stabilizzare la T (elevato calore specifico)

- Espansione allo stato solido

- Versatilità come solvente

Coesione e adesione

Tensione superficiale

Alla T di 25°C il prodotto ionico dell’acqua, dato

dalla concentrazione degli ioni H+ e degli ioni OH– è 10-14 . La presenza di soluti può rendere la soluzione acida

o basica. La concentrazione degli ioni H, espressa

con il logaritmo negativo del suo valore, viene definita pH. In una soluzione neutra il pH è 7

Circa 25 degli oltre 90 elementi chimici naturali presenti nella crosta terrestre sono essenziali per la vita, ma di questi C, O, H e N costituiscono circa il 96 % della materia vivente. Il rimanente 4% è costituito prevalentemente da P, S, Ca, K e altri pochi elementi.

C, O, H e N costituiscono circa il 96 % della materia vivente.

La cellula è costituita per il 70-95% di acqua, ma il rimanente è costituito da composti a base di carbonio. L’atomo di C è la chiave della diversità dei composti organici e la chimica organica è la chimica de composti del C. Il C può legare fino ad altri 4 atomi, formando molecole con scheletri costituiti da lunghe catene carboniose

IDROCARBURI

ossature carboniose + H

apolari & idrofobi

C con C: ossature carboniose

catene lineari

catene ramificate

anelli

metano

Gruppi funzionali

raggruppamenti standard di atomi, responsabili di molte caratteristiche delle molecole organiche

un atomo di C legato ad un atomo di O

un atomo di C legato a due atomi di O

C si lega facilmente anche con O, N, P, S

C con N

SPONCH

LIPIDI

CHO (P,N)

ACIDI NUCLEICI

CHONP

PROTEINE

CHON (S,P)

GLUCIDI CHO

Macromolecole: molte molecole che costituiscono le cellule sono di grandi dimensioni e contengono da decine a milioni di atomi di C. Si dividono in 4 grandi categorie:

Glucidi, proteine e acidi

nucleici sono polimeri

Molte macromolecole sono polimeri cioè sono composte da molte unità a basso peso molecolare dette monomeri

disidratazione

idrolisi

LIPIDI

CHO (P,N)

ACIDI NUCLEICI CHONP

PROTEINE

CHON (S,P)

GLI ZUCCHERI CHO

molecole nutritive, strutturali e di riserva

procarioti

eucarioti

I carboidrati comprendono gli zuccheri semplici e i loro polimeri (oligosaccaridi e polisaccaridi). Sono le principali molecole di riserva energetica e costituiscono molte componenti strutturali della cellula.

I monosaccaridi hanno formule molecolari che sono multiple della formula di base (CH2O)n e non possono essere idrolizzati in composti più semplici

3 n 7 triosi, tetrosi, pentosi, esosi, etc

gruppo aldeidico

gruppo chetonico

gruppo carbonilico

Il gran numero di gruppi OH polari e il gruppo carbonilico rendono gli zuccheri fortemente idrofilici

Il glucosio è un monosaccaride presente in tutte le cellule; è prodotto nelle piante verdi dal processo di fotosintesi e dalla sua demolizione le cellule ottengono l’energia necessaria In soluzione acquosa la molecola di glucosio e quelle degli zuccheri a 5/6 atomi di C vanno incontro ad una autoreazione, ciclizzano.

α-

glucosio

ß-

glucosio

α-

glucosio

Se il C si lega ad atomi (o gruppi di atomi) diversi?

quando un atomo di C si lega ad atomi (o gruppi di atomi) diversi viene definito

asimmetrico

i composti con un atomo di C asimmetrico hanno configurazioni spaziali differenti, sono

degli STEREOISOMERI

EQUIVALENTI da un punto di vista chimico

NON EQUIVALENTI da un punto di vista FISICO e BIOLOGICO

CONDENSAZIONE

(disidratazione) IDROLISI

H2O

FORMAZIONE DI UN DISACCARIDE

Il saccarosio è la forma più utilizzata dalle piante per trasportare il glucosio

i legami α e β sono attaccati da enzimi diversi • molecole con legami α sono prontamente mobilizzate • molecole con legami β sono più stabili

α-glicosidico, SOSTANZE DI RISERVA

β-glicosidico, STRUTTURALI

AMIDO in cellule vegetali

GLICOGENO in cellule animali

CELLULOSA nella parete delle cellule vegetali

POLISACCARIDI α

β

in natura, esistono polimeri

sia di α-glucosio

che di β-glucosio

Polisaccaridi di riserva: amido (piante) e glicogeno (animali)

Sono polimeri di α-glucosio

Polisaccaridi strutturali:

cellulosa (piante) polimero di β-glucosio

CHITINA (polimero di glucosio modificato (amminozucchero) in funghi e cellule animali

chitina (animali)

LIPIDI

CHO (P,N)

ACIDI NUCLEICI

CHONP

PROTEINE

CHON (S,P)

ZUCCHERI molecole nutritive, strutturali e di riserva della cellula CHO

membrane cellulari e materiale

di riserva

eucarioti

procarioti

Molti dei comuni composti utilizzati in cucina (olii e grassi) e le cere

Gruppo di sostanze eterogeneo dal punto di vista chimico

Prevalentemente C e H (e pochi O e N), non polari e insolubili in acqua

Solubili in solventi organici non polari (benzina, olio di oliva, liquidi per pulizia a secco): liposolubili

Per la presenza di alcuni gruppi funzionali, non tutti sono completamente idrofobici

Non formano veri polimeri, molti sono costituiti da acidi grassi e glicerolo

I LIPIDI

I gliceridi (grassi) sono costituiti da glicerolo e acidi grassi e si dividono in base al numero molecole di acidi grassi in: monogliceridi, digliceridi e trigliceridi.

I trigliceridi costituiscono una delle principali fonti di deposito di materiale energetico in molti organismi. Hanno energia chimica superiore a tutte le altre molecole biologiche grassi = 9 kcal di energia chimica/grammo Carboidrati = 4 kcal/grammo

monogliceride

trigliceride

I lipidi complessi contengono anche derivati da molecole non lipidiche a carattere ionico o fortemente idrofilico come acido fosforico, aminoacidi, aminoalcoli, carboidrati. I fosfolipidi sono trigliceridi in cui un acido grasso è sostituito da un gruppo fosfato, solitamente legato ad una molecola organica carica.

Testa idrofilica Coda idrofobica Per questa loro doppia natura i fosfolipidi vengono chiamate molecole anfipatiche

In ambiente acquoso i fosfolipidi tendono a disporsi esponendo verso l’acqua le teste idrofile e rivolgendo l’una verso l’altra le code idrofobe

Le membrane biologiche: Modello a mosaico fluido - 1972 (Singer e Nicholson)

Gli steroidi sono lipidi caratterizzati da uno scheletro carbonioso costituito da quattro anelli fusi. Il colesterolo è un importante steroide.

Catena apolare

Gruppo polare

Molecola anfipatica

STEROIDI

membrane delle cellule animali

ORMONI SESSUALI STEROIDEI

ormoni responsabili dello sviluppo sessuale e delle funzioni riproduttive dei vertebrati

piccole differenze nei gruppi funzionali influenzano lo sviluppo delle differenze anatomiche e fisiologiche tra individui di sesso maschile e femminile