Sostanze inorganiche




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ppunti di Biologia – 1: la cellula

Appunti di Biologia

Prof. Pier Giulio Cantara


COMPOSIZIONE CHIMICA DELLA MATERIA VIVENTE


La materia vivente, quella che forma gli esseri viventi è costituita da atomi, i quali, a loro volta, sono formati da protoni, neutroni ed elettroni.

Gli atomi si uniscono per costituire le molecole. Nella materia vivente ci sono due tipi di molecole: quelle organiche e quelle inorganiche. Le molecole organiche sono quelle tipiche degli organismi viventi (organico deriva da organismo). Le molecole inorganiche sono le altre, quelle che si trovano anche nell’ambiente non vivente, come il suolo, l’atmosfera, il mare ecc.

Sostanze inorganiche


Sono l’acqua e i sali minerali.

L’acqua (H2O) è fondamentale per la vita, tant’è che viene ricercata su altri corpi celesti, perché essa può indicare l'eventuale presenza di vita.

Il 60% del peso di un uomo adulto è costituito dall’acqua, nei neonati la quantità arriva all’80%, in alcuni animali come le meduse al 98%. L'acqua è importante perché: (a) tutte le altre sostanze, inorganiche ed organiche sono disciolte in essa; (b) le reazioni chimiche che caratterizzano la vita avvengono in ambiente acquoso; (c) l’acqua stessa partecipa ad alcune di esse come le reazioni di idrolisi e quelle di condensazione.




Fig.1 Molecole d’acqua


I sali minerali sono fondamentali poiché sono utilizzati per lo svolgimento di compiti importantissimi, o sono costituenti strutturali, come nel tessuto osseo, la cui sostanza intercellulare è impregnata di sali di calcio.

Sostanze organiche


Sono i Carboidrati, i Lipidi, le Proteine, gli Acidi Nucleici e le Vitamine.

Carboidrati

I Carboidrati, detti anche Glucidi o Idrati di carbonio o Zuccheri, sono sostanze ternarie, cioè formate da tre elementi: carbonio (C), idrogeno (H) e ossigeno (O), si chiamano carboidrati o idrati di carbonio perché quando si fece per la prima volta l’analisi di queste sostanze si trovò che ad ogni C corrispondono 2 H e 1 O e, dato che 2 H ed 1 O formano una molecola d’acqua, si pensò che queste sostanze fossero formate da atomi di C a ciascuno dei quali era legata una molecola d’acqua. In seguito si è scoperto che in realtà, nei carboidrati H e O non formano acqua.

Si chiamano anche Glucidi o Zuccheri perché hanno un sapore dolce.

Si distinguono zuccheri semplici (monosaccaridi) e zuccheri complessi ( disaccaridi e polisaccaridi).

I monosaccaridi hanno la molecola formata da un certo numero di atomi di C (p. es. 5 o 6 o 7, e allora si avranno rispettivamente dei pentosi, degli esosi, degli eptosi), ai quali sono legati atomi di H e gruppi OH (ossidrili). Caratteristico dei monosaccaridi è anche il gruppo funzionale carbonile (C==O), tipico delle aldeidi e dei chetoni. Si distinguono perciò due tipi di monosaccaridi: aldosi e i chetosi (a seconda che il gruppo carbonilico sia aldeidico o chetonico). Per esempio il glucosio e il fruttosio sono ambedue degli esosi, ma il primo è un aldoso, mentre il secondo è un chetoso. Un altro aldo-esoso è il galattosio.

Altri due monosaccaridi importantissimi sono il ribosio (del RNA) e il desossiribosio (del DNA), essi sono dei pentosi.

Alcuni monosaccaridi sono: il glucosio che è lo zucchero più comune (si trova, oltre che da solo, anche nei di- e poli-saccaridi), il fruttosio che si trova nella frutta, il galattosio che si trova nello zucchero del latte (che è un disaccaride), il ribosio e il desossiribosio che si trovano negli acidi nucleici.




Fig.2 formule cicliche di monosaccaridi


I disaccaridi hanno la molecola formata dall’unione di 2 monosaccaridi, esempi sono: il saccarosio o invertosio o levulosio, che è quello che chiamiamo semplicemente zucchero, formato da glucosio + fruttosio; il lattosio (zucchero del latte), formato da glucosio + galattosio; il maltosio (zucchero del malto) formato da glucosio + glucosio.



Fig.3 sintesi di un disaccaride


I polisaccaridi hanno la molecola formata da molti monosaccaridi, sono delle macromolecole (grandi molecole), polimeri naturali; i più comuni sono l’amido, la cellulosa e il glicogeno, essi sono formati da molecole di glucosio unite fra loro.

