I materiali della vita
L'acqua e la vita
La presenza dell'acqua sul pianeta è considerata una condizione indispensabile per la nascita e lo sviluppo della vita. L'acqua è il mezzo in cui si svolgono tutte le attività vitali; essa riempie sia l'ambiente intracellulare, cioè interno alla cellula, sia quello extracellulare, cioè esterno alla cellula.
La proprietà che rende l'acqua il composto primario per la vita è la polarità della sua molecola, cioè il fatto che ciascuna molecola porta una debole carica elettrica positiva a una estremità e un'altrettanto debole carica negativa all'altra estremità.
La debole interazione tra l'estremità positiva di una molecola e quella negativa di un'altra molecola da luogo a un particolare tipo di legame che può rompersi con una certa facilità: il legame a idrogeno, grazie alla sua polarità, l'acqua può stabilire delle interazioni con le altre sostanze polari, e quindi a essa affini, dette idrofile.
Viceversa, l'acqua non può interagire con le sostanze non polari, che perciò si dicono idrofobe. L'acqua mantiene disciolte anche le piccole quantità di gas come l'ossigeno e l'anidrite carbonica nell'acqua gassata.
L'anidride carbonica è il prodotto di scarto della respirazione cellulare: per via della sua solubilità in acqua, nel nostro corpo è trasportata in gran parte in soluzione nel plasma sanguigno, fino ai polmoni che la espellono.
L'ossigeno necessario alla respirazione cellulare invece, è poco solubile e quindi può essere trasportato in soluzione nel plasma.
Per questo molti organismi sono dotati di speciali molecole di trasporto, come l'emoglobina che si trova stipata all'interno dei globuli rossi.
Le caratteristiche dei composti organici
Gli elementi presenti nelle molecole dei viventi in maggiori quantità sono detti macroelementi: l'idrogeno, l'ossigeno e il carbonio sono i predominanti. A essi seguono l'azoto, il fosforo lo zolfo.
Il fatto che la materia vivente sia caratterizzata da una particolare composizione di elementi, che la distingue da quella che form i minerali e le rocce della crosta terrestre, a indotto gli scienziati, all'inizi dell'ottocento, a suddividere i composti chimici in organici, che sono tipici degli organismi viventi e inorganici, che sono tipici del mondo non vivente.
Le macromolecole organiche che costituiscono i viventi, vengono chiamate anche biomolecole e rappresentano gran parte della massa di una cellula nonostante la loro complessità le macromolecole sono però montate in modo semplice, poichè sono costruite dall'unione di un gran numero di molecole più piccole uguali o molto simili tra loro.
Le unità costitutive più piccole delle macromolecole sono dette monomeri; l'insieme di molti monomeri collegati tra loro si dice polimero.
La sintesi avviene in genere attraverso un processo ripetitivo, con l'aggiunta di un monomero alla volta alla macromolecola o al polimero in via di costruzione, e con l'eliminazione di una molecola d'acqua per ogni monomero aggiunto.
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Gli zuccheri o carboidrati
Gli zuccheri sono composti organici costituiti da carbonio, idrogeno e ossigeno, poiché nelle loro molecole gli atomi di idrogeno e di ossigeno stanno tra loro nel rapporto 2:1, come nell'acqua, gli zuccheri vengono anche detti carboidrati, cioè composti idrati del carbonio.
Gli zucchero sono sia una riserva energetica come nel caso dell'amido, sia un importante componente strutturale delle cellule come nel caso della cellulosa.
Una fondamentale classificazione degli zuccheri gli distingue in monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi.
Monosaccaridi: Gli zuccheri più semplici o monosaccaridi sono costituiti da atomi di carbonio disposti in una catena lineare che in ambiente acquoso si richiude in genere ad anello. I monosaccaridi a 5 atomi di carbonio sono detti pentosi, come il ribosio e il deossiribosio, due zuccheri che, vedremo tra breve entrano nella composizione dell'RNA e del DNA.
Monosaccaridi a 6 atomi di carbonio sono detti esosi, il più noto fra questi è il glucosio che viene utilizzato sia dalle piante, sia dagli animali per ricavare energia durante il processo di respirazione cellulare. Altri zuccheri a 6 atomi di carbonio sono il fruttosio e il galattosio che hanno la stessa formula del glucosio C6 H12 O6., ciò che li differenzia è il modo in cui gli atomi di carbonio ossigeno e idrogeno si legano tra di loro nella molecola.
