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La nuova biologia.bluSeconda edizione

David Sadava, David H. HillisH. Craig Heller, Sally Hacker

Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020

Capitolo A3

Dalla chimica della vita alle biomolecole

Temi del capitolo


1. La vita dipende dall’acqua /1

Gli elementi chimici più abbondanti negli organismi sono carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto.

Tra tutte le sostanze presenti nei viventi, l’acqua è quella piùabbondante.


1. La vita dipende dall’acqua /2Le proprietà dell’acqua dipendono dalla polarità della sua molecola e dai legami a idrogeno che si formano tra una molecola e l’altra.


1. La vita dipende dall’acqua /3Il calore latente di fusione è la quantità di calore che bisogna fornire a un solido per farlo fondere.

Il calore latente di vaporizzazione è la quantità di calore che bisogna fornire a un liquido per farlo passare allo stato aeriforme.

Il calore latente di fusione e il calore latente di vaporizzazione dell’acqua sono elevati a causa della forza dei numerosi legami a idrogeno.

Per il suo alto calore specifico, l’acqua si riscalda e si raffredda molto più lentamente delle altre sostanze.


1. La vita dipende dall’acqua /4

Allo stato liquido e allo stato solido tra le molecole di acqua esistono legami a idrogeno.

Allo stato gassoso, i legami a idrogeno vengono spezzati.

Allo stato solido l’acqua è meno densa che allo stato liquido.


1. La vita dipende dall’acqua /5La capacità delle molecole d’acqua di opporsi alle forze che tendono a separarle èalla base della coesione e della tensione superficiale.

Si ottiene una soluzionequando una sostanza (il soluto) si scioglie in un liquido (il solvente).

Negli esseri viventi, il solvente più importante èl’acqua.


1. La vita dipende dall’acqua /6La scala del pH esprime l’acidità di una soluzione. La scala va da 0 (massima acidità) a 14 (massima basicità).

L’acidità e la basicità delle soluzioni biologiche èimportante per gli organismi, che devono mantenere costanti le loro condizioni interne.



Rispondi1. Che cos’è il legame a idrogeno e quali sono le sue

caratteristiche?2. Per quale ragione la densità dell’acqua è maggiore allo stato

liquido che allo stato solido?3. Che cos’è il pH e come è possibile misurarlo?

Scegli le parole1. Le molecole di acqua sono fortemente polari / apolari.2. Il calore richiesto per fondere il ghiaccio in acqua liquida è detto

calore specifico / latente di fusione.3. Le sostanze in grado di accettare ioni H+ si dicono acidi / basi.

Ora tocca a teL’adesione e la coesione sono parte del meccanismo con cui le piantetrasportano l’acqua fino alle foglie più alte. Cerca notizie in Rete suquesto processo e realizza un poster esplicativo che ne illustri ilmeccanismo e le funzioni. Utilizza principalmente disegni edelementi grafici, scrivendo il necessario.

DATI IN AGENDA Acqua in bocca

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2. Le proprietà delle biomolecole /1

Le biomolecole sono composti organici costituiti da catene di atomi di carbonio di lunghezza e forma variabili.


2. Le proprietà delle biomolecole /2

Gli isomeri di struttura sono molecole che hanno la stessa formula chimica, ma differiscono nel modo in cui gli atomi sono uniti insieme.


2. Le proprietà delle biomolecole /3I gruppi funzionali sono gruppi di atomi che conferiscono proprietà chimiche specifiche alle molecole.


2. Le proprietà delle biomolecole /4Le macromolecole biologiche sono grandi polimeri costituiti da unità più piccole, i monomeri.

I polimeri si formano attraverso reazioni di condensazione.

La reazione di idrolisi scinde i polimeri e produce monomeri.



Rispondi

1. Che cosa sono le biomolecole e dove è possibile trovarle?2. Che cos’è l’isometria e quali composti caratterizza?3. Che cosa si intende per «gruppo funzionale» e quali effetti può

avere in una molecola?

