MOLECOLE E COMPOSTI

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Testo

*ATOMO è la parte più piccola di un elemento che mantiene la caratteristiche dell’elemento
ELEMENTO = fatto di un solo tipo di atomo
ATOMO NUCLEO (centro dell’atomo) PROTONI P+ NEUTRONI N
ELETTRONI e- 1° livello 2 e- 2° livello 8e- 3° livello 18e-
ATOMO NEUTRO = ugual numero di protoni e elettroni
Se differisce il numero di neutroni viene detto ISOTOPO (instabili e radioattivi)
*MOLECOLE E COMPOSTI
Un composto è una sostanza che si forma quando atomi di elementi diversi si combinano tra loro chimicamente es. acqua H2O gli atomi sono stabili quando il livello + esterno contiene 8 elettroni es. idrogeno ha 1 solo elettrone in un livello energetico che ne può contenere 2. Pertanto diventa stabile solo quando condivide gli elettroni con altri atomi in un LEGAME COVALENTE (è un legame chimico che si forma quando 2 atomi dello stesso o diverso elemento condividno gli elettroni del guscio esterno) formando una molecola *IONI Un atomi che è diventato carico acquistando o perdendo elettroni è detto IONE ESEMPIO
1 atomo di Sodio (Na) contiene 11p+ 12n 11e- (carica neutra) il 1° livello 2e- il 2° livello 8e- il 3° livello 1e- 1 atomo di cloro (Cl) contiene 17p+ 18n 17e- (carica neutra) 1° livello 2e- 2° livello 8e- 3° livello 7e- allora l’atomo di sodio cede il proprio elettrone più esterno al cloro che acquistandone 1 diventa stabile diventa IONE DI SODIO Na+ (carica positiva) 11p+ 10e- (10-1) 1° livello 2e- 2°livello 8e- STABILE ione di cloro diventa CL- carica negativa 1° livello 2e- 2° livello 8e- 3°livello 8e- STABILE. La forza attrattiva tra due ioni di carica opposta è detta LEGAME IONICO (è un legame chimico che si forma tra due atomi appartenenti a elementi diversi con forze attrattive diverse è un legame forte) il composto che si forma quando reagiscono ioni sodio e cloro è noto come cloruro di sodio NaCl. Composti uniti da legami ionici sono detti composti ionici
LEGAME IDROGENO (o intermolecolare) Legame idrogeno Il legame a idrogeno è un caso particolare di interazione fra dipoli. Ad esempio nell'OH c’è una parziale carica negativa sull’O e una positiva sull’H quindi l’H si polarizza parzialmente. Se questo gruppo ne incontra un altro, per esempio un dipolo, si crea una interazione
.*REAZIONI CHIMICHE Nel corso delle reazioni chimiche si formano e si ricompongono legami chimici e le sostanze di partenza si trasformano in sostanze chimiche diverse.
REAGENTI= Elementi composti che entrano in reazioni chimiche
PRODOTTI= le sostanze ottenute. Una reazione chimica viene rappresentata con una equazione Metano CH4 Ossigeno O CH4+2O2 = 1CO2+2H2O
1molecola di metano + 2 di ossigeno.
Mi da 1 molecola di anidride carbonica più due di acqua. ACQUA H2O 2 atomi di Idrogeno 1 atomo di ossigeno H idrogeno 1e- livello + esterno
O ossigeno 6e- livello + esterno per diventare stabile h ha bisogno di 2e- e O di 8e- producono un LEGAME COVALENTE condividono gli elettroni e diventano stabili
Gli atomi di O esercitano una forza attrattiva maggiore pertanto la molecola ha un lato positivo e uno negativo MOLECOLA POLARE è una molecola in cui le cariche sono distribuite in modo asimmetrico *MOLECOLE POLARI le molecole polari si attraggono l’un l’altra. Gli atomi di H carichi positivamente attraggono atomi di O carichi negativamente. Questa attrazione fra cariche opposte forma tra le molecole d’acqua deboli legami chiamati LEGAMI IDROGENO. Hanno un’importanza vitale per gli organismi viventi mantengano le proteine nella forma spaziale corretta e contribuiscano a mantenere integre la struttura del DNA.
ACIDI E BASI La maggior parte delle molecole d’acqua H2O alcune si spezzano formando: H+ ioni di H carichi positivamente OH- ioni ossidrile carichi negativamente troppi H+ rende l’acqua ACIDA troppi OH- rende l’acqua BASICA NEUTRA = acqua pura se presenti in ugual misura. Se si aggiunge cloruro di idrogeno (HCL) si formano ioni idrogeno (H+) e ioni cloro (CL-) cloruro di sodio in soluzione viene detto ACIDO CLORIDRICO Se si aggiunge idrossido di Sodio (HaOH) si formano ioni sodio (Ha+) e ioni ossidrile (OH-) per tanto la sostanza viene detta base. La scala del PH va da = a 14 se la soluzione è inferiore a 7 è acida se superiore basica IONI OSSIDRILE da 7 a 14 BASICA IONI IDROGENO da 7 a 0 ACIDA
IL RUOLO DEL CARBONIO NEGLI ESSERI VIVENTI 1C ha 4 e- Il carbonio può legare con altro carbonio e altri elementi. Gli atomi di carbonio legano fra loro formando catene dritte, ramificate o ad anelli. Quando 2 atomi di carbonio si legano possono condividere 1e- e formare un solo legame covalente se condividono 2 o 3 elettroni si formano legami doppi o tripli C=C legame doppio C=C legame triplo. Gli scheletri carboniosi variano per il tipo di legame e per la disposizione degli atomi. Composti con la stessa formula possono differire per struttura ISOMERI = composti con la stessa formula grezza, ma diversa struttura tridimensionale. Hanno differenti proprietà chimiche fisiche solo la formula chimica è uguale POLIMERO = è una molecola molto grande ottenuta collegando subunità uguali ogni subunità si chiama MONOMERO.
I CARBOIDRATI Un carboidrato è un composto organico di carbonio ha una funzione energetica e strutturale CARBOIDRATI COMUNI: amido, zucchero, cellulosa.