Disaccaridi: sono costituiti dall'unione di sue monosaccaridi. Il saccarosio lo zucchero da tavola, è composto da glucosio e fruttosio uniti per condensazione, con l'eliminazione di una molecola d'acqua; il lattosio, lo zucchero del latte, è composto da glucosio e galattosio, anch'essi uniti per condensazione.
Polisaccaridi: i più importanti polisaccaridi sono la cellulosa l'amido e il glicogeno, tutti formati dalla condensazione di migliaia di molecole di glucosio. I monomeri sono gli stessi, ciò che differenzia questi polisaccaridi è la ramificazione della catena e l'orientamento nello spazio delle unità di glucosio costituenti.
La cellulosa: forma le pareti delle cellule nelle piante la cellulosa è la molecola organica più abbondante della Terra essa costituisce il legno, la carta, il cotone e per questo è di grande importanza per le attività umane e non è digeribile per l'uomo.
L'amido: al contrario della cellulosa, è per noi di facile digestione. Nel nostro corpo, nel corso della digestione i legami che tengono unite le unità di glucosio vengono rotti dai succhi digestivi e il glucosio viene distribuito alle cellule che lo utilizzano per la respirazione cellulare.
Il glicogeno: nell'uomo il glicogeno funge da combustibile dei muscoli: nel corso di un'attività fisica quando le riserve energetiche dei muscoli si esauriscono, il glicogeno accumulato nel fegato viene spezzato in unità di glucosio che vengono inviate ai muscoli attraverso l'afflusso sanguigno.
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Grassi o Lipidi
I grassi o lipidi sono formati da carbonio, idrogeno e ossigeno e in alcuni casi anche fosforo. I loro componenti basilari sono gli acidi grassi costituiti da una catena di circa 14-20 atomi di C legati ad atomi di H. I comuni grassi di origine vegetale e animali chiamati trigliceridi sono formati da tre acidi grassi legati a un composto a tre atomi di carbonio il glicerolo, detto anche glicerina.
Questi grassi sono detti anche trigliceridi.
I fosfolipidi sono un'altro tipo di grassi simili ai trigliceridi. essi infatti sono costituiti da glicerolo e due acidi grassi ma al posto del terzo acido grasso contengono un piccolo gruppo di fosforo che è idrofilo, cioè ha affinità con l'acqua.
Altri grassi, formati da molecole diverse da quelle finora descritte, sono gli steroidi. Sono steroidi gli ormoni sessuali alcune vitamine come la vitamina D che interviene nella crescita e il colesterolo un componente essenziale delle membra animali di cui aumenta la stabilità strutturale e la flessibilità. Infine tra i grassi, ricordiamo le cere, che nelle piante impermeabilizzano la superficie di foglie e frutti evitandone il disseccamento. La lucentezza della superficie delle foglie o la buccia di una mela è dovuta al loro rivestimento ceroso.
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Le proteine sono fatte di amminoacidi
Le proteine svolgono un'ampia varietà di funzioni: molte di esse hanno il ruolo di enzimi, che sono catalizzatori naturali, cioè molecole capaci di accelerare le reazioni chimiche. Negli organismi esistono migliaia di enzimi, ciascuno dei quali controlla una reazione diversa e specifica come la pepsina un enzima digestivo che scinde le proteine nello stomaco.
Negli animali esempi di proteine strutturali sono il collagene, che si trova all'esterno delle cellule e rafforza i tessuti e la cheratina che forma la pelle, i capelli e le unghie, le proteine di trasporto servono a trasferire sostanze specifiche come l'emoglobina che prende e rilascia l'ossigeno, ci sono poi le proteine recettore capaci di raccogliere segnali specifici e trasferirli alle strutture interne della cellula addette a rispondere.
Le proteine contrattili , invece, consentono il movimento della cellula fra le principali si ricorda l'actina e la miosina che sono alla base del processo di contrazione muscolare, esse sono formate da una ventina di monomeri simili tra loro gli amminoacidi, legati tra loro a formare una catena ogni amminoacido è costituito da un'atomo di carbonio centrale a cui sono legati: un'atomo di idrogeno, un gruppo amminico, e un gruppo carbossilico acido e una catena laterale, indicata di solito con la lettera R che sta per "radicale" per questo il legame viene detto legame peptidico. Collegando più amminoacidi tra i 20 disponibili in successione diversa è possibile ottenere un numero infinito di catene proteiche che differiscono l'una dall'altra sia per il tipo di amminoacidi presenti sia per l'ordine o sequenza con cui essi si susseguono.
