Le molecole della vita

1. LA CHIMICA DELLA VITA
La molecola dell’acqua e le sue proprietà
• La coesione
• La tensione superficiale
• L’adesione
• La capillarità
• La densità del ghiaccio
Le proprietà del Carbonio
I carboidrati
I lipidi
Le proteine
Gli acidi nucleici

2. La molecola dell’acqua possiede
proprietà speciali
Il legame covalente consiste nella condivisione di elettroni
tra i due elementi legati. Una molecola che ha due cariche
elettriche opposte è detta polare. L’acqua (H2O) è una
molecola polare perché gli elettroni di legame sono più attirati
dall’ossigeno (che è così parzialmente negativo) e meno attirati
dall’idrogeno (che diventa parzialmente positivo). Tra un atomo
di idrogeno leggermente positivo di
una molecola e un atomo di ossigeno
leggermente negativo di un’altra molecola
Si instaura un legame debole che
è chiamato legame a idrogeno (…).
δ+
δ+
δ-
δ+

3. L’acqua è un ottimo solvente per le
sostanze polari
Una soluzione è un miscuglio omogeneo di due o più
sostanze, in cui non è possibile distinguere i singoli
componenti. La sostanza che scioglie le altre ed è presente in
maggiore quantità è detta solvente, mentre quella presente
in minore quantità è detta soluto.
L’acqua è un ottimo solvente per le sostanze polari che,
sciogliendosi facilmente in essa sono anche dette IDROFILE:
tra queste lo zucchero ed il sale.
Le molecole apolari, come quelle dei grassi, tendono a essere
insolubili in acqua e sono dette idrofobiche.

4. La DENSITA’ del ghiaccio
La densità è definita come la massa di un corpo divisa per
il volume che occupa. Nel ghiaccio i legami idrogeno sono
stabili e le molecole sono meno mobili e più distanti rispetto
al liquido. Nel liquido, a causa della maggiore mobilità, i
legami idrogeno sono instabili e le molecole si avvicinano e
si accostano.
Il volume del liquido
è inferiore rispetto
al ghiaccio e la sua
densità è maggiore.
Per tale motivo il
ghiaccio galleggia
sull’acqua

5. La COESIONE e la TENSIONE
SUPERFICIALE
La COESIONE è una delle proprietà dell’acqua dovuta alla sua
polarità: tra ossigeno ed idrogeno delle diverse molecole si
instaurano legami idrogeno; le molecole interagiscono tra loro
formano una sorta di rete e restano coese l’una all’altra. A seguito
della loro interazione le molecole sulla superficie del liquido si
comportano come se ci fosse una pellicola. Tale fenomeno è detto
TENSIONE SUPERFICIALE e rappresenta la capacità della
superficie dell’acqua liquida di sostenere piccoli oggetti, o di
impedire che il liquido trabocchi da un bicchiere colmo.

6. La capillarità rappresenta la capacità
dell’acqua di salire verso l’alto nei capillari
(cioè in piccoli cilindri cavi). Interagendo tra
loro (per coesione) e con le pareti del
capillare (per adesione) le molecole di
acqua risalgono pian piano verso l’alto.
Tale fenomeno consente ai vegetali di
assorbire acqua dalle radici e distribuirla
fino alle foglie
La polarità dell’acqua consente alle sue molecole di interagire
anche con altri composti polari, che costituiscono per esempio
i recipienti che la contengono. L’ADESIONE rappresenta
proprio il legame dell’acqua con le pareti del contenitore in cui
si trova, che forma così una superficie concava detta menisco.
L’ ADESIONE e la CAPILLARITA’

7. IL CARBONIO
Il carbonio è l’elemento più abbondante della Terra ed è il più
importante per gli esseri viventi. Questo elemento può
formare milioni di molecole diverse che vengono
complessivamente dette COMPOSTI ORGANICI, proprio per
la loro rilevanza per gli organismi viventi.
Tra i composti organici rivestono un ruolo fondamentale le
BIOMOLECOLE: zuccheri, grassi, proteine ed acidi nucleici

8. Il carbonio ha alcune proprietà fondamentali che lo rendono
molto versatile e quindi utile:
•Può formare fino a 4 legami covalenti stabili;
•Può formare legami singoli, doppi o tripli;
•Può formare lunghe catene carboniose lineari, ramificate o ad
anello, molto stabili.
•Le catene carboniose possono avere gruppi funzionali (OH, SH,
NH2; COOH,) che determinano proprietà caratteristiche;
•La forma catena carboniosa può assumere forme diverse nello
spazio, che ne determinano la funzionalità
Le proprietà del CARBONIO

9. I gruppi funzionali
Quando sulle catene
carboniose si inseriscono
atomi o gruppi di atomi
diversi dal carbonio, questi
(chiamati gruppi
funzionali) conferiscono
specifiche proprietà
chimiche alla molecola,
quali ad esempio un
diverso grado di acidità o
polarità.