MONOSACCARIDE= carboidrato semplice (MONOMERO) Glucosio e Fruttosio = MONOSACCARIDI COMUNI
DISACCARIDE = 2 monosaccaridi si uniscono 1 carboidrato e 2 zuccheri.
Glucosio e Fruttosio si condensano (combinato in reazione) formano una molecola di saccarosio (zucchero da tavola) 2 molecole di glucosio formano maltosio, zucchero del malto Le molecole di carboidrati più grandi sono i POLISACCARIDI = polimero composto da molti MONOMERI di zuccheri semplici.
Funzione energetica funzione strutturale
LIPIDI I lipidi sono composti organici sintetizzati dalle cellule al fine di immagazzinare energia utilizzabile a lungo termine. SATURI = lipidi che contengono solo legami semplici. Di solito sono solidi a temperatura ambiente e vengono classificati come grassi. INSATURO= lipidi con legami doppi sono di solito liquidi a temperatura ambiente e sono detti olii. Il tipo più comune di lipide è composto da 3 acidi grassi legati a una molecola di glicerolo. Grassi oli e cere sono tutti lipidi. A causa delle loro continue catene formate da carbonio e idrogeno i lipidi sono apolari non attraggono le molecole dell’acqua e quindi non si sciolgono.
LE PROTEINE funzione strutturale-enzimatica-comunicazione e difesa Una proteina è un grande polimero complesso. I monomeri che si legano l’uno all’altro per formare la proteina si chiamano AMMINOACIDI (in natura ne esistono 20) ogni amminoacido contiene 1 atomo di carbonio centrale a cui è attaccato un gruppo carbossilico, 1h, 1 gruppo amminico. Gli amminoacidi si legano l’uno l’altro mediante condensazione. Il legame covalente che si forma si chiama LEGAME PEPTIDICO una catena peptidica contiene centinaia di amminoacidi .
Legame idrogeno a altre forze forze attrattive tra gli amminoacidi della catena peptidica obbligano la catena a ripiegarsi dando una forma tridimensionale unica per ogni proteina. Alcune proteine accelerano le reazioni chimiche nella cellula.
ENZIMA è la proteina che accelera una reazione chimica senza modificarsi nella reazione stessa. Ogni enzima agisce su una molecola specifica o su una serie di molecole dette substrati . Ogni substrato si adatta a una regione dell’enzima detto sito attivo come una chiave nella serratura in realtà cambiano firma per adattarsi uno all’altro (processo detto di adattamento indotto).
COMPOSTO DA:
CARBOIDRATO: carbonio Idrogeno Ossigeno
LIPIDI : carbonio idrogeno ossigeno
PROTEINE: carbonio idrogeno ossigeno azoto zolfo (a volte)
ACIDO NUCLEICO: carbonio idrogeno ossigeno azoto fosforo
ACIDO NUCLEICO un acido nucleico è una grande complessa macromolecola che immagazzina informazioni sotto forma di codice. E’ formato da centinaia di migliaia di atomi di carbonio, idrogeno, azoto e fosforo. I monomeri che si legano sono detti NUCLEOTIDI. Essi sono gli elementi di un codice in cui sono espresse le istruzioni che una cellula usa per costruire le migliaia di composti necessari ai processi vitali. 2 importanti acidi nucleici sono: DNA acido desossiribonucleico “programma” in cui sono contenute le informazioni di un organismo. Negli EUCARIORI, esso si trova nel nucleo, dove viene copiato in forma di RNA (acido ribonucleico) il messaggio espresso in RNA esce dal nucleo portandosi nel citoplasma , dove viene letto, e in accordo con il suo messaggio vengono costruite le molecole proteiche.
ORGANIZZAZIONE CELLULARE “PROCARIOTE” è un organismo con cellule prive di struttura circondate da membrane, per cui manca un nucleo differenziato,
“EUCARIOTE” organismo con cellule dotate di strutture interne delimitate da membrane.
*LA TEORIA CELLULARE SI ARTICOLA IN 3 PUNTI 1) tutti gli organismi viventi sono costituiti da una o più cellule. 2) La cellula è l’unità fondamentale dell’organizzazione degli esseri viventi 3) Tutte le cellule derivano da cellule pre esistenti.
NUCLEO MEMBRANA PLASMATICA , PARETE CELLULARE Il NUCLEO è l’organello che agisce come centro di controllo in una cellula EUCARIOTE Il nucleo controlla la maggior parte delle attività cellulari grazie alla presenza del DNA. Copie del DNA vengono trasmesse alle nuove cellule (RNA) perché siano identiche all’or5iginale. Il DNA è avvolto attorno a molecole proteiche e forma grovigli di lunghi filamenti che ptrendono il nome di CROMATINA All’interno del nucleo c’è il NUCLEOLO una struttura che produce particelle cellulari chiamate RIBOSOMI. LA MEMBRANA PLASMATICA è la struttura che forma il confine fra la cellula e il suo ambiente esterno e controlla il movimento tra il materiale che entra o esce dalla cellula. Questo permette di mantenere una OMEOSTASI INTERNA. Le cellule delle piante, dei funghi di alcune monere e di alcuni protisti presentano pareti cellulari che sono assenti nelle cellule animali. La PARETE CELLULARE è una struttura rigida che circonda la membrana plasmatica e ha uno spessore maggiore *CARATTERISTICHE DEI 5 REGNI MONERE: Organismi unicellulari procarioti che comprendono batteri e cianobatteri PROTISTI: Organismi eucarioti per la maggior parte unicellulari che vivono dentro o in prossimita dell’acqua FUNGHI: sono eucarioti uni o pluricellulari che si nutrono per assorbimento. Le cellule hanno una parete chitinosa. PIANTE: organismi pluricellulari, produttori le cui cellule sono provviste di una parete sono di csolito verdi. ANIMALI: sono eucarioti pluricellulari le cui cellule non hanno pareti. *CITOPLASMA E ORGANELLI CITOPLASMATICI Il materiale che riempie la cellula si chiama CITOPLASMA può essere fluido o denso. La parte + esterna si chiama RETICOLO ENDOPLASMATICO ed è costituito da una membrana che forma una rete di comparti comunicanti, connette la membrana nucleare a quella plasmatica. RIBOSOMI, piccole strutture su cui si costruiscono le proteine, la parte a cui sono attaccate si chiama RETICOLO ENDOPLASMATICO RUGOSO quella parte senza RETICOLO ENDOPLASMATICO LISCIO. L’APPARATO DI GOLGI è composto da una serie di vescicole appiattite sovrapposte e somiglia al reticolo liscio. Le proteine confezionate nell’apparato di golgi si spostano fuori dalla cellula o in altre parti di stessa. LISOSOMA è un organello tondeggiante che contiene enzimi con cui digerisce parti in eccesso, o logore, particelle alimentari organismi estranei come virus e batteri. Le molecole prodotte dalla digestione sono usate per costruire nuove cellule. VACUOLO è un sacchetto pieno di fluido delimitato da una membrana, immagazzina cibo, enzimi e altri materiali utili alla cellula. Una cellula vegetale ha un unico grande vacuolo che immagazzina acqua e altre sostanze.
