Biochimica: Energia e Metabolismo

Introduzione

• Il corso di Chimica è suddiviso in tre moduli: Biochimica strutturale, Biochimica metabolica e Biochimica d'organo.
• La Biochimica strutturale verrà trattata dalla prof.ssa Aldieri.
• Il modulo di Biochimica metabolica, la prima parte sarà tenuta dalla prof.ssa Aldieri, mentre le successive lezioni saranno tenute dalla prof.ssa Riganti Chiara.
• Il modulo di Biochimica d'organo sarà impartito dalle professoresse Riganti e Turrini Francesco.
• Per l'esame dei primi due moduli ci saranno due quiz a risposta multipla.
• L'esame del terzo modulo (Biochimica d'organo) sarà valutato con domande aperte.
• Dopo la prova scritta si procederà all'esame orale per approfondire le criticità riscontrate durante la prova scritta.
• È possibile convalidare gli esami di Biochimica strutturale e metabolica per chi proviene da altri corsi di laurea.
• L'indirizzo e-mail per chiarimenti è [email protected]

Introduzione (pag. 3)

• La biochimica strutturale necessita di una conoscenza di base di chimica organica e inorganica per comprendere le reazioni e le strutture.
• La chimica inorganica include il concetto di atomo, isotopi, tavola periodica, legami chimici e comportamenti acido-base.
• La chimica organica spiega le classi di molecole biologiche come idrocarburi, alcoli, aldeidi e acidi carbossilici, inclusa la geometria e isomeria.
• La biochimica strutturale studia carboidrati, lipidi, proteine, acidi nucleici ed enzimi.

Perché studiare la biochimica (pag. 3)

• La biochimica studia gli organismi viventi a livello molecolare in condizioni fisiologiche.
• La comprensione dello stato di salute e malattia deriva dalla conoscenza esatta delle biomolecole.
• Gli elementi fondamentali del corpo umano sono: ossigeno (65%), carbonio (18%), idrogeno (10%), azoto (3%).

La costruzione della cellula (pag. 4)

• Le cellule sono composte da macromolecole, come DNA, proteine, fosfolipidi e carboidrati.
• La cromatina è l'avvolgimento di DNA costituito da nucleotidi.
• Le proteine si combinano con i fosfolipidi per formare la membrana plasmatica.
• I carboidrati includono la cellulosa.

L'atomo (pag. 7)

• Un atomo è composto da protoni (carica positiva), neutroni (senza carica) ed elettroni (carica negativa).
• I protoni e i neutroni si trovano nel nucleo dell'atomo.
• Gli elettroni si trovano attorno al nucleo.
• Il numero atomico è il numero di protoni in un atomo.
• Il numero di massa è il numero di protoni e neutroni in un atomo.
• Gli isotopi hanno lo stesso numero atomico ma diverso numero di massa.

Isotopi (pag. 8)

• Gli isotopi sono atomi dello stesso elemento con diverso numero di neutroni.
• Alcuni isotopi sono radioattivi a causa della loro instabilità nucleare, dovuta alla presenza di un maggior numero di neutroni rispetto ai protoni.
• Un isotopo meno stabile può andare incontro a decadimento radioattivo.

Introduzione alla radioattività (pag.8)

• La radioattività è l'emissione spontanea di particelle nucleari o radiazioni (fotoni) da un nucleo atomico.
• È un processo di decadimento radioattivo in cui un nucleo instabile perde particelle per raggiungere una configurazione più stabile.
• Le radiazioni ionizzanti possono causare danni alle cellule.

La tavola periodica (pag. 14)

• Organizza gli elementi chimici in base alle loro proprietà.
• Gli elementi nel medesimo gruppo hanno proprietà simili.
• I periodi indicano i livelli elettronici degli elementi.
• I gruppi indicano il numero di elettroni di valenza.

Proprietà periodiche degli elementi (pag. 14)

• Le proprietà periodiche degli elementi sono caratteristiche che variano in modo regolare al variare del numero atomico.
• Tra le proprietà principali si annoverano: il raggio atomico, l'energia di ionizzazione, l'affinità elettronica e l'elettronegatività.
• La dimensione atomica aumenti scendendo nel periodo e da destra verso sinistra.