10. Le biomolecole sono
macromolecole e polimeri
Le biomolecole sono generalmente molecole molto grandi e
complesse, fatte da migliaia di atomi, per questo vengono
considerate MACROMOLECOLE.
Questo tipo di composti vengono prodotti dagli organismi per
gradi successivi, ovvero unendo tra loro tante piccole unità
chimiche; per questo motivo le biomolecole rappresentano dei
POLIMERI, sono cioè formati
dall’unione di molte molecole
più piccole (dette MONOMERI)
unite tra loro
I polimeri possono essere formati
da monomeri tutti identici tra
loro o di diverso tipo.
polimero
polimero

11. I carboidrati
• Proprietà generali
• I monosaccaridi
• I disaccaridi
• I polisaccaridi

12. I carboidrati sono detti anche zuccheri o glucidi
Hanno formula generale Cn(H2O)n ove n vale da 3 a 7
Sono catene carboniose caratterizzati dalla presenza di gruppi
funzionali (OH) e dal gruppo (C=O). Possono avere
conformazione lineare o ad anello. Rappresentano la
principale fonte di energia per la cellula (tra essi fondamentale
è il GLUCOSIO)
I MONOSACCARIDI sono gli zuccheri più semplici, costituiti
da una sola molecola di
zucchero (es glucosio,
ribosio, fruttosio)
I MONOSACCARIDI

13. I DISACCARIDI sono formati dall’unione di due molecole di
monosaccaridi
Il MALTOSIO è un disaccaride formato da due molecole di
glucosio unite da un legame glicosidico.
Il SACCAROSIO è un disaccaride fatto dall’unione di glucosio
e fruttosio e rappresenta lo zucchero comune.
Altro disaccaride è il LATTOSIO (glucosio legato al galattosio).
Gli individui intolleranti al lattosio non possono scindere il
legame tra i due monomeri
I DISACCARIDI

14. I POLISACCARIDI sono polimeri degli zuccheri, sono
macromolecole complesse costituite da molti monosaccaridi
legati. I polisaccaridi possono avere funzione strutturale o di
riserva energetica
L’AMIDO è un polimero del glucosio, è abbondante nei semi dei
cereali (mais, frumento…) e costituisce una riserva energetica
per il germoglio della pianta che si sviluppa sotto terra.
Rappresenta la base dell’alimentazione umana: dai semi di
cereali si ottiene la farina,
ricca di amido, usata per
produrre pasta e pane.
I POLISACCARIDI

15. La CELLULOSA è anch’essa un polimero del glucosio, ma ha
funzione strutturale. E’ abbondante nelle foglie e nel fusto
delle piante ove serve da sostegno. Tale molecola, seppure
rientri nell’alimentazione umana attraverso le verdure, non
viene digerita perché l’intestino umano non è in grado di
scindere questa macromolecola nei singoli zuccheri. Nei
ruminanti la cellulosa è digerita grazie all’azione di alcuni
batteri che vivono in simbiosi nello stomaco dei bovini.
I polisaccaridi complessi, (cellulosa,
lignina) rappresentano la maggior
parte della massa organica dei vegetali
I POLISACCARIDI

16. I lipidi
• Proprietà generali
• Gli acidi grassi
• I trigliceridi
• I fosfolipidi
• Il colesterolo

17. I LIPIDI o GRASSI
I LIPIDI, detti comunemente GRASSI, sono molecole
costituite da carbonio, idrogeno e ossigeno.
A questa categoria appartengono molecole molto diverse tra
loro, che hanno però una caratteristica comune: sono
idrofobiche ovvero insolubili in acqua. Generalmente si
distinguono gli OLII, che sono liquidi a temperatura ambiente,
ed i GRASSI, che invece sono solidi a temperatura ambiente.
Nell’alimentazione rappresentano una fonte di energia
metabolizzata più lentamente del glucosio, quindi sono
utilizzati come riserva energetica a medio-lungo termine