L’amido si trova nelle piante, che lo producono e lo accumulano come sostanza di riserva energetica.

La cellulosa si trova anch’essa nelle piante verdi, è un costituente strutturale della parete cellulare.

Il glicogeno si trova negli animali e nei funghi, i quali lo utilizzano come sostanza di riserva energetica.

I carboidrati sono molto importanti da un punto di vista alimentare: la dieta mediterranea è basata su alimenti amilacei (pasta, pane, pizza)


Lipidi

I lipidi o grassi sono anch’essi sostanze ternarie, formate da C, H e O, ma in rapporti diversi che negli zuccheri.

Si distinguono lipidi semplici e lipidi complessi.

I lipidi semplici sono i trigliceridi, la cui molecola è formata da glicerolo (o glicerina): un polialcol al quale sono unite 3 molecole di acidi grassi.

Gli acidi grassi possono essere saturi (hanno solo legami semplici) o insaturi (hanno dei doppi legami).

Se i trigliceridi contengono solo acidi grassi saturi sono solidi a temperatura ambiente (burro, strutto, burro cacao), se contengono acidi grassi insaturi sono liquidi a temperatura ambiente (olio d’oliva, olio di semi, olio di fegato di merluzzo).

La margarina deriva da oli che vengono solidificati mediante un processo industriale consistente nel trasformare i doppi legami in legami semplici (ciò si ottiene addizionando H).

Fig.4 acidi grassi



Esempio di lipidi complessi sono le ammine e i fosfolipidi. Questi ultimi sono formati da glicerolo più 2 molecole di acidi grassi più 1 molecola di acido fosforico. Essi sono costituenti strutturali della membrana cellulare.

Sono lipidi anche gli steroidi, come il colesterolo o gli ormoni sessuali.




Fig. trigliceridi


Proteine

Le proteine o protidi sono sostanze quaternarie, formate cioè da quattro elementi: C, H, O e N. Sono delle macromolecole, dei polimeri formati dall’unione di molti monomeri (unità di struttura). I monomeri delle proteine si chiamano amminoacidi.




Gli amminoacidi sono delle molecole organiche particolari, che posseggono contemporaneamente un gruppo acido (-COOH) o gruppo carbossilico e un gruppo basico (-NH2) o gruppo amminico, da cui il nome ammino-acidi.

Fig.5 amminoacido



Due amminoacidi si uniscono mediante un legame che si forma fra il gruppo carbossilico del primo amminoacido e il gruppo amminico del secondo:

Nella formazione di questo legame si libera una molecola d’acqua.

(I due amminoacidi differiscono per il radicale R (R1 e R2) (il radicale è un frammento di molecola organica).


Il legame che unisce due amminoacidi si chiama legame peptidico. Due amminoacidi formano un dipeptide.


Al secondo amminoacido se ne può legare un terzo, si forma così un tripeptide, poi un quarto, un quinto e così via. Molti amminoacidi formano un polipeptide (poli = molti). Una proteina è praticamente un polipeptide.


In natura ci sono 20 aminoacidi e tutte le proteine di un organismo e quelle di tutti gli organismi viventi sono formate dai 20 amminoacidi.

Due proteine differiscono sostanzialmente nella sequenza degli amminoacidi, così come due collanine di perline colorate differiscono nella successione dei colori.




Fig.6 sintesi di un dipeptide


In una proteina si riconoscono quattro livelli strutturali:

  1. Struttura primaria (sequenza degli amminoacidi)

  2. Struttura secondaria (il filamento formato dagli amminoacidi può avvolgersi a formare un’elica: alfa-elica)

  3. Struttura terziaria (l’alfa-elica può formare un gomitolo)

  4. Struttura quaternaria (formata dall’unione di due o più unità proteiche)





Fig.7 i livelli strutturali delle proteine



Ci sono due tipi di proteine:

    • Proteine strutturali

    • Proteine funzionali


Le proteine strutturali formano le strutture delle cellule.

Le proteine funzionali regolano le funzioni delle cellule, sono i cosiddetti enzimi.

Gli enzimi sono dei catalizzatori biologici: essi regolano le reazioni chimiche che avvengono negli esseri viventi.

Un enzima è formato da una proteina e da una parte non proteica il cosiddetto coenzima.

Gli enzimi prendono nome dalle reazioni chimiche che catalizzano con la desinenza asi, p.es. idrolasi, transaminasi, perossidasi ecc.; prendono anche nome dalle sostanze che costituiscono il substrato su cui agiscono: p.es. le proteasi digeriscono le proteine, le amilasi l’amido, le lipasi i lipidi, la lattasi il lattosio ecc.

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