Biologia

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Testo

BIOLOGIA
MATERIA è tutto ciò che esiste nell’Universo (macroscopico o microscopico), che occupa spazio e si presenta in tre stati: solido, liquido e aeriforme.
Lo stato fisico di una materia dipende da variazioni ambientali di temperatura e pressione (es. acqua: è solida quando è ghiaccio, è liquida quando è acqua, è aeriforme quando è vapore acqueo).
La materia può essere costituita da:
- elemento (sostanza semplice) è quella sostanza che non si può scomporre in sostanze più semplici e diverse tra loro con metodi chimici ordinari
- composto (sostanze composte) è una sostanza omogenea (cioè con carattere uguale in ogni sua parte) che con un procedimento chimico - fisico si può scindere in sostanze semplici, diverse tra loro e dalla sostanza di partenza.
H2 + O = H2O
H2O : formula brutta
H
O 104° formula di struttura
Elementi più importanti: H
H: idrogeno Zn: zinco Br: bromo
Li: litio Mg: magnesio Hg: mercurio
Na: sodio K: potassio Pb: piombo
Ca: calcio Fe: ferro U: uranio
Al: alluminio Si: silicio P: fosforo
S: zolfo Cl: cloro B: boro
C: carbonio N: azoto O: ossigeno
F: fluoro He: elio I: iodio

Gli ELEMENTI CHIMICI sono indicati con un sistema internazionale di simboli (sigle).
Il SIMBOLO di un elemento rappresenta un atomo di quell’elemento.
Gli ATOMI sono particelle piccolissime (invisibili anche al microscopio) che costituiscono la materia: la loro unione origina le molecole.
La MOLECOLA è l’unione chimica di atomi uniti ad altri atomi.
Esistono 107 tipi di atomi ed ognuno corrisponde ad un elemento:
- 90 sono elementi naturali
- 17 sono elementi artificiali
Gli atomi di elementi diversi si distinguono per numero e massa atomica.
L’ATOMO (che non indivisibile) è formato da una massa centrale.
La massa centrale è formata da particelle elementari che si dividono in un nucleo centrale.
Il nucleo centrale è l’insieme di protoni e neutroni e degli elettroni che gravitano attorno:
- elettrone è di carica negativa
- protone è di carica positiva, uguale e di segno contrario a quella dell’elettrone
- neutrone è privo di carica elettrica
In un atomo il numero degli elettroni e il numero dei protoni è uguale e costituisce il numero atomico (Z); la massa atomica (A) è la somma del numero dei protoni più il numero dei neutroni di un atomo.
Gli ELETTRONI si distribuiscono intorno al nucleo in strati ciascuno dei quali corrisponde ad un livello energetico.
Il riempimento dei strati o gusci avviene in modo progressivo, cioè vengono riempiti quelli più prossimi al nucleo. Nel primo guscio si distribuiscono 2 elettroni, 8 ne secondo, 18 nel terzo, ecc.
Gli ISOTOPI sono gli atomi dello stesso elemento con un numero di neutroni diverso, quindi hanno una diversa massa atomica.
Gli isotopi vengono indicati con la sigla dell’elemento: in basso a sinistra il numero atomico; in alto
a sinistra la massa atomica (es. H C O )
8 numero atomico 8=protoni
O17 massa 8= elettroni
17-8= 9 = neutroni
= elettroni

Meno
energetica
Nube
elettronica
Più energetica

Gli IONI sono atomi che perdono o acquistano uno o più elettroni dei gusci più esterni perché il guscio più esterno non è saturo, quindi l’elemento è instabile.
Gli ioni possono essere:
- cationi (o ioni positivo) sono ioni che avendo ceduto elettroni, sono carichi positivamente
- anioni (o ioni negativi) sono ioni che avendo acquistato elettroni, sono carichi negativamente
Gli atomi che tendono a diventare ioni positivi si dicono elettropositivi (metalli), e quelli che tendono diventare ioni negativi si dicono elettronegativi (non metalli).
Ci sono degli elementi, come il carbonio, che possono avere entrambe le caratteristiche.
- gli ioni di carica elettrica uguale si respingono
- gli ioni di carica elettrica opposta si attraggono e formano i composti ionici (sali, basi, acidi), che hanno una struttura ordinata che viene detta cristallo.
Na+
Ca++ Elettroni positivi PERDE CARCHE NEGATIVE
Al+++
Cl Elettro negativo ACQUISTA ELETTRONI
o--
Co3-- IONE SOLFATO
So4-- IONE FOSFATO
- - SI ATTRAGGONO
- + SI RESPINGONO