18. Gli ACIDI GRASSI possono essere considerati i lipidi più semplici:
sono lunghe catene di carbonio e idrogeno caratterizzate dal gruppo
funzionale COOH.
Si hanno acidi grassi SATURI se tra i carboni ci sono solo legami
singoli: sono di origine animale e sono solidi a T ambiente. Le
molecole hanno una struttura lineare che consente loro di affiancarsi
formando una struttura compatta e dunque solida.
ACIDO GRASSO MONOINSATURO
ACIDO GRASSO POLINSATURO
ACIDO GRASSO SATURO
Struttura
molecolare
di un acido
grasso
INSATURO
GLI ACIDI GRASSI

19. Si hanno acidi grassi INSATURI se tra i carboni c’è almeno un legame
doppio (insaturazione):sono di origine vegetale e sono solidi a T
ambiente. Le molecole hanno una struttura NON LINEARE che
impedisce loro di affiancarsi, restano quindi mobili e separati tra loro e
per questo hanno consistenza liquida.
Con il termine “GRASSI IDROGENATI” si intendono quegli acidi grassi
originariamente insaturi, in genere a breve catena e di origine vegetale
(olio di palma, di cocco, etc.), che vengono resi saturi addizionando
idrogeno. Vengono in genere impiegati nell’industria dolciaria per la loro
consistenza cremosa.
Con il termine “OMEGA-3” si intendono quegli acidi grassi insaturi, a
lunga catena e abbondanti in alcuni pesci, in cui il doppio legame si trova
in terza posizione apartire dall’ultimo carbonio (carbonio omega), ovvero
il più lontano dal gruppo COOH.

20. Cavazzuti Biologia © Zanichelli editore 2011
I TRIGLICERIDI
I TRIGLICERIDI sono costituiti da una molecola di glicerolo e
da tre molecole di acidi grassi (saturi oppure insaturi).
Rappresentano la principale fonte di energia a lungo termine
per l’uomo. Vengono conservati nelle cellule del tessuto
adiposo

21. I FOSFOLIPIDI
I fosfolipidi sono costituiti da una molecola di glicerolo che
lega due acidi grassi ed un gruppo fosforico.
I fosfolipidi sono molecole ANFIPATICHE perché hanno una
duplice natura: posseggono una parte apolare rappresentata
dalle “code” di acidi grassi,ed una parte polare rappresentata
dalla “testa” di acido fosforico.
I fosfolipidi sono il costituente
principale delle membrane cellulari.
La presenza di acidi grassi INSATURI
nei fosfolipidi di membrana
rende questa struttura più
mobile e fluida

22. Il COLESTEROLO
Il colesterolo è una molecola
complessa formata da quattro
anelli carboniosi.
Il colesterolo, viene prodotto
da tutti gli animali ed è dunque presente negli alimenti di origine
animale (latte, uova, formaggi, carne).
E è un costituente delle membrane cellulari dove, per la sua struttura
ampia e piana, limita la mobilità dei fosfolipidi.
Dal colesterolo vengono prodotti gli ormoni steroidei (estrogeni e
testosterone) ma anche i feromoni (per esempio negli insetti per la
comunicazione tra individui diversi).

23. Le proteine
• Proprietà generali
• Gli amminoacidi
• Struttura I delle proteine
• Struttura II delle proteine
• Struttura III delle proteine
• Struttura IV delle proteine

24. LE PROTEINE
Le PROTEINE sono polimeri di AMMINOACIDI, legati tra loro
da un legame detto peptidico, per tale ragione sono anche
dette polipeptidi o catene polipeptidiche.
Le proteine, che rappresentano la maggior parte della massa
organica negli animali, svolgono moltissime e diverse funzioni
•alcune hanno funzioni strutturali (costituiscono le ossa, i denti);
•i muscoli sono costituiti da proteine contrattili;
•le reazioni chimiche sono regolate da proteine chiamate
enzimi;
•alcune hanno funzione di trasporto (emoglobina) o protettiva
(anticorpi);
•alcune sono messaggeri chimici (ormoni), come l’insulina.