MITOCONDRIO trasformatore di energia demolisce le molecole nutritive per avere l’energia necessaria per produrre altre molecole. CLOROPLASTI convertono l’energia luminosa in energia chimica immagazzinandola in una molecola nutritive (zuccheri – amidi)Il cloroplasto è un tipo PLASTIDIO cioè un organello che contiene pigmenti di colore (CLOROFILLA) colore verde. CHITOSCHELETRO è la struttura interna di supporto formato da una fitta rete di tuboli vuoti e fibre proteiche.
Non solida la forma ma dirige il movimento degli orfanelli e della sostanze. Alcune cellule sono dotate di appendici esterne per il movimento le CIGLIA corte e numerose hanno un movimento a battito I FLAGELLI uno o due per cellula hanno un movimento a frusta. Queste strutture sono i principali mezzi di locomozione negli unicellulari.
MANTENERE UN EQUILIBRIO – PERMEABILITA’ SELETTIVA: proprietà per cui una membrana consente ad alcuni materiali di attraversarla mentre ne rifiuta altri. LA STRUTTURA DELLA MEMBRANA PLASTICA è costituita da due strati sovrapposti. Ogni strato è costituito da una serie di lipidi tra le quali sono inserite molecole proteiche alcune delle quali attraversano tutto lo spessore del doppio strato, mentre altre sono posizionate sullo strato interno o esterno. Ilipidi hanno solo 2 acidi grassi legati al glicerolo e 1 gruppo fosfati per cui viene chiamato FOSFOLIPIDE
Molecola fosfolipide composta da: testa polare solubile, gruppo fosfato polare solubile in acqua2 code insolubili apolari di acido grasso idrofile.
Il colesterolo è una parte importante la cui struttura rigida rende stabile il mosaico fluido. Le particelle sono in costante movimento in modo totale casuale, e proprio questo spiega come i materiali entrano e escono dalle cellule attraverso la membrana plasmatica.
DIFFUSIONE la diffusione è il movimento netto di particelle da un’area a concentrazione maggiore a una a concentrazione minore, dovuto al movimento casuale delle particelle. *EQUILIBRIO DINAMICO le molecole continuano a muoversi casualmente e scontrarsi le une con le altre ma senza determinare nessun cambiamento nella concentrazione. Il mantenimento dell’equilibrio dinamico è una delle caratteristiche dell’omeostasi. *GRADIENTE DI CONCENTRAZIONE Ioni e molecole si muovono spontaneamente da un’area a maggior concentrazione a una a minor concentrazione, si muovono secondo gradiente, la diffusione continuerà fino a che non si azzererà la differenza di concentrazione a questo punto si sarà instaurato l’equilibrio. Le membrane plasmatiche sono selettivamente permeabili, e solo acqua e ossigeno, azoto, anidride carbonica e alcune altre piccole molecole possono diffondere liberamente attraverso di esse. Moltissime molecole polari e moltissimi ioni non possono diffondersi direttamente attraverso il doppio strato di fosfolipidi. *OSMOSI l’osmosi è la diffusione di molecole d’acqua attraverso una membrana da un’area in cui è una maggior concentrazione di acqua a una con minor concentrazione. Una cellula potrà assumere o perdere acqua per osmosi qualora venga posta in un ambiente in cui la concentrazione d’acqua sia diversa da quella del contenuto cellulare Una soluzione ISOTONICA è una soluzione in cui la concentrazione delle sostanze disciolte è uguale a quella della cellula. Una cellula posta in una soluzione isotonica è in equilibrio dinamico. Una soluzione IPOTONICA è una soluzione in cui la concentrazione dei soluti è inferiore a quella interna alla cellula per cui la concentrazione dell’acqua è maggiore. Una cellula in soluzione Ipotonica per osmosi l’acqua entra e questa si gonfi e la sua pressione interna aumenta. Le cellule vegetali hanno pareti spesse che resistono alla pressione questo fenomeno si chiama PRESSIONE DI TURGORE. Le cellule animali non sono così resistenti perciò si gonfiano e scoppiano. Alcuni protesti contengono orfanelli i VACUOLI CONTRATTILI che funzionano come una pompa si contraggono ed espellono l’acqua in eccesso. Una soluzione IPERTONICA è una soluzione in cui la concentrazione di sostanze è maggiore della concentrazione interna alla cellula. Una cellula in una soluzione ipertonica perderà acqua per osmosi e aizzerà per la diminuzione della pressione di turgore , questa perdita d’acqua produrrà una caduta della pressione di turgore detta PLASMOLISI.