Legami chimici(pag. 18)

• I legami chimici sono forze di attrazione che tengono uniti gli atomi in una molecola.
• I legami chimici possono includere: il legame ionico, il legame covalente, legame dativo.
• Sono interazioni elettrostatiche, che possono avvenire sia tra cariche uguali che tra cariche opposte (attrattiva ed repulsiva).

Legame ionico (pag. 18)

• Un legame ionico implica il trasferimento di elettroni tra due atomi.
• I due atomi hanno una grande differenza di elettronegatività.
• Un atomo perde un elettrone e l'altro atomo riceve l'elettrone.
• Gli atomi carichi positivamente (cationi) ed entrambi ottengono cariche opposte, quindi li attraggono.

Legami covalenti (pag. 19)

• Gli atomi si uniscono e condividono gli elettroni.
• Questi legami caratterizzano il legame covalente.

Ibridazione (pag. 20)

• Ibridizzazione: combinazione di orbitali atomici per produrre nuovi orbitali ibridi con geometrie opportune. Questi orbitali sono più stabili, che facilitano la formazione dei legami.
• Spesso, legami covalenti singoli, doppi o tripli sono coinvolti nella formazione delle molecole.

Geometria delle molecole

• Le molecole hanno una disposizione spaziale specifica.
• Gli angoli di legame e la forma sono determinati dalla disposizione di orbitali degli atomi che le compongono.

Isomeri strutturali (pag. 51)

• Isomeri con diverse sequenze di atomi uniti insieme nella molecola.
• Isomeri con diverse posizioni di legami.

Isomeri conformazionali (pag. 51)

• Isomeri che sono interconvertibili tramite rotazione attorno ad un legame semplice.
• Le reazioni a catena possono essere interconvertibili rapidamente in un caso di conformi.

Isomeri configurazionali (pag. 51)

• Isomeri che richiedono la rottura di un legame per essere interconvertiti.

Idrocarburi aromatici (pag. 56)

• Alcuni idrocarburi ciclici presentano un certo tipo di delocalizzazione di elettroni di legami π che li rende più stabili.
• Un esempio è l'anello benzenico, a cui si fa riferimento come il più semplice idrocarburo aromatico grazie alla delocalizzazione elettronica.

Idrocarburi aromatici eterociclici (pag. 58)

• Gli idrocarburi aromatici eterociclici contengono eteroatomi come N, O o S nella struttura ad anello benzenica.
• Queste strutture si trovano in molti composti importanti, quali importanti componenti biochimiche.

Gli alcoli (pag. 59)

• Caratterizzati da un gruppo ossidrilico (-OH) legato ad una catena idrocarburica (alifatica), possono essere primari, secondari o terziari.
• Possono formare legami idrogeno, rendendoli più solubili in acqua rispetto agli alcani.

Polialcoli (pag. 60)

• Contengono più di un gruppo ossidrilico (-OH).
• Un esempio è il glicerolo, che entra nella composizione dei trigliceridi.

Aldeidi e chetoni (pag. 66)

• Le aldeidi e i chetoni includono un gruppo carbonilico (C=O) nel loro scheletro.
• Le aldeidi hanno il gruppo carbonilico all'estremità della catena carbonio-idrogeno.
• I chetoni hanno un gruppo carbonilico all'interno della catena carbonio-idrogeno.

Acidi carbossilici (pag. 70)

• Gli acidi carbossilici sono caratterizzati da un gruppo carbossile (-COOH) che si lega ad una catena idrocarburica.
• Sono acidi deboli e possono formare reazioni acide per il rilascio di un protone.

Reazioni degli acidi carbossilici (pag. 70)

• Reazioni chimiche degli acidi carbossilici: sintesi di esteri, sintesi di anidridi, sintesi di ammidi.
• Gli esteri sono formati dalla reazione di acidi carbossilici con alcoli. Le ammidi sono formate dalla reazione con le ammine.

Etere (pag. 63)

• L'atomo di ossigeno è legato a due gruppi alchilici o arilici.
• Sono relativamente inerti.
• Sono solventi organici.

Tioli (pag. 64)

• Caratterizzati da un gruppo -SH.
• Maggiore reattività rispetto agli alcol.

Cenni di teoria delle collisioni (pag. 36).

• Le collisioni tra le molecole devono avere abbastanza energia per superare una barriera energetica chiamata "energia di attivazione" prima che la reazione avvenga.
• Le reazioni possono essere velocizzate mediante un catalizzatore.
• Anche temperatura e concentrazione influenzano la velocità di una reazione.

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