25. Gli AMMINOACIDI sono piccole molecole aventi una struttura
comune: un atomo di carbonio centrale che lega un gruppo
amminico, un gruppo carbossilico (acido) ed un idrogeno.
Il quarto gruppo legato dal carbonio è una CATENA LATERALE
(rappresentata da una “R”) che varia nei differenti amminoacidi
e quindi conferisce a ciascuno le proprie caratteristiche
specifiche. Gli animali producono ed
Utilizzano circa 20 amminoacidi diversi,
alcuni altri amminoacidi devono essere
assunti con l’alimentazione
e per questo sono detti “essenziali”
catena
laterale
R

26. STRUTTURA I
Le proteine svolgono numerose diverse funzione; la funzione di
ciascuna proteina dipende dalla sua forma, dalla sua struttura
spaziale. La forma della proteina (e pertanto la sua capacità di
funzionare) è ottenuta attraverso livelli organizzativi successivi detti
struttura I, II, III e IV
La struttura primaria rappresenta la sequenza amminoacidica,
ovvero l’ordine secondo il quale si susseguono i vari amminoacidi.
Esso è geneticamente determinato e rappresenta l’elemento
fondamentale da cui derivano i livelli
successivi di organizzazione spaziale
Val Leu Leu Asp Gly Tyr Ser Leu Val Ser

27. STRUTTURA II
La struttura secondaria consiste nel ripiegamento spaziale
geometrico e definito della catena amminoacidica e può
essere di tre tipi fondamentali: alfa elica, foglietto beta o ansa.
La struttura II assunta dalle varie parti della catena rpoteica
dipende dalla natura degli amminoacidi interessati ed è
stabilizzata da interazioni deboli tra le catene laterali (es
legami idrogeno tra gruppi polari

28. STRUTTURA III
La struttura terziaria rappresenta la struttura finale, la FORMA
DEFINITIVA assunta nello spazio dall’intera catena polipeptidica.
Tale struttura è in genere stabilizzata da interazioni deboli tra le
catene laterali degli amminoacidi (legami idrogeno) o da legami
covalenti forti (legami disolfuro S-S).
In molti casi la struttura III rappresenta il grado definitivo di
organizzazione e la proteina ottenuta è perfettamente funzionante. In
genere proteine globulari hanno funzione enzimatica, proteine con
funzione di sostegno hanno ivece forma allungata.
Trattamenti chimici o
fisici forti possono alterare la
struttura proteica in modo
irreversibile, tale processo
è detto DENATURAZIONE
(evidente è la cottura
delle uova o della carne

29. Trattamenti chimici o fisici drastici possono
modificare in modo irreversibile la forma
della proteina (rompendo per esempio i
legami covalenti S-S), la proteina perde
così anche la sua capacità di funzionare.
Il processo che altera irreversibilmente
la forma e la funzione proteica viene detto
denaturazione.
Tale processo è evidente per esempio
nella cottura delle uova o della carne

30. STRUTTURA IV
In molti casi le proteine, assunta la struttura III definitiva, sono
perfettamente funzionanti. In altri casi invece più proteine
devono associarsi in un grande complesso proteico per poter
svolgere la loro funzione.
La struttura IV rappresenta proprio l’associazione di più
catene proteiche, denominate in tal caso SUBUNITA’ del
complesso proteico.
L’emoglobina, deputata
trasporto dei gas respiratori
nel sangue, è costutuita da
4 subunità, 2 di tipo A e
2 di tipo B
(indicata come A2B2)

31. Gli ACIDI NUCLEICI: DNA e RNA
DNA e RNA sono detti acidi nucleici perché hanno
natura acida e perché sono conservati nel nucleo
delle cellule. Hanno la funzione di conservare,
trasmettere ed esprimere le informazioni genetiche,
necessarie a definire le caratteristiche di ciascun
vivente.
Sia il DNA (acido deossiribonucleico) che l’RNA
(acido ribonuclaico) sono POLIMERI DEI
NUCLEOTIDI

32. Ciascun nucleotide, il monomero degli acidi nucleici, è
costituito da
-zucchero: RIBOSIO nel RNA o DEOSSIRIBOSIO nel DNA
-gruppo fosfato
-base azotata.
Le basi azotate sono molecole ad anello con carbonio e azoto.
Le purine (adenina o guanina) sono costituite da due anelli a 5 e 6
termini; le pirimidine (timina, citosina ed uracile) sono costituite da
un solo anello a 6 termini.
La catena nucleotidica assume struttura a doppia elica nel DNA
o a singola elica nel RNA