IL TRASPORTO PASSIVO Il movimento netto di sostanze attraverso le membrane plasmatiche, che non richiede energia addizionale, viene detto trasporto passivo. Le proteine di trasporto permettono alle sostanze necessarie o ai materiali di rifiuto di attraversare la membrana plasmatica. La diffusione dei materiali attraverso una membrana plasmatica mediante proteine di trasporto viene detta DIFFUSIONE FACILITATA. Le proteine di trasporto aiutano le sostanze ad attraversare la membrana plasmatica fornendo adeguate aperture attraverso cui possono passare. Nel loro movimento casuale, le particelle vengono in contatto con le proteine trasportatrici, muovendosi per osmosi. Non richiede nessuna energia perciò è un trasporto passivo. La diffusione di Ioni dipende da un altro fattore infatti gli Ioni hanno una carica elettrica essi si diffondono verso una regione con una carica opposta. Altre proteine trasportatrici vengono chiamate “CARRIER” perché SEMBRANO PRELEVARE Ioni e molecole per farli passare attraverso la membrana. Molti Carrier hanno forme specifiche e trasportano 1 solo tipo di ione o molecola. TRASPORTO ATTIVO Il trasporto attivo dei materiali contro gradiente di concentrazione richiede energia ed è detto trasporto attivo. Non è osmotico ma bensì energetico. Un carrier si lega con una particella della sostanza da trasportare, mentre una molecola di energia chimica si lega ad un altro sito del carrier. Assumendo energia il carrier cambia forma e fa entrare o uscire la particella. Questo tipo di meccanismo viene indicato come pompa ionica o molecolare. IL TRASPORTO DELLE PARTICELLE GRANDI ENDOCITOSI è un processo in cui una cellula circonda e introduce materiali dall’ambiente esterno. Vengono inglobato e racchiusi da una porzione di membrana e citoplasma questa porzione poi si isola e il vacuolo risultante, con il proprio contenuto si sposta verso l’interno della cellula, formando un piccolo sacculo che non fa realmente parte del citoplasma. La membrana che delimita il vacuolo può rompersi e rilasciare il contenuto nel citoplasma. Se il vacuolo contiene materiali da digerire, si unisce a un LISOSOMA organello che contiene enzimi digestivi, i prodotti della digestione vengono trasportati attraverso la membrana del vacuolo nel citoplasma cellulare. I biologi distinguono due tipi di endocitosi sulla base del materiale immesso nella cellula. La FAGOCITOSI è l’assunzione di grandi particelle di materiale nutritivo solido o di intere cellule. La PINOCITOSI è una forma di endocitosi che coinvolge il tasporto di goccioline liquide o di piccole particelle. Le goccioline possono contenere nutrienti in soluzione o grandi molecole in sospensione.
L’ESOCITOSI è il processo inverso dell’endocitosi e le cellule usano questo meccanismo per spostare particelle di rifiuto dall’ambiente interno all’ambiente esterno e anche per secernere molecole, quali gli ormoni. Perché endocitosi e esocitosi richiedono energia per i movimenti citoplasmatici, possono ritenersi meccanismi di trasporto attivo.

ENERGIA NELLA CELLULA
LA MOLECA CHE CATTURA L’ENERGIA SOLARE
L’energia è la capacità di compiere lavoro, perciò le cellule viventi hanno isogno di energia. L’ADENOSINTRIFOSFATO (ATP) è una molecola che immagazzina energia in una forma utilizzabile per le cellule, le quali senza un costante e abbondante rifornimento di questa molecola muoiono.
L’ATP contiene adenina, ribosio. E tre gruppi fosfato, i tre gruppi sono con un doppio legame che contiene energia, un gruppo si stacca e diventa adenosindifosfato (ADP) che contiene adenina, ribosio, e due gruppi fosfato al momento dello stacco 1 ADP + 1 gruppo fosfato + energia torna disponibile per immagazzinare energia e tornare ATP. Questo processo è ciclico, si calcola che un adulto a riposo elabori giornalmente 40 kg di ATP.
LA RESPIRAZIONE
La respirazione è il processo con cui le molecole alimentari vengono scisse per trarre energia essa avviene sia in presenza di ossigeno che in assenza prendono il nome di PROCESSI AEROBICI con ossigeno PROCESSI ANAAEROBICI senza.
GLICOSI e FERMENTAZIONE
All’inizio della scissione il glucosio viene trasformato 1 GLUCOSIO = 2PGAL (FOSFOGLICERALDEIDE) composto da 3 atomi di carbonio 2PGAL diventa 2 ACIDO PIRUVICO = composto da 3 carbonio per completare questo ciclo anarerobico utilizza energia , Il processo anaerobico di scissione del glucosio e la formazione di 2 molecole di acido piruvico viene detta glicolisi. L’acido piruvico prodotto dalla glicolisi può essere ulteriormente trasformato in assenza di ossigeno nel corso di un processo chiamato fermentazione. La Glicolisi produce anche ioni idrogeno ed elettroni, che si combinano con un tipo di Ioni trasportatori detti NAD+ (nicotinammideadenindinucleotide) e forma NAD+ +H+ Il NAD + è una piccola molecola organica chiamata coenzima che in reazioni biologiche funge da trasportatore. E’ costituita da vitamine, per esempio NAD è un derivato della NIACINA.
Durante la fermentazione non si forma altro ATP ma si rigenerano Ioni NAD+ necessari perché la glicosi continui
acido piruvico – alcool etilico – anidride carbonica.
PROCESSO DI PRODUZIONE NAD
Molti batteri e funghi come il lievito utilizzano la fermentazione alcoolica
Quando come prodotto finale della fermentazione si forma acido lattico prende il nome di FERMENTAZIONE LATTICA: Può avvenire in alcuni batteri, piante e moltissimi animali
NAD+ + H+ = NAD+ ALCCOL ETILICO + CH2
NAD+ + H+ = NAD+ ACIDO LATTICO
La glicolisi e la fermentazione avvengono nel citoplasma della cellula

DNA
I principali gruppi di molecole biologiche, che costituiscono tutti gli organismi viventi, sono i carboidrati, i lipidi e gli acidi nucleici a quest’ultimo gruppo appartiene il DNA acido desossiribonucleico.
Il DNA è depositario dell’informazione genetica.
Il DNA è un polimero molto grande costituito da monomeri detti nucleotidi. I 4 nucleotidi costitutivi del DNA sono tutti formati da un gruppo fosfato, una molecola di zucchero desossiribosio e una base azotata. Le 4 basi azotate del DNA sono strutture organiche ad anello: adenina, guanina, citosina, timina.
