Concetti di base nella chimica degli esseri viventi.

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1 Concetti di base nella chimica degli esseri viventi

2 ELEMENTI E COMPOSTI Elementi: sostanze formate da un solo tipo di atomi Composti: sostanze formate da 2 o più atomi Molecole: particelle che costituiscono i composti

3 ELEMENTI PRESENTI IN MAGGIORE QUANTITA’ NELLA MATERIA VIVENTE
BIOELEMENTI Ossigeno (O) - Carbonio (C) Idrogeno (H) - Azoto (N) Fosforo (P) - Zolfo (S) Tutti insieme costituiscono oltre il 95% della materia vivente ELEMENTI ESSENZIALI PRESENTI COME IONI Calcio (Ca2+) - Potassio (K+) Sodio (Na+) - Cloro (Cl-) Magnesio (Mg2+) ELEMENTI PRESENTI IN TRACCE Ferro (Fe) - Rame (Cu) Manganese (Mn) - Zinco (Zn) Iodio (I) Fluoro (F) Silicio (Si) -

4 LE BIOMOLECOLE LE BIOMOLECOLE sono composti organici, in genere ad alto peso molecolare, appartenenti a quattro classi principali. Proteine Carboidrati Lipidi Acidi nucleici

5 LE INTERAZIONI DEBOLI Le interazioni molecolari reversibili (non covalenti) sono alla base della vita. Le interazioni deboli sono fondamentali nella replicazione del DNA, nel corretto ripiegamento tridimensionale degli RNA e delle proteine. Le interazioni deboli hanno 1/20 della forza dei legami covalenti I tipi fondamentali di legami non covalenti sono: legami elettrostatici forze di Van der Waals legami idrogeno

6 Esempi di interazioni elettrostatiche:
LEGAMI ELETTROSTATICI Queste interazioni possono essere di reciproca attrazione o repulsione a seconda del segno (uguale o diverso) delle cariche elettriche coinvolte. Esempi di interazioni elettrostatiche: Es: interazione tra 2 aminoacidi carichi presenti nella stessa proteina Es: interazione tra 2 aminoacidi carichi, uno sull’enzima e l’altro sulla proteina substrato La forza di queste interazioni è data dalla Legge di Coulomb F= D (q1x q2) /r2 q1 e q2 sono le cariche coinvolte r è la distanza che le separa D è la costante dielettrica caratteristica del mezzo (es. l’acqua)

7 Forze di van der Waals Forze di attrazione intermolecolare non specifiche. Coinvolgono atomi che si trovano a distanza di 3-4 Å. Dovute a distribuzione asimmetrica di carica attorno al nucleo. Dovute al fatto che: In ogni istante la distribuzione della carica elettronica (dovuta alla nube di elettroni) attorno al nucleo di un atomo non è perfettamente omogenea. Atomi vicini possono indurre una polarizzazione della configurazione elettronica.

8 Ci sono zone con minore densità di carica negativa
e quindi più “positive” (i protoni del nucleo sono carichi positivamente) E zone con maggiore densità di carica negativa e quindi più “negative” (dove la nube elettronica, carica negativamente, è più densa)

9 Questa asimmetria temporanea di carica induce la comparsa di
una asimmetria simile in atomi adiacenti e ne provoca l’attrazione Atomo A Atomo B

10 LEGAMI IDROGENO Tipo di legame in cui un atomo di idrogeno è condiviso da due atomi (fortemente elettronegativi) entrambi con grossa affinità per l’idrogeno.  + = addensamento di cariche +  - = addensamento di cariche - Legami direzionali Singolarmente molto deboli possono essere numerosissimi in una macromolecola o fra macromolecole Emivita brevissima Mentre alcuni si rompono molti altri si possono formare

11 ACQUA (H2O) Pur essendo un composto inorganico, l’acqua è un componente essenziale e spesso preponderante di tutte le cellule e degli organismi. Contenuto d’acqua del corpo umano adulto (60%) del neonato (75%). Ha notevole influenza su tutte le interazioni molecolari nei sistemi biologici È una molecola polare È elettricamente neutra Presenta una distribuzione asimmetrica delle cariche (dipolo)

12 - (addensamento cariche -)
La nube elettronica presente attorno ai due atomi H è attratta dall’atomo di O. I protoni presenti nei nuclei degli atomi di H non sono più “schermati” dai loro elettroni, e risultano polarizzati positivamente (+). Attorno all’atomo di O si sviluppa una densità di carica negativa (-). - (addensamento cariche -) - O + + H H + + (addensamento cariche +)

13 4) L’acqua è altamente coesiva
Le molecole di acqua sono molto affini tra loro e si orientano in modo da formare più legami H possibili. O Legami H