Chimica: Fondamenti delle reazioni redox

Sbobine di Biochimica

• Argomento: Introduzione alla Biochimica
• Descrizione: La biochimica studia la composizione chimica e le trasformazioni chimiche della vita. È strettamente correlata alla medicina, in quanto un corretto funzionamento dei tessuti indica uno stato di benessere, mentre una disfunzione biochimica può indicare una patologia.
• Le leggi della chimica: Gli organismi viven seguono le leggi della termodinamica, effettuano reazioni veloci grazie agli enzimi e sfruttano gli equilibri chimici dei flussi metabolici.
• Composizione chimica del corpo umano (peso secco):
  • Carbonio (C): 61,7%
  • Idrogeno (H): 9,3%
  • Azoto (N): 11,0%
  • Ossigeno (O): 58.7% (calcolato dalle percentuali)
  • Calcio (Ca): 5,7%
  • Fosforo (P): 3,3%
  • Potassio (K): 1,3%
  • Zolfo (S):1,0%
  • Cloro (Cl): 0,7%
  • Sodio (Na): 0,7%
  • Magnesio (Mg): 0,3%
• Altri elementi: Presenti in tracce, ma essenziali per la vita (es. B, Fe, Zn, ecc.)
• Molecole costitutive della materia vivente:
  • Amminoacidi (20): componenti di proteine, ormoni, porfirine e substrati energetici.
  • Basi nucleotidiche (5): componenti di DNA, RNA, coenzimi e trasportatori di energia.
  • Zuccheri (meno di dieci tipi): substrati energetici, elementi per il riconoscimento cellulare e coinvolti nel glicogeno.
  • Lipidi: costituenti delle membrane cellulari e substrati energetici.
  • Acqua: Componente fondamentale (70%) della materia vivente, dove avvengono le principali reazioni chimiche per via della polarità e dei legami a idrogeno.

Nozioni di Chimica Organica

• Atomo di carbonio: Centrale nella chimica organica.
• Configurazione elettronica: Numero atomico 6 (Z=6) con la configurazione 1s² 2s² 2p², ma in stato eccitato può formare 4 legami.
• Ibridazione (stato eccitato):
  • sp³: tetraedrica (es. Metano);
  • sp²: trigonale planare (es. Etilene).
  • sp: lineare (es. Etino).
• Ibridazione sp³: Orbitale s e tre p si ibridano a formare quattro orbitali ibridi sp³, isoenergetici, con geometria tetraedrica (angoli di 109,5°), rendendo possibili quattro legami covalenti.
• Ibridazione sp²: L'orbitale s ed i due orbitali p ibridano a tre sp²-orbitali che hanno una disposizione trigonale planare per dare origine a tre legami sigma; il terzo orbitale p è non ibridizzato e forma un legame pi greco.
• Ibridazione sp: L'orbitale s e un orbitale p ibridano per creare due orbitali ibridi sp per dare origine a due legami sigma; i due orbitali p non ibridati formano due legami pi greco - ciò significa che nella maggioranza dei casi si tratta di un legame multiplo.
• Orbitali ibridi: Hanno energia intermedia tra s e p e con geometria diversa rispetto agli orbitali originari, consentono la formazione di legami singoli o multipli.

Idrocarburi

• Alifatici:
  • Alcani: legami singoli C-C, saturi, di natura apolare,non solubili in acqua.
  • Alcheni: almeno un doppio legame C=C, insaturi, sono ciclici e la rotazione è impedita intorno al doppio legame ciò genera geometria cis e trans.
  • Alchini: almeno un triplo legame C≡C, insaturi,sono ciclici.
• Aromatici: struttura ciclica, insaturi, con doppi legami e elettroni delocalizzati, aromaticità dovuta alla presenza di un anello benzenico.

Composti organici e gruppi funzionali

• Alcoli: Gruppo funzionale -OH, caratteristiche chimico-fisiche legate principalmente alla possibilità di formare legami a idrogeno, relativamente polari, con possibilità di formare ponti a idrogeno con altre molecole, solubili in acqua fino ad un certo punto e fortemente dipolari.
• Aldeidi e chetoni: Gruppo funzionale carbonile (C=O). Forme risonanti.
• Acidi carbossilici: Gruppo carbossilico (-COOH). Composti acidi,interagiscono con le basi e danno reazione acido-base.
• Esteri: Gruppo funzionale estere (R-COO-R').
• Anidridi: Gruppo funzionale anidride (R-CO-O-CO-R').
• Tioli: Gruppo funzionale -SH.
• Ammide: Gruppo funzionale ammide (R-CO-NH₂). Reazioni fondamentali del ciclo dell'urea.

Reazioni Redox o Ossidoriduzione

• Definizione: Scambio di elettroni. Ossidazione (perdita di e^-) e riduzione (acquisizione di e^-) sempre assieme.
• Numero di ossidazione: Carica formale attribuita ad un atomo in una molecola, immaginando di assegnare tutti gli elettroni legati all'atomo più elettronegativo.
• Ossidazione dei composti organici: Rimozione di H o aggiunta di eteroatomi (come O) aumenta lo stato di ossidazione.
• Riduzione: Aggiunta di H o rimozione di eteroatomi diminuisce lo stato di ossidazione.

Amminoacidi e Proteine

• Amminoacidi: Composti organici contenenti un gruppo amminico (-NH₂) e un gruppo carbossilico (-COOH) e una catena laterale (R). Gruppo alfa.
• Stereoisomeri (enantiomeri): Gli amminoacidi (eccetto la glicina), presentano un carbonio chirale, quindi le immagini speculari non sono sovrapponibili.
• Classificazione degli amminoacidi: Classificati in base alle proprietà delle loro catene laterali (polarità, carica).
• Struttura delle proteine:
  • Primaria: sequenza lineare degli amminoacidi.
  • Secondaria: strutture regolari locali (alfa-elica e foglietto beta).
  • Terziaria: struttura tridimensionale completa della proteina.
• Struttura quaternaria: associazione di più subunità polipeptidiche.
• Legami coinvolti nella struttura terziaria delle proteine: Legame a idrogeno, interazioni idrofobiche, legami ionici e ponti disolfuro.

Destino metabolico del piruvato

• Condizioni aerobiche: Piruvato entra nel mitocondrio, dove viene convertito in Acetil-CoA, per entrare nel ciclo di Krebs.
• Condizioni anaerobiche: Fermentazione lattica e alcolica.

La fermentazione lattica

La fermentazione alcolica

Il ciclo di Krebs

Catena Respiratoria

Fosforilazione ossidativa

Metabolismo dei carboidrati

Metabolismo degli acidi grassi

Glicogenosintesi

Glicogenolisi