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Tutto ha origine dal movimento delle particelle. L’universo è composto da pochissime trasformazioni chimiche (tutte molto semplici, in totale sono un centinaio). La cellula è un’unità piccolissima, invisibile a occhio nudo, dentro la quale avvengono milioni di reazioni chimiche complesse e organizz...

Tutto ha origine dal movimento delle particelle. L’universo è composto da pochissime trasformazioni chimiche (tutte molto semplici, in totale sono un centinaio). La cellula è un’unità piccolissima, invisibile a occhio nudo, dentro la quale avvengono milioni di reazioni chimiche complesse e organizzate. La cellula negli esseri viventi presenta grandezza variabile da 1 micron (virus) a 100 m. Una reazione chimica è la trasformazione di molecole organiche specifiche che modificano le strutture degli atomi di carbonio. Ogni reazione è governata da una proteina definita come la “macchina” che produce le reazioni chimiche. LE BIOMOLECOLE Le biomolecole sono formate da un numero ristretto di elementi: - carbonio C - idrogeno H - ossigeno O - azoto N - fosforo P - zolfo S Gli atomi di carbonio formano lo scheletro carbonioso di tutte le biomolecole studiate dalla chimica organica. Le molecole più grandi dette polimeri sono formate dall’assemblaggio di subunità dette monomeri. O + H —> H2O = acqua H + C —> CH4 = metano H + N —> NH3 = ammoniaca C + O —> CO2 = anidride carbonica S + H —> SH2 = acido solfidrico P + H —> PH3 = fosfina Una molecola è un gruppo relativamente piccolo di atomi legati tra loro attraverso nubi elettroniche. Una nuvola elettronica è una coppia di particelle, gli elettroni, ciascuna di carica -1, che si muove contemporaneamente su due nuclei. Questa nube prende il nome di legame covalente. Le molecole organiche hanno come struttura portante uno scheletro di base costituito da atomi di carbonio. L’atomo è costituito da un nucleo contiene protoni positivi neutroni senza cariche ed elettroni negativi che ruotano attorno al nucleo stesso numeratori corrisponde al numero di protoni contenuti nel nucleo dell’atomo. Un esempio di molecole biologiche sono (e contengono): - carboidrati: C, H, O - lipidi: C, H, O e fosforo nel caso dei fosfolipidi - proteine: C, H, O, N, S - acidi nucleici: C, H, O, N, P GRUPPI FUNZIONALI: - OSSIDRILICO -OH - CARBONILICO C = O | H - CARBOSSILICO: C = O | OH - AMMINICO -NH2 R, detto radicale, si usa quando non c’è bisogno di specificare il gruppo atomico. Ogni atomo di carbonio lega idrogeno e ossigeno ma quando l’atomo di carbonio lega l’ossigeno con un doppio legame è detto carbonile. Se il carbonio è legato all’ossigeno con un legame semplice è detto alcolico o idrossilico. Tutti gli altri legami servono per legare l’idrogeno: un carbonio fa sempre quattro legami, un ossigeno fa sempre due legami, un idrogeno fa sempre un legame, un azoto fa sempre tre legami, un fosforo fa sempre cinque legami, uno zolfo quando è organico fa sempre due legami. LE PROTEINE Esistono 25/27.000 proteine differenti per ogni specie; queste possono variare molto. Le proteine attive prendono il nome di enzimi. Gli enzimi svolgono un’attività enzimatica, le altre proteine invece hanno solamente una funzione strutturale oppure di trasporto. Le proteine sono costituite da 20 molecole molto piccole di tipo organico (ovvero hanno un piccolo scheletro carbonioso) Questi aminoacidi si legano lungo una catena avente un ordine prestabilito, si aggrovigliano tra loro e formano delle piccole fabbriche. AA = amminoacido Ogni amminoacido ha una struttura che comprende un atomo di carbonio centrale, legato sia a un gruppo amminico sia un gruppo carbossilici e un atomo di idrogeno. La proteina svolge una determinata funzione che dipende strettamente dalla struttura della proteina stessa, ovvero dalla disposizione e dal