Scegli le parole

1. Per condensazione si può ottenere la sintesi dei monomeri / polimeri.

2. I composti organici più semplici sono detti idrocarburi / carboidrati.

3. La struttura spaziale delle biomolecole è strettamente connessa alla loro …................. .

Ora tocca a te

Considera queste tre coppie di isomeri:- dimetil etere, etanolo;- acido fumarico, acido maleico;- R talidomide, S talidomide;Che tipo di isomeria mostra ciascuna coppia? Come differiscono leloro proprietà? Cerca informazioni in Rete e prepara tre schede.

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3. I carboidrati /1

I carboidrati comprendono:•monosaccaridi;•disaccaridi;•oligosaccaridi;•polisaccaridi.

Hanno funzione strutturale e di riserva energetica.


3. I carboidrati /2

I monosaccaridi sono gli zuccheri più semplici.

Comprendono i pentosi come il ribosio e gli esosi come il glucosio e il fruttosio.


3. I carboidrati /3

Due o più monosaccaridi legati attraverso un legame glicosidico producono disaccaridi e oligosaccaridi.

Il saccarosio (zucchero da tavola) e il lattosio sono disaccaridi.


3. I carboidrati /4

I polisaccaridi sono polimeri di grandi dimensioni formati da monosaccaridi uniti da legami glicosidici.

Comprendono amido, glicogeno, cellulosa e chitina.



Rispondi1. Qual è la struttura chimica di un carboidrato?2. Quali sono i due modi principali per classificare i monosaccaridi?3. Come si formano e quali funzioni possono avere i polisaccaridi?

Scegli le parole1. Il ribosio è un aldoso / chetoso.2. Il saccarosio è formato da una molecola di glucosio unito a una

seconda molecola di glucosio / fruttosio.3. Il polisaccaride più ramificato è l’amido / la cellulosa.

Ora tocca a te

Un carboidrato di particolare importanza in laboratorio è l’agarosio.Cerca informazioni sull’agarosio in Rete, soprattutto sulla suacomposizione e sul suo utilizzo, e prepara un breve testo descrittivodi 1000 battute (circa 10 righe) corredandolo di immagini.

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4. I lipidi /1I lipidi sono molecole idrofobiche composte da carbonio e idrogeno. Sono i costituenti delle membrane e hanno funzioni isolanti, di regolazione o di riserva.


4. I lipidi /2

I trigliceridi sono composti da acidi grassi e glicerolo.

Sono importanti fonti di energia per le cellule.


4. I lipidi /3

I fosfolipidi possiedono un’estremità idrofila e due lunghe code idrofobiche.

Disponendosi coda contro coda, formano il doppio strato delle membrane cellulari.


4. I lipidi /4

I carotenoidi, gli steroidi, le vitamine e le cere sono lipidi che svolgono compiti di conversione di energia, regolazione e protezione.

Il colesterolo e la vitamina D sono esempi di steroidi.



Rispondi1. Qual è la struttura chimica di un trigliceride?2. Che cosa significa anfipatico? Quali lipidi sono tipicamente

antipatici?3. Che cosa contraddistingue gli steroli?

Scegli le parole1. Gli oli sono trigliceridi saturi / insaturi.2. Le membrane biologiche sono fatte in gran parte da fosfolipidi /

trigliceridi.3. Tra i lipidi, sono pigmenti i carotenoidi / gli steroidi.

Ora tocca a teGli oli non servono solo come condimento: cerca gli usi nonalimentari di queste sostanze e prepara una presentazione di 10slide in cui porti degli esempi e spieghi quali funzioni svolgono.

DIMMI LA TUA! Grassi? No grazie

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5. Le proteine /1Le proteine sono polimeri lineari composti da amminoacidi.Svolgono numerose funzioni.


5. Le proteine /2

Ogni amminoacido ha un gruppo carbossilico, un gruppo amminico e un gruppo radicale (R).


Negli organismi viventi sono presenti 20 amminoacidi, che differiscono in base alle proprietà chimiche dei loro gruppi R.

5. Le proteine /3

La struttura primaria corrisponde alla sequenza degli amminoacidi lungo la catena polipeptidica.

La struttura secondaria può presentarsi ad α elica o a foglietto β.È dovuta a ripiegamenti regolari della catena polipeptidica, tenuti in sede da legami a idrogeno.