In Inghilterra la dott.sa Frankling ottenne dei tracciati di DNA in cui si osservava che il fosfato di un nucleotide era legato allo zucchero del successivo in una catena continua. Gli angoli tra questi legami conferiscono alla catena la forma di un’elica o spirale ogni giro della quale impegna dieci nucleotidi. la molecola del DNA consiste in due catene in cui la sequenza zucchero-fosfato costituisce l’impalcatura di ogni catena. Le basi azotate di ogni catena si accoppiano con le basi azotate dell’altra mediante ponti idrogeno. L’adenina (A) si accoppia con la tinina (T) e la guanina (G) si accoppia sempre con la citosina (C): questo appaiamento obbligato spiega perché queste coppie sono sempre presenti in quantità uguali. Poiché vi sono due catene in una spirale è detta a doppia elica come una scala a pioli i lati della scala sono i montanti zucchero-fosfato i pioli le coppie di basi appaiate. Proprio l’ordine di queste basi costituisce l’informazione genetica e le differenze in questo ordine conferiscono l’individualità a ogni organismo vivente. Quando una cellula si divide il DNA mantiene questa individualità trasmettendo copie di DNA a ogni cellula.
La capacità di duplicarsi del DNA è una delle caratteristiche distintive della vita.
Il processo di copiatura di una molecola di DNA viene detto duplicazione. Quando una molecola di DNA si duplica alcuni enzimi separano le due catene, lungo le basi appaiate, come accade in una cerniera e ciascuna catena serve poi da stampo per la formazione di una nuova catena.
1) gli enzimi rompono i legami idrogeno tra le copie di basi azotate Le basi azotate restano così esposte su entrambe le catene di DNA 2) Nucleotidi liberi presenti nel nucleo, accoppiano le proprie basi con quelle esposte delle catene. L’adenina (A) si accoppia solo con la tinina (T) e la citosina (C) si accoppia solo con la guanina (G). 3) Man mano che le basi si legano, un altro enzima lega il fosfato di ciascun nucleotide alo zucchero di quello precedente. 4) L’appaiamento dei legami proseguono finché ognuna delle due catene originarie di DNA non è legata a una nuova catena. A questo punto le due nuove molecole di DNA assumono la forma di doppia elica.
Dal processo di duplicazione si ottengono due molecole di DNA ciascuna identica alla molecola originaria.
Le proteine sono molto diverse tra loro per struttura e funzioni. Alcune proteine costruiscono strutture cellulari come il citoscheletro, negli organismi pluricellulari le proteine prodotte da alcune cellule inducono cambiamenti in altre cellule le proteine enzimatiche promuovo reazioni chimiche cellulari nelle quali si immagazzina o si libera energia e si sintetizzano o si scindono molecole. Sono ancora le proteine che controllano il movimento di materiali attraverso le membrane plasmatiche si può dunque affermare che dalle proteine dipende ciò che un organismo è e come funziona. Il DNA che contiene il messaggio per la sintesi proteica, costituisce il programma dell’organismo, l’informazione genetica.
Il codice DNA Le proteine sono polimeri costituiti da 20 amminoacidi diversi e che in una proteina gli amminoacidi devono essere disposti nell’ordine corretto. Ora sappiamo che la sequenza delle basi azotate del DNA funziona come un codice chimico che specifica la sequenza degli amminoacidi nelle proteine. Le 4 basi azotate del DNA A,T,C,G, costituiscono l’alfabeto genetico e ogni unità del codice genetico è una sequenza di tre basi che prende il nome di codone. La maggior parte dei codoni corrisponde a uno specifico amminoacido: per es. il codone del DNA CCA, designa l’amminoacido glicina. Prendendo le 4 basi azotate per volta si possono ottenere 64 combinazioni, però esistono solo 20 amminoacidi quindi alcuni vengono indicati da più di un codone. Un solo codone da l’avvio alla produzione della catena proteica; tre codoni indicano lo stop, cioè la fine della catena proteica.
STRUTTURA E FUNZIONE DEL RNA
Dal messaggio genetico vengo fatte delle copie che vengono usate dai ribosomi, queste copie sono costituite da molecole di RNA acido ribonucleico. La differenza fra DNA e RNA il DNA contiene lo zucchero desossiribosio mentre l’RNA contiene il ribosio uno zucchero leggermente diverso, al posto della base timina l’RNA contiene la base azotata uracile (U) che però si appaia con l’adenina esattamente come la timina per cui RNA contiene adenina uracile, citosina e guanina. La molecola di RNA è a catena singola. Negli organismi viventi esistono tre ti pi di RNA : RNA MESSAGGERO mRNA è l’esatta coppia dell’informazione scritta nel DNA per la sequenza amminoacida di una particolare catena proteica. È proprio l’mRNA a trasferire il codice genetico dal DNA ai ribosomi che si trovano nel citoplasma. L’RNA di trasporto tRNA trasporta gli amminoacidi ai ribosomi perché vengano aggiunti alla catena proteica, infine l’RNA ribosomole o rRNA la cui funzione non è ancora chiara costituisce una parte dei ribosomi.
TRASCRIZIONE DA DNA AL RNA
Per poter costruire le proteine bisogna che una copia del DNA si trasferisca sui ribosomi. Come nella duplicazione del DNA un enzima apre un tratto della doppia elica del DNA i nucleotidi del RNA si accoppiano con le basi libere del DNA e si legano insieme in una catena, La trascrizione è la costruzione di RNA lungo porzioni della molecola del DNA. Tutti e 3 i tipi di RNA derivano per trascrizione del DNA in particolare alcune porzioni delle molecole di DNA codificano esclusivamente per la produzione di tRNA e rRNA mentre altre producono mRNA che trasporta il codice genetico per specifiche catene proteiche.