numero di amminoacidi da cui è composta. Tutte le cellule sono costituite dagli stessi 20 amminoacidi detti ESSENZIALI. Ogni amminoacido è una struttura che comprende un atomo di carbonio centrale è legato sia a un gruppo amminico sia un gruppo carbossilici e un atomo di idrogeno. La sequenza in cui sono disposti gli aminoacidi viene ordinata dai geni. Ogni cellula ha tutti i geni per costruire proteine, per funzionare la cellula ha bisogno di 6/7000 enzimi. Gli enzimi sono dei catalizzatori biologici (proteine catalitiche) che favoriscono le reazioni chimiche senza prenderne parte e senza cambiare se stessi. Ogni amminoacido presenta un apporto chimico diverso. È importante sottolineare che gli aminoacidi si possono dividere in essenziali e non essenziali: gli aminoacidi essenziali sono appunto essenziali da mangiare e sono idrofobici (scarseggiano nella dieta vegetariana). Gli aminoacidi inoltre possono essere polari e apolari (essenziali). Aminoacidi polari si attraggono tra loro e amminoacidi apolari si attraggono tra loro; un amminoacido polare e un amminoacido polare invece si respingono tra loro. L'unione di due amminoacidi avviene per condensazione: L’atomo di azoto del gruppo amminico di un amminoacido si lega all’atomo di carbonio del gruppo carbossilico di un altro amminoacido con l’eliminazione di molecola di acqua. il legame covalente che si forma elettro legame peptidico e la molecola ottenuta dall’associazione di molti amminoacidi detta polipeptide. Le proteine si distinguono in: - GLOBULARI: raggomitolate - FIBROSE: sono proteine distese, con funzione prevalentemente strutturale Le proteine sono molecole compresse che mostrano diversi gradi di organizzazione: - LIVELLO PRIMARIO: l’origine della struttura, sequenza ordinata di amminoacidi - LIVELLO SECONDARIO: caratterizzazione interazione degli aminoacidi vicini che tendono a formare un’elica (a ripiegarsi in modo parziale su se stessi) - LIVELLO TERZIARIO: è il più importante, in questo caso la struttura secondaria si ripiega su se stessa per dare origine a una complessa struttura terziaria che risulta dall’interazione tra i gruppi R dei singoli aminoacidi. - LIVELLO QUATERNARIO: alcune proteine presentano un ulteriore livello di organizzazione ovvero la struttura quaternaria che comporta l’interazione tra due o più catene polipeptidiche. Le proteine possono presentare due tipi di eliche: alfa eliche e beta eliche. I CARBOIDRATI I carboidrati sono la principale fonte energetica per la maggior parte dei viventi sono composti organici che sono formati da carbonio idrogeno e ossigeno. esistono tre principali tipi di carboidrati a seconda del numero di monomeri che contengono: - monosaccaridi: zuccheri semplici costituiti da un’unica molecola (Es. glucosio e fruttosio) FRUTTOSIO GLUCOSIO Il glucosio è un’aldeide mentre il fruttosio presenta il chetone. - disaccaridi: derivano dalla condensazione di due monosaccaridi (Es. saccarosio e lattosio) - polisaccaridi: contengono molti monosaccaridi legati tra loro (Es. amido e cellulosa) Fruttosio e glucosio uniti formano il saccarosio. Uno zucchero a cinque atomi di carbonio ad esempio è ribosio mentre zuccheri che hanno sei atomi di carbonio sono il glucosio e il fruttosio che differiscono tra loro per la posizione del doppio legame. Nel glucosio se si vuole creare un legame bisogna togliere una molecola di acqua se invece invece si vuole spezzare un legame bisogna aggiungere una molecola di acqua. Per andare a formare il saccarosio infatti si toglie la molecola di acqua così da formare un legame che determina l’insorgere del saccarosio, un polisaccaride. L’amido presenta una struttura ciclica (non lineare). È costituito da amilosio e amilopectina Ed deformato della condensazione di migliaia di molecole di glucosio che formano catene ramificate. Costituisce il