La nuova biologia.blu PDF - Capitolo A3

David Sadava, David H. Hillis H. Craig Heller, Sally Hacker La nuova biologia.blu Seconda edizione  Capitolo A3 Dalla chimica della vita alle biomolecole Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  Temi del capitolo Sadava et al, La nuova biologia.blu –...

David Sadava, David H. Hillis H. Craig Heller, Sally Hacker La nuova biologia.blu Seconda edizione  Capitolo A3 Dalla chimica della vita alle biomolecole Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  Temi del capitolo Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  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 più abbondante. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  1. La vita dipende dall’acqua /2 Le proprietà dell’acqua dipendono dalla polarità della sua molecola e dai legami a idrogeno che si formano tra una molecola e l’altra. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  1. La vita dipende dall’acqua /3 Il 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. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  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. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  1. La vita dipende dall’acqua /5 La capacità delle molecole d’acqua di opporsi alle forze che tendono a separarle è alla base della coesione e della tensione superficiale. Si ottiene una soluzione quando una sostanza (il soluto) si scioglie in un liquido (il solvente). Negli esseri viventi, il solvente più importante è l’acqua. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  1. La vita dipende dall’acqua /6 La 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 è importante per gli organismi, che devono mantenere costanti le loro condizioni interne. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  Rispondi 1. 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? ACTIVE LEARNING ACTIVE LEARNING Scegli le parole 1. 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 te L’adesione e la coesione sono parte del meccanismo con cui le piante trasportano l’acqua fino alle foglie più alte. Cerca notizie in Rete su questo processo e realizza un poster esplicativo che ne illustri il meccanismo e le funzioni. Utilizza principalmente disegni ed elementi grafici, scrivendo il necessario. DATI IN AGENDA Acqua in bocca Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  2. Le proprietà delle biomolecole /1 Le biomolecole sono composti organici costituiti da catene di atomi di carbonio di lunghezza e forma variabili. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  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. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  2. Le proprietà delle biomolecole /3 I gruppi funzionali sono gruppi di atomi che conferiscono proprietà chimiche specifiche alle molecole. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  2. Le proprietà delle biomolecole /4 Le 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. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  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 ACTIVE LEARNING ACTIVE LEARNING 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 le loro proprietà? Cerca informazioni in Rete e prepara tre schede. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  3. I carboidrati /1 I carboidrati comprendono: monosaccaridi; disaccaridi; oligosaccaridi; polisaccaridi. Hanno funzione strutturale e di riserva energetica. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  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. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  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. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  3. I carboidrati /4 I polisaccaridi sono polimeri di grandi dimensioni formati da monosaccaridi uniti da legami glicosidici. Comprendono amido, glicogeno, cellulosa e chitina. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  Rispondi 1. 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 parole ACTIVE LEARNING ACTIVE LEARNING 1. 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 sua composizione e sul suo utilizzo, e prepara un breve testo descrittivo di 1000 battute (circa 10 righe) corredandolo di immagini. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  4. I lipidi /1 I lipidi sono molecole idrofobiche composte da carbonio e idrogeno. Sono i costituenti delle membrane e hanno funzioni isolanti, di regolazione o di riserva. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  4. I lipidi /2 I trigliceridi sono composti da acidi grassi e glicerolo. Sono importanti fonti di energia per le cellule. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  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. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  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. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  Rispondi 1. Qual è la struttura chimica di un trigliceride? 2. Che cosa significa anfipatico? Quali lipidi sono tipicamente antipatici? 3. Che cosa contraddistingue gli steroli? ACTIVE LEARNING ACTIVE LEARNING Scegli le parole 1. 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 te Gli oli non servono solo come condimento: cerca gli usi non alimentari di queste sostanze e prepara una presentazione di 10 slide in cui porti degli esempi e spieghi quali funzioni svolgono. DIMMI LA TUA! Grassi? No grazie Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  5. Le proteine /1 Le proteine sono polimeri lineari composti da amminoacidi. Svolgono numerose funzioni. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  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. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  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. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  5. Le proteine /4 La 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. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  5. Le proteine /5 La forma e le proprietà chimiche delle proteine ne determinano la funzione. L’alterazione della struttura tridimensionale di una proteina è detta denaturazione. Per esempio, la cottura delle uova provoca la denaturazione delle due proteine. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  Rispondi 1. 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? ACTIVE LEARNING ACTIVE LEARNING Scegli le parole 1. 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 te Ma gli amminoacidi sono davvero solo 20? Nelle proteine ce n’è almeno un ventunesimo e ne esistono altri che non si trovano nelle proteine. Cerca informazioni e prepara una breve scheda di una facciata. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  6. Gli acidi nucleici /1 Gli acidi nucleici (DNA ed RNA) sono polimeri di nucleotidi. Un nucleotide è composto da uno zucchero pentoso, una base azotata e un gruppo fosfato. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  6. Gli acidi nucleici /2 L’informazione genetica contenuta nel DNA risiede nella sequenza dei nucleotidi che formano la doppia elica. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  Rispondi 1. Che cosa distingue purine e pirimidine? 2. Che cosa si intende per orientamento antiparallelo? 3. Come è conservata l’informazione genetica negli acidi nucleici? ACTIVE LEARNING ACTIVE LEARNING Scegli le parole 1. 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 te Il DNA contiene e gestisce informazioni: è possibile quindi utilizzarlo in informatica? Cerca informazioni in Rete sui computer a DNA ed esponile in una presentazione di non più di 10 minuti di durata. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  7. L’origine delle biomolecole /1 Gli esperimenti di Redi, Spallanzani e Pasteur provarono che non esiste la generazione spontanea della vita ma che un organismo vivente si EVOLUZIONE EVOLUZIONE origina solamente da un altro organismo vivente. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  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. EVOLUZIONE EVOLUZIONE Secondo l’ipotesi dell’origine extraterrestre, le prime biomolecole sarebbero giunte sulla Terra trasportate da comete e meteoriti. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  7. L’origine delle biomolecole /3 Secondo 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. EVOLUZIONE EVOLUZIONE Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020  Rispondi 1. 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? ACTIVE LEARNING ACTIVE LEARNING Scegli le parole 1. 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 te Costruisci una linea del tempo con la successione di scoperte, ipotesi, esperimenti e teorie riguardo l’origine della vita. Utilizza le informazioni presenti in questa lezione e ricercane altre in Rete per integrare il più possibile il percorso storico e per colmare eventuali lacune temporali. Utilizza anche fotografie e illustrazioni. Sadava et al, La nuova biologia.blu – © Zanichelli 2020