LA TRASCRIZIONE dall’RNA alla proteina
La traduzione è il processo in cui il messaggio codificato nell’mRNA viene letto e convertito nella specifica sequenza amminoacida di una catena proteica. ‘tRNA inizia a portare amminoacidi al ribosoma secondo l’ordine dei codoni dell’mRNA. Tutti i tRNA hanno la stessa forma a trifoglio e ognuno possiede anche una tripletta di basi azotate, chiamate anticodone, che si appaierà con la tripletta complementare del codone. Nel citoplasma un enzima attacca l’amminoacido appropriato a ogni tRNA secondo l’anticodone che porta. Durante la produzione di una proteina ogni codone del tRNA si appaia con il corrispondente codone del mRNA In questo processo ogni nuovo amminoacido si accoda all’ultimo e un enzima li unisce, formando un legame peptidico tra di loro. Una volta che gli amminoacidi si sono legati il tRNA viene rilasciato e torna nel citoplasma dove aggancia un altro amminoacido.
DIVERSI TIPI DI DIVISIONE CELLULARE
Le cellula procariote si riproducono con un processo che si chiama SCISSIONE BINARIA. La cellula ha un'unica grande molecola circolare di DNA che prima della scissione si duplica formando 2 copie complete di codice genetico nella scissione binaria la cellula si divide in due nuove cellule ciascuna delle quali con la propria copia del messaggio DNA.
La riproduzione nelle cellule Eucariote è più complicata perché il DNA è racchiuso nel nucleo delimitato da una membrana secondo perché ogni cellula eucariote ha diverse molecole di DNA molto grandi. Ciascuna di queste molecole unita alla proteina con cui si trova viene detta cromosoma le cellule umane hanno 46 cromosomi.
CROMOSOMA molecola di DNA molto grande. Le cellule umane hanno 46 cromosomi.
CELLULE EUCARIOTE si è evoluto un meccanismo che assicura che il codice genetico rimanga completo e ordinato durante la riproduzione. Questo meccanismo si chiama MITOSI Con questo nome si indica la divisione del nucleo in 2 nuclei che contengono DNA identici.
IL CICLO CELLULARE
INTERFASE la cellula cresce, duplica il DNA le 2 copie di cromosomi si chiama CROMATIDE FRATELLI. Inizia la MITOSI in cui ci sono 4 fasi: PROFASE, METAFASE, ANAFASE e la TELOFASE.
MITOSI
PROFASE= I cromatidi fratelli sono uniti tra di loro in una regione specifica detta CENTROMERO I nucleoli e la membrana nucleare scompare i 2 centrioli appaiono in prossimità della membrana nucleare. I centrioli sono fasci di microtubi disposti come ciglia e si muovono verso le estremità opposte della cellula. I microtubi si estendono formando le fibre del fuso. Le estremità si chiamano poli.
METAFASE la rete delle fibre del fuso è completata i cromatidi fratelli sono uniti ad esse. Ogni cromatide ha un punto sul centromero che lo unisce alle fibre. I cromatidi si allineano sul piano equatoriale della cellula, ancora attaccati al fuso.
ANAFASE all’inizio i centromeri si dividono e i cromatidi fratelli si separano, e 1 cromatide per ciascuna copia si muove verso un polo della cellula, per cui una serie completa di cromosomi si muove verso ogni estremità della cellula.
TELOFASE I cromosomi raggiungono le estremità opposte, le fibre del fuso scompaiono. Una nuova membrana nucleare si forma intorno a ciascuna copia di cromosoma. I cromosomi riacquistano la forma della cromatina. Si forma un nucleolo in ogni nucleo. La cellula inizia a sintetizzare DNA e la produzione di proteine riprende.
Nell’ultima fase del ciclo cellulare si effettua la divisione del citoplasma in due cellule separate
Nelle cellule animali dei microfilamenti strozzano le cellule dividendole in due.
GENI E CROMOSOMI
LA STRUTTURA E IL NUMERO DEI CROMOSOMI
Quando una cellula somatica si divide, si dividono anche i suoi cromosomi. Un cromosoma è costituito da una sequenza di geni. Un gene è un segmento di DNA che contribuisce al controllo di un particolare carattere ereditario, come la lunghezza della foglia o il colore degli occhi. e’ possibile identificare una specie usando la forma e il numero dei cromosomi. Ogni specie ha una serie caratteristica di cromosomi. In tutti gli organismi che si riproducono sessuatamente ogni cellula somatica contiene due serie di cromosomi. I membri di ogni copia di cromosomi vengono chiamati cromosomi omologhi e ogni copia è diversa per aspetto da tutte le altre coppie della cellula. Una cellula che contiene due serie di cromosomi viene detta diploide e viene indicata con il simbolo 2n. Il numero base di coppie di cromosomi omologhi per la specie è n: nel corpo umano per esempio il numero diploide di cromosomi 2n è 46, cioè esistono 23 coppie di omologhi. Un gamete è una cellula sessuale il gamete femminile è l’uovo quello maschile è lo spermatozoo ed entrambi sono aploidi una cellula sessuale contiene una sola serie di cromosomi . nella specie umana i gameti posseggono un numero di cromosomi pari a 23.
LA MEIOSI
I gameti vengono prodotti attraverso un particolare tipo di divisione detta meiosi. La meiosi presenta fasi simili a quella della mitosi, cioè INTERFASE, PROFASE, METAFASE, ANAFASE e TELOFASE nma porta al dimezzamento dei cromosomi. La meiosi avviene nelle cellule degli organi riproduttivi. La meiosi consiste in due divisioni del nucleo. Questa prima riduzione viene spesso indicata come divisione riduzionale perché il numero dei cromosomi si dimezza diventando aploide. Nella seconda divisione i cromatidi fratelli ci ciascun cromosoma si separano per la divisione dei centomeri Dalla divisione si ottengono 4 cellule sessuali ciascuna con un aploide di cromosomi. (da finire)
CROMOSOMI SESSUALI
Il genotipo è la composizione genetica di un organismo e ne determina i caratteri: si forma quando i cromosomi di uno spermatozoo si combina con quelli di una cellula uovo nella fecondazione. La fecondazione è una fusione di un gamete femminile con un gamete maschile che ripristina la condizione diploide. Il fenotipo è l’aspetto esteriore di un organismo, che è spesso influenzato da fattori esterni per esempio, un coniglio con un mantello bianco in inverno e uno marrone in estate mostra due fenotipi anche se il suo genotipo non cambia. Una particolare coppia dei vostri cromosomi è nota come la coppia dei cromosomi sessuali, cioè quelli che determina il sesso di un individuo. Questi due cromosomi vengono di solito indicati con una X e una Y negli esseri umani e in molti altri organismi il cromosoma femminile è indicato con una X e tutte le femmine hanno una coppia di cromosomi X uno ereditato dalla madre e uno dal padre per cui il genotipo femminile è XX i maschi hanno un unico cromosoma X ereditato dalla madre e un cromosoma Y ereditato dal padre per cui il genotipo maschile è indicato con XY Negli esseri umani e in molte altre specie è il gamete maschile che determina il sesso di un figlio lo spermatozoo del maschio che feconda l’uovo contiene un cromosoma X si avrà una femmina se lo spermatozoo contiene un cromosoma Y ne risulterà un maschio.
