LA COMPOSIZIONE CHIMICA DI UNA
CELLULA BATTERICA
4 % ioni, piccole molecole
2 % fosfolipidi
1 % DNA
6 % RNA
15 % proteine
2 % polisaccaridi
Cellula batterica
Molecole costituenti, in media, una cellula procariotica (E. coli)
Composto
Acqua
proteine
Acidi nucleici
DNA
RNA
% in peso
N° di specie
molecolari
Peso molecolare
(dalton)
Numero di
molecole
71
15
1
~3.000
18
20.000-40.000
40 miliardi
1 miliardo
1
6
1
~1.000
circa 3 miliardi
25.000-1 milione
1
mezzo milione
3
0,4
~200
~100
150
120
200 milioni
30 milioni
0,4
2
0,2
1
~200
~50
~200
~20
300
750
150
40
12 milioni
25 milioni
15 milioni
250 milioni
Piccoli composti organici
Carboidrati e precursori
Aminoacidi e precursori
Nucleotidi e precursori
Lipidi e precursori
Altri
Ioni inorganici
I BIOELEMENTI
MENO COMUNI
COMUNI
Elemento
Elemento
Simbolo
Sodio
Na
Magnesio
Mg
Fosforo
P
Simbolo
Idrogeno
H
Carbonio
C
Zolfo
S
Azoto
N
Cloro
Cl
Ossigeno
O
Potassio
K
Calcio
Ca
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:
a. 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
c. 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.
d. 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
ossigeno
idrogeno
O
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?
1. Composti ionici (sali)
2. Composti polari (carboidrati, idrofiliche
aminoacidi, nucleotidi)
3. Composti apolari
4. Composti anfipatici
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.
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
UNA PARTICELLA LDL
(LOW DENSITY
TRASPORTO DELLE
MOLECOLE APOLARI
LIPOPROTEIN)
trasporto del colesterolo
nel sangue mediante LDL
UNA PARTICELLA LDL
(Low Density Lipoprotein)
Estere del
colesterolo
Doppio strato
lipidico
Proteine di
superficie
(apo B)
MOLECOLE
ANFIPATICHE
Si tratta di
molecole che
contengono
una porzione
POLARE (e
quindi solubile
in acqua) ed
una porzione
APOLARE (e
quindi
insolubile in
acqua).
MICELLA
FILM
MONOMOLECOLARE
MEMBRANA A DOPPIO
STRATO MOLECOLARE