5. Le proteine /4La struttura terziaria rappresenta il modo in cui i segmenti della proteina con diverse strutture secondarie si ripiegano su sé stessi nello spazio.

La struttura quaternaria deriva dal modo in cui le varie subunità che costituiscono una proteina si legano e interagiscono tra loro.


5. Le proteine /5

L’alterazione della struttura tridimensionale di una proteina è dettadenaturazione.

Per esempio, la cottura delle uova provoca la denaturazione delle due proteine.


La forma e le proprietà chimiche delle proteine ne determinano la funzione.


Rispondi1. Qual è la struttura di un amminoacido?2. Che cosa si intende per struttura primaria di una proteina?3. Che cosa si intende per specificità di una proteina? Da che

fattori è data?

Scegli le parole1. Gli amminoacidi di una catena proteica sono uniti tra loro da

legami peptidici / a idrogeno.2. Una proteina inattivata dal calore si dice …................ .

Ora tocca a teMa gli amminoacidi sono davvero solo 20?Nelle proteine ce n’è almeno un ventunesimo e ne esistono altri chenon si trovano nelle proteine. Cerca informazioni e prepara unabreve scheda di una facciata.

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6. Gli acidi nucleici /1Gli acidi nucleici (DNA ed RNA) sono polimeri di nucleotidi.

Un nucleotide è composto da uno zucchero pentoso, una base azotata e un gruppo fosfato.


6. Gli acidi nucleici /2L’informazione genetica contenuta nel DNA risiede nella sequenza dei nucleotidi che formano la doppia elica.



Rispondi1. Che cosa distingue purine e pirimidine?2. Che cosa si intende per orientamento antiparallelo?3. Come è conservata l’informazione genetica negli acidi nucleici?

Scegli le parole1. Ogni nucleotide dell’RNA è formato da: una base azotata, una

molecola di ribosio e un …................... 2. Le basi complementari formano legami a idrogeno / covalenti.

Ora tocca a teIl DNA contiene e gestisce informazioni: è possibile quindi utilizzarloin informatica? Cerca informazioni in Rete sui computer a DNA edesponile in una presentazione di non più di 10 minuti di durata.

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7. L’origine delle biomolecole /1

Gli esperimenti di Redi, Spallanzani e Pasteurprovarono che non esiste la generazione spontanea della vita ma che un organismo vivente siorigina solamente da un altro organismo vivente.


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7. L’origine delle biomolecole /2

La vita iniziò a svilupparsi 4 miliardi di anni fa, quando sulla Terra si formarono grandi masse di acqua liquida, forse proveniente dalle comete.


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Secondo l’ipotesi dell’origine extraterrestre, le prime biomolecole sarebbero giunte sulla Terra trasportate da comete e meteoriti.

7. L’origine delle biomolecole /3Secondo l’ipotesi dell’evoluzione chimica, le condizioni della Terra primordiale condussero alla formazione di biomolecole semplici, che a loro volta diedero origine alle prime forme di vita.


EVOLU

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Rispondi1. Che cosa si intende per «generazione spontanea»?2. In che cosa consiste l’esperimento di Pasteur e qual era il suo scopo?3. In che cosa consiste l’esperimento di Miller e Urey e qual era il loro

scopo?4. Perché si ipotizza che la vita possa essere arrivata dallo spazio?

Scegli le parole1. L’acqua sulla Terra primordiale arrivò anche grazie a comete /

meteoriti.2. Oggi la generazione spontanea della vita sulla Terra è resa

impossibile dalla presenza di azoto / ossigeno nell’aria.3. Secondo le ipotesi più recenti, la vita si sarebbe originata sul fondo

degli oceani, in prossimità dei camini …...............

Ora tocca a teCostruisci una linea del tempo con la successione di scoperte, ipotesi,esperimenti e teorie riguardo l’origine della vita. Utilizza le informazionipresenti in questa lezione e ricercane altre in Rete per integrare il piùpossibile il percorso storico e per colmare eventuali lacune temporali.Utilizza anche fotografie e illustrazioni.

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