Il LEGAME CHIMICO avviene quando due o più atomi si uniscono per formare una molecola stabile: alla formazione del legame sono interessati solo gli elettroni dello strato più esterno degli atomi.
Il legame spontaneo tra due atomi avviene quando si libera una certa quantità di energia: in una reazione chimica si ha la rottura di legami chimici già esistenti, la riorganizzazione degli atomi e la formazione di nuovi legami.
I legami chimici possono essere:
- il legame covalente è un legame chimico che si forma tra atomi appartenenti a elementi uguali o diversi quando gli atomi reagiscono per formare una molecola (una molecola è l’unione chimica di atomi uniti ad altri atomi). Gli atomi non acquistano e non cedono elettroni ma si verifica che gli elettroni del guscio esterno sono comuni a tutti gli atomi (è un legame forte)
- il legame ionico è un legame chimico che si forma tra atomi appartenenti a elementi diversi con opposte tendenze ad attrarre o cedere elettroni: questo significa che gli elettroni non sono condivisi dagli atomi ma avviene un trasferimento di elettroni tra un atomo e l’altro (è un legame forte)
- il legame idrogeno (o intermolecolare) è un legame chimico che si forma quando un atomo di idrogeno, già legato con un legame covalente ad un atomo di azoto o di ossigeno, si lega anche ad un atomo di ossigeno e azoto che appartengono a un’altra molecola.
Il legame idrogeno è un legame debole perché si può spezzare facilmente.
L’idrogeno riesce a legare facilmente molecole diverse formando una struttura complessa e stabile.
Nelle reazioni chimiche le molecole che richiedono meno energia tendono a liberarla mentre quelle che richiedono più energia tendono ad assorbirla.
Le molecole delle sostanze inorganiche, come quelle dell’acqua o anidride carbonica, sono a basso contenuto energetico mentre le molecole di sostanze organiche, come i lipidi e i glucidi, sono ad alto contenuto energetico.
Il SISTEMA DISPERSO è l’insieme di due o più sostanze tra le quali non avviene nessuna reazione, quindi non si forma alcun composto.
SOSTANZE IN SOLUZIONE: le reazioni chimiche tra sostanze disciolte avviene molto più facilmente e rapidamente.
Sono SOLUZIONI VERE quelle in cui l’elemento solvente, osservato al microscopio, non mostra l’elemento soluto (sale in acqua).
La CONCENTRAZIONE è la quantità di soluto presente nel solvente.
La soluzione si dice satura quando non è possibile sciogliere altro soluto nel solvente.
Il punto di saturazione si ha quando la soluzione è satura, cioè quando non è più possibile sciogliere altro soluto nel solvente: il punto di saturazione varia al variare della temperatura.
Le SOLUZIONI COLLOIDALI sono le soluzioni nelle quali il soluto non si separa mai allo stato cristallino (bianco d’uovo in acqua).
La viscosità di una soluzione colloidale dipende dalla quantità d’acqua che, se è abbondante, è un sol; se l’acqua è scarsa la soluzione è un gel: si può passare da uno stato all’altro aggiungendo acqua.
Queste soluzioni, per effetto della temperatura, si trasformano prima in gel, poi in colloidi irreversibili dove la coagulazione porta alla morte delle cellule (bianco d’uovo cotto).
La SOSPENSIONE è la mescolanza a freddo di due sostanze che non si sciolgono ma rimangono visibili dei granuli: dopo un certo periodo di tempo si separano (amido e acqua).
Le EMULSIONI (o sistema eterogeneo instabile) sono i miscugli ottenuti agitando due sostanze che non si mescolano tra loro e che, dopo un certo periodo, si separano.
E’ possibile rendere stabile un’emulsione aggiungendo un’altra sostanza (acqua, olio con aggiunta di soda o sapone o bile).
IONI IN SOLUZIONE
L’ELETTROLITA è una sostanza chimica sciolta in acqua, le cui molecole si dissociano in ioni in grado di condurre corrente elettrica (cloruro di sodio e acqua).
Quelle sostanze che non subiscono la ionizzazione non conducono corrente elettrica (zucchero).
Na Cl Na+ Cl -
FORTE ELETTROLITA
H Cl H+ Cl-
H2O H+ + OH- DEBOLE ELETTROLITA
L’ACQUA è un elettrolita debolissimo perché la sua ionizzazione è reversibile: il controllo di questo processo è di vitale importanza per la vita delle cellule.
L’ACIDO è un qualsiasi composto che disciolto in acqua aumenta la concentrazione di idrogeno ( H + ).
La BASE è un composto che, in presenza di acqua, si dissocia per dare ioni ossidrile ( H- )
Il PH esprime il grado di acidità o basicità di una sostanza, cioè la concentrazione di idrogeno H+ o OH -.
La concentrazione di ione d’idrogeno con PH=1 è il più elevato grado di acidità.
La concentrazione di ione ossidrile con PH=14 è il più alto grado di basicità.
H OH- SOLUZIONE ACIDA
OH- H+ SOLUZIONE BASICA
H+ = OH- NEUTRO

