LA COMPOSIZIONE CHIMICA DI UNA CELLULA BATTERICA 4 % ioni, piccole molecole 2 % fosfolipidi 1 % DNA 6 % RNA MACROMOLECOLE 15 % proteine 2 % polisaccaridi Cellula batterica

N° di specie molecolari Peso molecolare (dalton)   Molecole costituenti, in media, una cellula procariotica (E. coli) Composto % in peso N° di specie molecolari Peso molecolare (dalton) Numero di molecole Acqua 71 1 18 40 miliardi proteine 15 ~3.000 20.000-40.000 1 miliardo Acidi nucleici         DNA 1 1 circa 3 miliardi 1 RNA 6 ~1.000 25.000-1 milione mezzo milione Piccoli composti organici Carboidrati e precursori 3 ~200 150 200 milioni Aminoacidi e precursori 0,4 ~100 120 30 milioni Nucleotidi e precursori 0,4 ~200 300 12 milioni Lipidi e precursori 2 ~50 750 25 milioni Altri 0,2 ~200 150 15 milioni Ioni inorganici 1 ~20 40 250 milioni

I BIOELEMENTI MENO COMUNI COMUNI Elemento Simbolo Sodio Na Magnesio Mg Fosforo P Zolfo S Cloro Cl Potassio K Calcio Ca COMUNI Elemento Simbolo Idrogeno H Carbonio C Azoto N Ossigeno O

I componenti chimici della cellula possono essere classificati in componenti INORGANICI e ORGANICI I componenti inorganici comprendono l’acqua (H2O) e ioni minerali (cationi ed anioni) I cationi più importanti sono: Na+, K+, Ca++, Mg++ Gli anioni più importanti sono: Cl-, SO4--, PO4---, CO3--

Acqua H2O

IMPORTANZA BIOLOGICA DELL’ACQUA La vita ha avuto origine nell’acqua e l’acqua è essenziale per la vita: la Terra come pianeta dell’acqua; molti organismi vivono nell’acqua (mari, laghi, fiumi, stagni) b. la materia vivente ha evoluto numerosi meccanismi che sfruttano a proprio vantaggio le caratteristiche dell’acqua. Ad es., la sudorazione come mezzo per raffreddare l’organismo (l’acqua evaporando “si porta via” calore)

IMPORTANZA BIOLOGICA DELL’ACQUA l’acqua è indispensabile a tutti gli organismi viventi, che se ne devono rifornire costantemente. Gli organismi hanno sviluppato meccanismi per ridurre le perdite di acqua. l’acqua è la sostanza più abbondante nelle cellule; circa il 70-95% del peso corporeo di un organismo è costituito da acqua. La materia vivente deve essere considerata come una soluzione acquosa e. cellula come un “autoscontro”: le molecole in continuo movimento entrano in collisione e possono stabilire diversi tipi di interazioni

L’ACQUA COME SOLVENTE UNIVERSALE PER GLI ESSERI VIVENTI H idrogeno O ossigeno H idrogeno

Le proprietà dell’acqua 1) Polarità 2) Coesione 3) Adesione 4) Capillarità 5) Alto calore specifico 6) Alto calore di evaporazione 7) Tendenza a dissociarsi

1) Polarità Essa è dovuta a una diversa distribuzione delle cariche elettriche tra l’ossigeno e gli atomi di idrogeno. Essendo una molecola polare, l’acqua è un ottimo solvente per soluti ionici e polari

Estremità con una parziale carica positiva e l’altra negativa Atomo di ossigeno è più elettronegativo (tende ad attrarre gli elettroni)  parziale carica negativa; atomi di idrogeno  parziale carica positiva

2) Coesione Essa è dovuta ai legami a idrogeno tra le molecole d’acqua. La coesione spiega alcune caratteristiche dell’acqua, come la sua elevata tensione superficiale (alcuni insetti possono camminare sull’acqua) e il suo elevato punto di ebollizione.