principale polisaccaride di riserva delle piante. L'amilosio presenta una catena lineare mentre l’amilopectina presenta ramificazioni Non si possono formare dei polisaccaridi senza la presenza di una struttura ciclica, uno zucchero se viene posto in acqua diventa ciclico. La cellulosa è un polimero del beta glucosio. Per definire se lo zucchero sia alfa o beta, quando ha formato l’anello è diventato ciclico, a seconda che l’ossigeno si trovi sopra o sotto determina se è detto alfa (l’ossigeno sopra) o beta (l’ossigeno sotto). La cellulosa è ingerita solamente dagli erbivori che presentano nelle intestino dei batteri in grado di digerirla. Normalmente gli animali o gli uomini non la possono digerire. La quantità di zucchero (glucosio) presente nel sangue viene definito glicemia. il livello di glucosio dell’organismo è regolato da un enzima prodotto dal pancreas, l’insulina, la cui alterazione può causare diabete che può essere più o meno grave. Anche un’alterazione un altro enzima, il glucagone, può determinare l’insorgere del diabete. ESPERIMENTO DI MILLER Oparin ipotizzò la comparsa della vita sulla Terra come una lunga serie di eventi (evoluzione chimica). Dai gas dell'atmosfera si sarebbero potute formare molecole organiche, che in seguito si sarebbero raccolte nei mari dando origine a un «brodo primitivo» in cui si originarono le prime biomolecole. Miller e Urey confermarono questa ipotesi grazie alla simulazione delle condizioni ambientali ritenute probabili sulla Terra primitiva; ottennero diversi tipi di amminoacidi e altre molecole organiche. Si ritiene che le prime cellule si siano formate per assemblaggio delle biomolecole, che con il tempo sarebbero diventate più numerose e quindi più vicine, così da favorire la formazione di piccoli sistemi. All'evoluzione chimica avrebbe fatto seguito una nuova fase: l'evoluzione prebiologica. Miller ha fatto un esperimento ponendo dentro ad un pallone acqua, ammoniaca, anidride carbonica e metano. Alza la temperatura e successivamente ha generato delle scariche elettroniche all’interno dei vapori che successivamente, raffreddandosi diventano liquidi. LIPIDI I lipidi sono sostanze organiche diverse tra loro ma con due caratteristiche comuni molto importanti: sono insolubili in solventi polari come l’acqua e sono molecole organiche che liberano una grande quantità di energia. Un acido grasso è una catena lineare di atomi di carbonio che mediamente presenta dai 12 ai 24 atomi di carbonio. In natura prevalgono gli acidi grassi con un numero di carbonio pari. Quando un acido grasso presenta un solo doppio legame viene detto monosaturo, quando presenta più doppi legami detto polisaturo. Gli acidi grassi insaturi omega presentano doppio legame all’ultimo atomo di carbonio. Maggiori sono i doppi legami e maggiori sono i punti di saturazione. I lipidi sono classificati in due grandi gruppi: lipidi complessi tra cui le cere e i trigliceridi dei fosfolipidi che presentano nella loro struttura gli acidi grassi e i lipidi semplici tra cui gli steroidi che non presentano acidi grassi al loro interno. I fosfolipidi presentano due code idrofobiche e una testa idrofilica. COLESTEROLO Il colesterolo serve per alcune vitamine quali la vitamina D, il cortisolo e il testosterone e anche per la costruzione delle membrane cellulari perché è interposto tra i fosfolipidi che le vanno a costituire. Il colesterolo deve essere presente in quantità corretta perché qualora sia abbondante o scarso la cellula muore. Nel caso della membrana il colesterolo serve per l’allungamento e la resistenza della membrana stessa; infatti se è presente in quantità abbondante la membrana risulta troppo rigida mentre se è troppo poco la membrana risulta troppo debole. Il colesterolo è sempre presente all’interno del nostro sangue e viene trasportato dalle lipoproteine. Si distingue in colesterolo buono e colesterolo cattivo: il colesterolo cattivo si accumula e rischia di andare a ostruire le nostre vene mentre il colesterolo buono invece è destinato alla distruzione è un prodotto di scarto.  