Le catene di amminoacidi che costituiscono le proteine non sono distese ma si ripiegano e attorcigliano assumendo una struttura tridimensionale caratteristica resa possibile dalla formazione di legame a idrogeno tra i gruppi R di amminoacidi non contigui.
La struttura tridimensionale di una proteina, che dipende dalla sua sequenza aminoacidica, è di fondamentale importanza per la sua attività se la forma cambia, la proteina non è più in grado di svolgere la propria funzione. Le proteine che perdono la loro forma e non possono più svolgere la loro funzione subiscono una denaturazione. Ciò può accadere inseguito all'aumento della temperatura o a variazioni del PH.
La presenza dell'acqua sul pianeta è considerata una condizione indispensabile per la nascita e lo sviluppo della vita. L'acqua è il mezzo in cui si svolgono tutte le attività vitali; essa riempie sia l'ambiente intracellulare, cioè interno alla cellula, sia quello extracellulare, cioè esterno alla cellula.
La proprietà che rende l'acqua il composto primario per la vita è la polarità della sua molecola, cioè il fatto che ciascuna molecola porta una debole carica elettrica positiva a una estremità e un'altrettanto debole carica negativa all'altra estremità.La debole interazione tra l'estremità positiva di una molecola e quella negativa di un'altra molecola da luogo a un particolare tipo di legame che può rompersi con una certa facilità: il legame a idrogeno, grazie alla sua polarità, l'acqua può stabilire delle interazioni con le altre sostanze polari, e quindi a essa affini, dette idrofile.
Viceversa, l'acqua non può interagire con le sostanze non polari, che perciò si dicono idrofobe. L'acqua mantiene disciolte anche le piccole quantità di gas come l'ossigeno e l'anidrite carbonica nell'acqua gassata.
L'anidride carbonica è il prodotto di scarto della respirazione cellulare: per via della sua solubilità in acqua, nel nostro corpo è trasportata in gran parte in soluzione nel plasma sanguigno, fino ai polmoni che la espellono.
L'ossigeno necessario alla respirazione cellulare invece, è poco solubile e quindi può essere trasportato in soluzione nel plasma.
Per questo molti organismi sono dotati di speciali molecole di trasporto, come l'emoglobina che si trova stipata all'interno dei globuli rossi.
Le caratteristiche dei composti organici
Gli elementi presenti nelle molecole dei viventi in maggiori quantità sono detti macroelementi: l'idrogeno, l'ossigeno e il carbonio sono i predominanti. A essi seguono l'azoto, il fosforo lo zolfo.
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| monomero |
Le macromolecole organiche che costituiscono i viventi, vengono chiamate anche biomolecole e rappresentano gran parte della massa di una cellula nonostante la loro complessità le macromolecole sono però montate in modo semplice, poichè sono costruite dall'unione di un gran numero di molecole più piccole uguali o molto simili tra loro.
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| polimero |
La sintesi avviene in genere attraverso un processo ripetitivo, con l'aggiunta di un monomero alla volta alla macromolecola o al polimero in via di costruzione, e con l'eliminazione di una molecola d'acqua per ogni monomero aggiunto.
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Gli zuccheri o carboidrati
Gli zuccheri sono composti organici costituiti da carbonio, idrogeno e ossigeno, poiché nelle loro molecole gli atomi di idrogeno e di ossigeno stanno tra loro nel rapporto 2:1, come nell'acqua, gli zuccheri vengono anche detti carboidrati, cioè composti idrati del carbonio.
Gli zucchero sono sia una riserva energetica come nel caso dell'amido, sia un importante componente strutturale delle cellule come nel caso della cellulosa.
Una fondamentale classificazione degli zuccheri gli distingue in monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi.
Monosaccaridi: Gli zuccheri più semplici o monosaccaridi sono costituiti da atomi di carbonio disposti in una catena lineare che in ambiente acquoso si richiude in genere ad anello. I monosaccaridi a 5 atomi di carbonio sono detti pentosi, come il ribosio e il deossiribosio, due zuccheri che, vedremo tra breve entrano nella composizione dell'RNA e del DNA.