PH7

H+ 7 PH acido
OH- 7 PH acido

H+ = OH- = PH
Negli esseri viventi il PH è importantissimo perché una sua variazione superiore a 0,4 nel sangue umano può causare la morte.
Le cellule sono provviste di un sistema tampone che consente di correggere ogni variazione del PH.
I BIOELEMENTI. Per capire il funzionamento delle cellule bisogna conoscere i suoi costituenti fondamentali.
Gli esseri viventi sono costituiti principalmente da acqua e composti nei quali è sempre presente il carbonio.
La materia vivente è selettiva perché utilizza determinati atomi o molecole scartandone altre.
Principalmente utilizza quelli più leggeri, come idrogeno, ossigeno e carbonio, che sono gli stessi atomi che costituiscono l’acqua marina, ambiente nel quale, probabilmente, si è evoluta la vita.
Cellula 70% di acqua
Zuccheri o glucidi
30% Grassi o lipidi
Proteine
Sali minerali
C; H; O
Zuccheri e grassi
(energetiche)
C; H; O; N
Proteine
(plastiche)
Le BIOMOLECOLE INORGANICHE sono le più semplici molecole che costituiscono le cellule, come l’acqua e i sali minerali.
I composti inorganici sono di natura minerale perché si formano per l’azione dell’acqua nelle rocce.
L’acqua è la sostanza più abbondante sulla Terra e rappresenta la maggior parte del peso degli esseri viventi.
La molecola dell’acqua ha diverse proprietà:
- è un ottimo solvente di gas, di sali minerali e di sostanze organiche
- è il mezzo attraverso la quale si alimentano le cellule
- è un elemento che favorisce le reazioni chimiche
Dall’incenerimento di organismi animali o vegetali si ottiene la cenere che è costituita da sali minerali: cristalli di carbonio e fosfato di calcio.
I sali minerali, nelle cellule, sono presenti sotto forma di:
- cationi di sodio (NA), idrogeno (H), manganese (Mg), ferro (FE) e calcio (CA)
- anioni di cloro (CL) e zolfo (S).