E' l'unica sostanza presente sulla terra nei tre stati di aggregazione: liquido, solido e gassoso.
E' il solvente più diffuso sulla terra.
Pur avendo un peso molecolare basso ha un'alta temperatura di ebollizione.
Molti insetti possono camminare su una massa d'acqua senza sprofondare attraverso la sua superficie.
Il ghiaccio galleggia su di essa.
I laghi gelano dall'alto in basso e non viceversa.
Enormi quantità di energia sono necessarie per cambiare in modo significativo la temperatura di una estesa massa d'acqua.
• - I fiocchi di neve hanno una geometria esagonale.
L'origine delle proprietà di questa "grande" sostanza è spiegabile attraverso
-la sua struttura ed -il legame idrogeno:
il "ponte" più importante del mondo , che collega saldamente una molecola d'acqua ad un'altra.
L'acqua riesce a portare in soluzione un'enorme quantità di sostanze, siano esse allo stato liquido, solido o gassoso.
L'immediata conseguenza di questa sua proprietà è l'impossibilità di trovare in natura acqua pura, intesa semplicemente come H2O. La sua struttura polare e la presenza del legame idrogeno fanno sì che essa riesca a portare in soluzione sia sostanze ioniche sia anche molecolari. Ciò determina la sua grandezza, ma anche la sua debolezza, fungendo essa da elemento di trasporto ( vista anche la sua grande diffusione in natura ) sia di sostanze nutritive, utili all'uomo, alle piante, agli animali, sia, purtroppo, allo stesso modo, di sostanze dannose.
L'acqua è uno dei fluidi più coesivi che si conoscano.
La superficie dell' acqua mostra una notevole resistenza alla penetrazione. Ciò è dovuto alla sua elevata tensione superficiale. Infatti ogni oggetto che penetri in una massa d' acqua deve rompere legami ad idrogeno fra molecole adiacenti.
Un' altra caratteristica dell' acqua è di possedere una capacità termica molto più elevata rispetto a qualsiasi liquido comune.
Essa può infatti assorbire una grandissima quantità di calore, facendo aumentare di poco la propria temperatura. Una ragione dell' alta capacità termica dell'acqua è che molto del calore assorbito viene speso non per mettere in movimento delle molecole, ma per scambiare gli atomi di idrogeno tra molecole adiacenti.
Il ghiaccio ha una densità più bassa rispetto a quella dell'acqua allo stato liquido.
Ciò è dovuto ai legami idrogeno che creano dei vuoti nella struttura del ghiaccio. La densità dell'acqua ha un massimo a 4°C. L'acqua si dilata sia al di sopra sia al di sotto. La dilatazione all'abbassarsi della temperatura non si verifica per nessun altro liquido. Questo fatto spiega perché i laghi gelino innanzitutto in superficie. Se l'acqua solida non avesse questa caratteristica molti mari sarebbero completamente congelati, limitando la vita sul nostro pianeta. E' bene precisare che la maggior parte delle sostanze diventano progressivamente più dense col diminuire della loro temperatura perche' a cio' corrisponde una diminuzione dell'energia cinetica (di movimento) delle molecole, le quali muovendosi piu' lentamente tendono ad avvicinarsi mediante reciproche forze di attrazione.Tutto questo è vero anche per l'acqua finche' essa raggiunge i 4°C, temperatura alla quale ha il massimo di densita'.
Se la temperatura si abbassa ulteriormente fino al punto di congelamento
(0°C) la densita' dell'acqua diminuisce bruscamente perchè la struttura molecolare dei ponti a idrogeno si risalda fino a costituire un reticolo cristallino in cui ogni molecola è vincolata ad altre quattro molecole; si formano, così, ampi spazi vuoti nell' intera struttura che determinano aumenti di volume nella massa acquatica. L' aumento di volume corrisponde ad una diminuzione della densità e ciò consente il galleggiare del ghiaccio sull' acqua.
Nell' acqua liquida, poichè la struttura cristallina sopra descritta è meno regolare, gli spazi vuoti tra le molecole non esistono.
L' acqua ha un alto calore d' evaporazione.
Infatti, per far sì che da liquida si trasformi in vapore, le molecole devono essere rimosse dallo strato superficiale ed i ponti idrogeno, che le tengono insieme, devono essere rotti. A causa di questi legami e dell'energia termica necessaria per romperli, l' acqua ha il più alto calore di evaporazione di qualsiasi altra sostanza presente in natura, che sia liquida a temperatura ambiente. Se l'acqua infatti seguisse l'andamento della maggior parte delle altre sostanze, si dovrebbe prevedere che essa congeli a -125°C e bolla a circa -75°C : cioè sarebbe un gas alle condizioni naturali della superficie terrestre. Tuttavia, come abbiamo visto, a causa dell'alto numero dei ponti idrogeno, si comporta come una molecola molto più grande di quanto non suggerisca la sua formula; essa infatti congela a 0°C e bolle a 100°C. L'acqua è quindi liquida nella maggior parte dei luoghi sulla superficie terrestre.