Monosaccaridi a 6 atomi di carbonio sono detti esosi, il più noto fra questi è il glucosio che viene utilizzato sia dalle piante, sia dagli animali per ricavare energia durante il processo di respirazione cellulare. Altri zuccheri a 6 atomi di carbonio sono il fruttosio e il galattosio che hanno la stessa formula del glucosio C6 H12 O6., ciò che li differenzia è il modo in cui gli atomi di carbonio ossigeno e idrogeno si legano tra di loro nella molecola.
Disaccaridi: sono costituiti dall'unione di sue monosaccaridi. Il saccarosio lo zucchero da tavola, è composto da glucosio e fruttosio uniti per condensazione, con l'eliminazione di una molecola d'acqua; il lattosio, lo zucchero del latte, è composto da glucosio e galattosio, anch'essi uniti per condensazione.
Polisaccaridi: i più importanti polisaccaridi sono la cellulosa l'amido e il glicogeno, tutti formati dalla condensazione di migliaia di molecole di glucosio. I monomeri sono gli stessi, ciò che differenzia questi polisaccaridi è la ramificazione della catena e l'orientamento nello spazio delle unità di glucosio costituenti.
La cellulosa: forma le pareti delle cellule nelle piante la cellulosa è la molecola organica più abbondante della Terra essa costituisce il legno, la carta, il cotone e per questo è di grande importanza per le attività umane e non è digeribile per l'uomo.
L'amido: al contrario della cellulosa, è per noi di facile digestione. Nel nostro corpo, nel corso della digestione i legami che tengono unite le unità di glucosio vengono rotti dai succhi digestivi e il glucosio viene distribuito alle cellule che lo utilizzano per la respirazione cellulare.
Il glicogeno: nell'uomo il glicogeno funge da combustibile dei muscoli: nel corso di un'attività fisica quando le riserve energetiche dei muscoli si esauriscono, il glicogeno accumulato nel fegato viene spezzato in unità di glucosio che vengono inviate ai muscoli attraverso l'afflusso sanguigno.
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Grassi o Lipidi
I grassi o lipidi sono formati da carbonio, idrogeno e ossigeno e in alcuni casi anche fosforo. I loro componenti basilari sono gli acidi grassi costituiti da una catena di circa 14-20 atomi di C legati ad atomi di H. I comuni grassi di origine vegetale e animali chiamati trigliceridi sono formati da tre acidi grassi legati a un composto a tre atomi di carbonio il glicerolo, detto anche glicerina.
Questi grassi sono detti anche trigliceridi.
I fosfolipidi sono un'altro tipo di grassi simili ai trigliceridi. essi infatti sono costituiti da glicerolo e due acidi grassi ma al posto del terzo acido grasso contengono un piccolo gruppo di fosforo che è idrofilo, cioè ha affinità con l'acqua.
Altri grassi, formati da molecole diverse da quelle finora descritte, sono gli steroidi. Sono steroidi gli ormoni sessuali alcune vitamine come la vitamina D che interviene nella crescita e il colesterolo un componente essenziale delle membra animali di cui aumenta la stabilità strutturale e la flessibilità. Infine tra i grassi, ricordiamo le cere, che nelle piante impermeabilizzano la superficie di foglie e frutti evitandone il disseccamento. La lucentezza della superficie delle foglie o la buccia di una mela è dovuta al loro rivestimento ceroso.
Mappa ripasso
Le proteine sono fatte di amminoacidi
Le proteine svolgono un'ampia varietà di funzioni: molte di esse hanno il ruolo di enzimi, che sono catalizzatori naturali, cioè molecole capaci di accelerare le reazioni chimiche. Negli organismi esistono migliaia di enzimi, ciascuno dei quali controlla una reazione diversa e specifica come la pepsina un enzima digestivo che scinde le proteine nello stomaco.
Negli animali esempi di proteine strutturali sono il collagene, che si trova all'esterno delle cellule e rafforza i tessuti e la cheratina che forma la pelle, i capelli e le unghie, le proteine di trasporto servono a trasferire sostanze specifiche come l'emoglobina che prende e rilascia l'ossigeno, ci sono poi le proteine recettore capaci di raccogliere segnali specifici e trasferirli alle strutture interne della cellula addette a rispondere.
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| proteine |
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| legame peptidico |
La struttura tridimensionale di una proteina, che dipende dalla sua sequenza aminoacidica, è di fondamentale importanza per la sua attività se la forma cambia, la proteina non è più in grado di svolgere la propria funzione. Le proteine che perdono la loro forma e non possono più svolgere la loro funzione subiscono una denaturazione. Ciò può accadere inseguito all'aumento della temperatura o a variazioni del PH.
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