MOLECOLE
ORGANICHE
PICCOLE
(MONOMERI)
SINTESI
MOLECOLE ORGANICHE GROSSE (POLIMERI)
DEMOLIZIONE
MOLECOLE ORGANICHE PICCOLE (MONOMERI)
MONOSACCARIDI ACIDI GRASSI AMINOACIDI NUCLEOTIDI
SINTESI
POLISACCARIDI LIPIDI PROTEINE ACIDI NUCLEICI
DEMOLIZIONE
MONOSACCARIDI ACIDI GRASSI AMINOACIDI NUCLEOTIDI
LE BIOMOLECOLE ORGANICHE: i composti organici costituiscono il secondo gruppo di componenti delle cellule.Le sostanze organiche sono composti del carbonio, cioè sostanze nelle quali i legami principali sono fra due o più atomi di carbonio e atomi di idrogeno. Oltre al carbonio e idrogeno possono contenere anche ossigeno e azoto.
Le molecole organiche piccole contengono qualche decina di atomi di carbonio e solitamente rappresentano una riserva alla quale attingere per sintetizzare molecole di grande dimensione e formare le macromolecole.
I monomeri ( precursori) sono le molecole organiche piccole e sono unite in sequenze più o meno lunghe con un sistema di polimerizzazione (la polimerizzazione è un processo attraverso il quale dall’unione di molecole generalmente semplici e a basso peso molecolare, monomeri, si ottengono lunghe catene ad elevato peso molecolare, i polimeri).
I polimeri sono le macromolecole formate dalla sequenze dei monomeri.
Le macromolecole si distinguono in base ai monomeri che le costituiscono e appartengono a quattro gruppi principali:
- glucidi
- lipidi
- proteine
- acidi nucleici
I GLUCIDI (o carboidrati o zuccheri) sono composto ternari e le loro molecole sono costituite da un atomo di carbonio ( C ), uno di idrogeno ( H ) e uno di ossigeno ( O ).
I glucidi si dividono in monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi.
1- i monosaccaridi (zuccheri semplici) sono formati da un’unica molecola di zucchero; i più diffusi sono gli zuccheri a 5 atomi di carbonio, come il ribosio e il desossiribosio e gli zuccheri a 6 atomi come il glucosio, galactosio e fruttosio. Il glucosio, essendo solubile in acqua, è facilmente utilizzabile dalle cellule.
2- i disaccaridi sono formati da 2 molecole di monosaccaridi unite tra loro. I più comuni sono maltosio, lattosio, saccarosio e lo zucchero di uso comune.
3- i polisaccaridi sono formati da più molecole di monosaccaridi: i più importanti sono l’amido, la cellulosa e il glicogeno.
Gli esseri viventi, unendo le molecole di monosaccaridi, le sintetizzano in polisaccaridi che costituiscono una riserva energetica e la utilizzano con il processo inverso, chiamato idrolisi (l’idrolisi è la scissione, dovuta all’intervento dell’acqua, di sostanze chimiche in sostanze più semplici).
L’ organismo, attraverso l’idrolisi, demolisce le molecole dei disaccaridi e polisaccaridi
ottenendone energia e molecole di monosaccaridi che arrivano alle cellule attraverso il
sistema circolatorio.
I LIPIDI (o grassi) sono composti ternari costituiti da carbonio, idrogeno ed ossigeno. Sono di origine animale e vegetale, insolubili in acqua, solubili in solventi organici come etere, cloroformio e benzene.
I lipidi rappresentano la più grande forma di energia per gli organismi e sono fonte di grassi essenziali, diversamente non sintetizzabili.
I lipidi si dividono in:
- lipidi semplici non saponificabili (cioè non si possono decomporre in presenza di basi)
- lipidi complessi che contengono acidi grassi e sono saponificabili. Sono i lipidi più importanti per gli esseri viventi, si distinguono in:
- trigliceridi o grassi neutri: sono formati da 3 molecole di acidi grassi e 2 molecole di
glicerolo (la comune glicerina).
- cere sono formate da una molecola di alcol e da una di acido grasso: sono di origine
animale (cera d’api) o vegetale (palma, cotone)
- fosfolipidi sono composti come i trigliceridi ma contengono anche fosforo. Essi costi-
tuiscono le membrane cellulari
- steroidi sono caratterizzati dalla presenza di quattro anelli di atomi di carbonio; lo ste-
roide più abbondante nel corpo umano è il colesterolo, che si trova nel sangue, nelle
membrane cellulari ed è alla base di molti ormoni.
I PROTIDI O PROTEINE sono composti quaternari costituiti da carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto. Sono i composti più diffusi nelle cellule e sono insolubili nell’acqua e con essa danno origine a soluzioni colloidali.
Nell’organismo le proteine hanno una funzione regolatrice; sono proteine:
- gli enzimi che controllano le reazioni chimiche (gli enzimi sono proteine prodotte dalle cellule viventi e hanno una funzione catalitica: consentono, accelerandolo, lo svolgimento dei processi biochimici, infatti sono dei catalizzatori biologici, e alla fine del processo si presentano inalterati e in grado di ricominciare la loro attività).
- i trasportatori di ossigeno come l’emoglobina
- alcuni ormoni e gli anticorpi.
Le molecole delle proteine sono legati fra di loro da un legame peptidico che si realizza con l’eliminazione di una molecola d’acqua; la catena proteica che si forma è detta catena polipeptidica.
Le proteine composte da 20 aminoacidi sono sintetizzati, per la maggior parte, dall’organismo stesso. Nell’uomo 8 di questi aminoacidi devono essere introdotti attraverso la dieta: sono gli aminoacidi essenziali.
Le proteine sintetizzate dall’organismo possono essere scomposte dalle cellule stesse che le hanno prodotte ricavandone aminoacidi idrosolubili.
Le proteine introdotte con la dieta sono scomposte in aminoacidi essenziali dagli enzimi durante la digestione.
La struttura delle proteine: le cellule legano tra di loro i vari aminoacidi generando una struttura primaria della proteina. La struttura primaria o di base è sempre la stessa per proteine con identiche caratteristiche e funzioni.
Quando nella struttura primaria c’è una variazione nella sequenza di aminoacidi si può alterare la funzione della proteina stessa: è come se le cellule ricordassero la sequenza degli aminoacidi da legare nella sintetizzazione di una particolare proteina.
Le catene della struttura primaria si legano tra di loro formando un avvolgimento ad elica detto struttura secondaria.
Nella struttura terziaria si formano dei monomeri che, aggregandosi tra di loro, danno origine alla struttura quaternaria che è quella definitiva della proteina.
AMINOACIDI NATURALI
VALINA (Val)
TRIPTOFANO (Trp)
LEUCINA (LEU)
METIONINA (Met)
ISOLEUCINA (Ile)
TEORINA (Thr)
FENILALANINA (Phe)
LISINA (Lys)

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