Concetti di base
nella chimica
degli esseri viventi
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
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) -
LE BIOMOLECOLE
LE BIOMOLECOLE sono composti organici, in
genere ad alto peso molecolare, appartenenti a
quattro classi principali.
Proteine
Carboidrati
Lipidi
Acidi nucleici
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
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)
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.
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)
Questa asimmetria temporanea di carica
induce la comparsa di
una asimmetria simile in atomi adiacenti e
ne provoca l’attrazione
Atomo A
Atomo B
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
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
1) È una molecola polare
2) È elettricamente neutra
3) Presenta una distribuzione asimmetrica delle
cariche (dipolo)
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 (-).
-
H
+
+
O
- (addensamento cariche -)
+
H
+ (addensamento cariche +)
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
O
O
O
O
Legami H