RESPIRAZIONE AEROBICA
Nella maggior parte delle cellule se è presente ossigeno il glucosio viene demolito in maniera diversa. La respirazione aerobica si articola in 4 fasi: la prima comprende le reazioni del glucosio le altre 3 avvengono nel mitocondrio. La seconda comprende reazioni di trasformazione dell’acido piruvico. L’acido piruvico composto a 3 atomi di carbonio, viene trasformato in acido acetico un composto a 2 atomi di carbonio mentre il terzo atomo forma anidride carbonica CO2
La terza corrisponde al ciclo dell’acido citrico, l’acetil-COA si combina con una molecola a 4 atomi di carbonio per formare un composto a 6 atomi di carbonio, l’acido citrico. Praticamente questo ciclo di reazioni chimiche produce ATP e libera elettroni che sono catturati dai trasportatori NAD+ e altri di struttura simile. La quarta tappa viene chiamata catena di trasporto degli elettroni, che consiste in una serie di sostanze lungo le quali si trasferiscono elettroni con liberazione di energia. Le molecole trasportatrici trasportano elettroni dalle reazioni sia della glicolisi che dal ciclo dell’acido citrico alla catena di trasporto degli elettroni. Le molecole di trasporto degli elettroni sono sulle membrane interne dei mitocondri. L’accettatore finale di elettroni nella catena è l’ossigeno ed è per questo che il processo è aerobico. Pertanto non può avvenire in assenza di ossigeno, se si esaurisce questo accettatore la catena i blocca. Queste reazioni bloccate obbligano la cellula a svolgere processi anaerobici che producono alcol etilico o acido lattico mediante reazioni di fermentazione.
Quando non è disponibile ossigeno si producono solo 2 ATP per glicolisi e fermentazione ma con l’ossigeno viene liberata energia da formare ben 38 molecole di ATP
PIANTE VERDI E LUCE SOLARE
La luce solare è la sorgente naturale di energia. Nelle cellule vegetali, gli organelli in cui viene catturata l’energia luminosa sono i cloroplasti. All’interno delle due membrane che delimitano un cloroplasti si trovano i grani, formati dalla sovrapposizione di lamelle, contenenti clorofilla, i i tilacoidi. Lo stroma è il materiale in cui sono sommersi.
La prima tappa della fotosintesi consiste nella cattura da parte dei cloroplasti dell’energia proveniente dal sole. La clorofilla intrappola energia luminosa., senza andare incontro a cambiamenti irreversibili. La reazione generale della fotosintesi è la seguente:
6CO2 + 6H20 + ENERGIA LUMINOSA ----- (clorofilla) C6H12O6+6O2
In questo caso lo scopo è di produrre una molecola di zucchero semplice partendo da acqua e anidride carbonica
La fotosintesi consta di due serie principali di reazioni: la reazione luminosa e il ciclo di calvin Nella fase luminosa la luce eccita gli elettroni e la molecola d’acqua si scinde in idrogeno e ossigeno. Il ciclo di Calvin corrisponde a una serie di reazioni di sintesi in cui si formano gli zuccheri semplici utilizzando l’anidride carbonica e l’idrogeno provenienti dall’acqua.
REAZIONI DELLA FASE LUMINOSA
Quando la luce colpisce la clorofilla gli elettroni all’interno della molecola assorbono energia e si eccitano. Quindi si staccano dalla molecola e passano lungo una catena di trasporto di elettroni localizzata nei tilacoidi. Durante il processo l’energia viene immagazzinata nei legami ATP (che verrà poi utilizzata nel ciclo di Calvin) L’acqua uno dei reagenti nella reazione generale della fotosintesi nel corso delle reazioni della fase luminosa si scinde in idrogeno e ossigeno. Questa scissione è detta FOTOLISI e ha 2 funzioni: primo libera idrogeno che viene catturato dagli ioni NADPH+ e formano NADPH+H+, secondo la fotolisi fornisce elettroni che sostituiscono quelli persi dalla clorofilla. L’ossigeno è emesso come prodotto di rifiuto. In pratica la clorofilla cattura energia che viene usata in una catena di reazioni per la formazione di ATP L’acqua scissa in ossigeno e idrogeno si combinano con NADP+ per formare NADPH+H+ Le reazioni della luce forniscono ATP e NADPH+H+ necessari alla reazione del ciclo di Calvin.
IL CICLO DI CALVIN
Nel ciclo di Calvin un enzima fissa l’atomo di una molecola di anidride carbonica a una molecola con 5 atomi di carbonio. La molecola a 6 atomi si scinde in due molecole a 3 atomi di carbonio Le molecole che si formano sono molecole di acido
Fosfoglicerico (PGAL) che vengono poi trasformate in 2 molecole di uno zucchero a 3 atomi di carbonio (la fosfogliceraldeide) PGAL utilizzando l’idrogeno del NADPH+U+ e l’energia dell’ATP.Una parte di PGAL lascia il ciclo e viene utilizzata per formare altri zuccheri semplici.
CONFRONTO FRA FOTOSINTESI E LA RESPIRAZIONE AEROBICA
Sono entrambe delle complicate reazioni che per certi versi si assomigliano: entrambe richiedono enzimi, entrambe avvengono oin organeli specifici entrambe coinvolgono il movimento di elettroni in CATENE DI TRASPORTO
Per diversi aspetti sono la fotosintesi l’opposto della respirazione aerobica i prodotti finali della fotosintesi sono le sostanze di partenza della respirazione difatti nella fotosintesi si formano amidi e zuccheri e si libera ossigeno come prodotto di rifiuto, mentre usando l’ossigeno la respirazione spezza molecole di zucchero e libera come prodotto di rifiuto l’anidride carbonica e acqua.
Oggi scienza e società hanno instaurato in Europa un rapporto paradossale. Da un lato, la
scienza e la tecnologia sono il fulcro dell'economia e del funzionamento della società, e hanno
un’influenza sempre più positiva sulla vita degli europei.
A loro volta i cittadini nutrono nei confronti della scienza, aspettative sempre più grandi.
Sono ben pochi i problemi della società moderna per cui non sia necessario, per un verso o
per l'altro, che la scienza e la tecnologia trovino delle soluzioni.
Osservazione - Raccolta dati - Formulazione ipotesi - Verifica - Formulazione teoria

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