VITAMINA E La vitamina è detta anche tocoferolo si interpone, come il colesterolo, tra i fosfolipidi e ha il compito di proteggere gli acidi grassi dall’ossidazione. Questa si trova nelle olive nell’olio extravergine di oliva e nella frutta secca. Per svolgere il suo compito correttamente la vitamina E necessita almeno di 50% di grassi insaturi (ovvero quelli ripiegati su se stessi); senza grassi insaturi per rischio di contrarre più malattie e un invecchiamento precoce. ACIDI NUCLEICI Le cellule sono in grado di sintetizzare nuove proteine soltanto se dispongono di precise indicazioni sulla sequenza di aminoacidi di assemblare; queste indicazioni sono contenute all’interno di grosse molecole dette acidi nucleici, polimeri formati da lunghe catene di nucleotidi. Gli acidi nucleici sono il DNA (acido desossiribonucleico) e l’RNA (acido ribonucleico). Il DNA e l’RNA sono formati da molecole che prendono il nome di nucleotidi (33). I nucleotidi sono l’assemblaggio di tre molecole: - RIBOSIO: zucchero con una struttura ad anello che presenta una struttura simile a quella del glucosio ma con cinque atomi ma non sei di carbonio - BASI AZOTATE: adenina timina guanina e citosina presenti nel DNA, nell’RNA la timina sostituita dall’uracile - ACIDO ORTOFOSFORICO: molecola inorganica Adenina e guanina si chiamano PURINE (presentano 2 anelli molecolari), mentre timina, citosina e uracile si chiamano PIRAMIDINE (presentano solo un anello aromatico). Nell’elica del DNA infatti guanina e adenina non sono mai vicine e timina citosina e uracile non sono mai vicine. Le catene sono complementari tra loro perché di fronte ad un timina c’è una l’adenina e di fronte a una guanina c’è la citosina. DNA Il DNA è formato dalle quattro basi azotate: guanina adenina timina e citosina. Nell’RNA la timina è sostituita dall’uracile. Una sequenza di tre basi azotate viene detta tripletta codificata o codone. È formato da due filamenti di nucleotidi avvolti a spirale, contiene il messaggio genetico ed dunque custodisce le informazioni ereditarie organizzate in unità detti geni. A-T-T-C-C-C-G-G-A ———- = tripletta Il codice genetico è la corrispondenza di una tripletta ad un amminoacido specifico. A ciascun amminoacido corrispondono più triplette. A ogni cellula corrispondono 46 cromosomi, ognuno dei quali è formato da milioni di basi azotate. Il DNA è una molecola di geni, un cromosoma è un DNA, un gene è una sequenza di DNA che corrisponde alla sequenza di una proteina. Il DNA presenta 23 cromosomi codificanti. RNA 1. la timina è sostituita dall’uracile 2. Presenta una sola elica solo l’RNA messaggero resta dritto; l’RNA messaggero(mRNA) la copia di un gene di DNA detto codificante. 3. Presenta due ossigeni sotto lo stesso zucchero RNA può essere: - RNA MESSAGGERO (mRNA): Trasportano l’informazione permette di assemblare gli aminoacidi. - RNA RIBOSOMIALE (rRNA): forma i ribosomi che servono per leggere l’RNA messaggero, I ribosomi sono strutture cellulari che si occupano della sintesi delle proteine - RNA TRANSFER (tRNA): - RNA MICRO (miRNA): si lega all’RNA messaggero e serve a inibire la lettura dell’RNA messaggero stesso, regola la produzione di proteine trasportando i singoli aminoacidi da assemblare nelle proteine Queste tre categorie di RNA non restano lineari si piegano su se stessi. Nei tratti di ansa costituiscono delle doppie eliche. mRNA: lineare tRNA: doppie eliche rRNA: forma strutture quaternarie dette ribosomi, ovvero un insieme di rRNA e proteine ATP = adenosintrifosfato, trasporta energia e nel momento in cui cede l’energia per la cellula diventa di fosfato ovvero ADP