LEGAME A IDROGENO I legami a idrogeno si formano tra un atomo di idrogeno (legato covalentemente ad un atomo elettronegativo) e un atomo elettronegativo, come ossigeno, azoto o fluoro di molecole diverse oppure della stessa molecola (legame a idrogeno intramoleolcare)

LEGAMI A IDROGENO TRA MOLECOLE D’ACQUA Ciascuna molecola d’acqua può formare legami ad idrogeno con un massimo di 4 molecole di acqua

3) Adesione L’adesione è dovuta a legami a idrogeno tra l’acqua e altre sostanze polari.

TENSIONE SUPERFICIALE DELL’ACQUA 2) Coesione + 3) Adesione I legami a idrogeno rendono l’acqua sia coesiva (tendenza delle molecole d’acqua ad attaccarsi le une alle altre) che adesiva (tendenza delle molecole d’acqua ad attaccarsi ad altri composti). La coesione delle molecole d’acqua spiega l’elevata tensione superficiale dell’acqua.

4) Capillarità Coesione e adesione dell’acqua spiegano il fenomeno della capillarità, cioè la capacità di risalire all’interno di tubi molto stretti contro la forza di gravità, come si osserva nelle piante.

Le forze di adesione e di coesione dell’acqua sono responsabili dei fenomeni di capillarità, ovvero la tendenza dell’acqua a risalire all’interno di tubi molto stretti, come avviene nel caso delle piante

5) Alto calore specifico Definizione: quantità di calore che un grammo di una sostanza deve assorbire per aumentare la sua temperatura di un grado centigrado. L’acqua possiede una alto calore specifico a seguito dei numerosi legami a idrogeno tra le molecole d’acqua. Ciò consente agli organismi di mantenere relativamente costante la temperatura interna e fa sì che gli oceani e le altre masse d’acqua mantengano una temperatura costante.

6) Alto calore di evaporazione Definizione: quantità di energia necessaria per convertire un grammo di liquido in vapore. Le molecole d’acqua, quando passano allo stato di vapore, portano con loro una grande quantità di calore, determinando così un raffreddamento per evaporazione.

7) Tendenza a dissociarsi Ciò dà luogo a ioni idrogeno (protoni, H+) e ioni idrossido (OH-).

LE TRE FORME DELL’ACQUA Le tre forme dell’acqua differiscono nel grado di formazione dei legami a idrogeno vapor acqueo acqua liquida ghiaccio

Come si sciolgono le sostanze in H2O? Composti ionici (sali) Composti polari (carboidrati, aminoacidi, nucleotidi) Composti apolari Composti anfipatici idrofiliche idrofobiche

E MOLECOLE IDROFOBICHE MOLECOLE IDROFILICHE E MOLECOLE IDROFOBICHE L’acqua è un solvente di composti ionici (es., i sali) e di composti polari (carboidrati, aminoacidi, nucleotidi). Le molecole che si sciolgono in acqua sono dette idrofiliche.

E MOLECOLE IDROFOBICHE MOLECOLE IDROFILICHE E MOLECOLE IDROFOBICHE Nell’acqua non sono solubili le molecole apolari (molecole sulla cui superficie non si verifica uno sbilanciamento nella distribuzione degli elettroni). Le molecole che non sono solubili in acqua sono dette idrofobiche.

TRASPORTO DELLE MOLECOLE APOLARI trasporto dell’ossigeno nel sangue da parte dell’emoglobina

TRASPORTO DELLE MOLECOLE APOLARI (Low Density Lipoprotein) trasporto del colesterolo nel sangue mediante LDL UNA PARTICELLA LDL (Low Density Lipoprotein)

MOLECOLE ANFIPATICHE MICELLA FILM MONOMOLECOLARE Si tratta di molecole che contengono una porzione POLARE (e quindi solubile in acqua) ed una porzione APOLARE (e quindi insolubile in acqua). FILM MONOMOLECOLARE MEMBRANA A DOPPIO STRATO MOLECOLARE