indice
CHIMICA
Cos’è
uscita
Perché si studia
Come si studia
Cliccami !
La chimica si studia perché…





Con la sua conoscenza possiamo meglio controllare le
reazioni chimiche che ci coinvolgono nella vita di tutti i
giorni
Ci permette di comprendere come funziona il nostro
organismo ed i valori nutrizionali della dieta
Permette di comprendere i problemi ambientali relativi al
clima
L’industria chimica controlla la produzione metalmeccanica,
alimentare, farmaceutica, tessile…quindi la nostra vita!
E inoltre…
La chimica si studia perché…

… per gli studenti è una disciplina
scolastica che aiuta alla
comprensione delle altre
discipline scientifiche!
La chimica si suddivide in …










Chimica fisica
Chimica analitica qualitativa
Chimica analitica quantitativa
Chimica generale
Chimica inorganica
Chimica organica
Biochimica
Chimica nucleare
Merceologia
………………….
La chimica-fisica si occupa delle
variazioni energetiche coinvolte nelle
trasformazioni della materia
La chimica analitica qualitativa si
occupa delle analisi chimiche-fisiche
che aiutano al riconoscimento dei
campioni in esame di cui si ricerca
l’identità.
Ne sono un esempio l’analisi alla fiamma
dei metalli.
La chimica analitica quantitativa si
occupa delle analisi chimico-fisiche che
aiutano a determinare la quantità dei
reagenti e/o dei prodotti a noi noti.
Sono diversi i metodi per determinare
piccole quantità o grandi quantità.
La chimica generale si occupa dei
diversi aspetti della disciplina comuni
alla chimica inorganica, organica e
biochimica.
Si occupa della materia nei suoi aspetti
e trasformazioni.
Esempi: velocità delle reazioni chimiche,
cambiamenti di stato, proprietà della
materia…
La chimica inorganica si occupa delle
trasformazioni della materia che forma
tutto ciò che è inanimato sul nostro pianeta.
Si occupa cioè della composizione e
trasformazione delle rocce, dell’aria e delle
nostre acque e delle loro interazioni.
In genere le molecole sono di piccole dimensioni rispetto a
quelle della chimica organica
La chimica organica si occupa
delle
trasformazioni della materia formata dai
composti del carbonio derivati dal petrolio e dalla
decomposizione dei viventi.
È la chimica degli idrocarburi, cioè molecole formate
da catene più o meno lunghe di carbonio e idrogeno
saldate tenacemente fra loro con legami covalenti.
Rappresentanti fra queste molecole sono i combustibili come il
metano, i composti aromatici come le fragranze dei profumi
e gli inquinanti come la diossina.
La biochimica si occupa delle molecole che
formano i viventi.
Tali molecole sono chiamate “macromolecole”
per le loro dimensioni.
Appartengono ai composti organici presenti
nei viventi.
Tali molecole sono i protidi, i glucidi, i lipidi
e gli acidi nucleici.
La chimica nucleare si occupa
* della identificazione e trasformazione delle
particelle subatomiche
* della trasformazione del nucleo dell’atomo in
reazioni che si classificano in
* fissione nucleare
* fusione nucleare
* decadimento radioattivo
Le reazioni di fissione nucleare riguardano la rottura del nucleo
dell’atomo.
Cambiando il numero di protoni al suo interno, l’atomo si
trasforma in un altro elemento.
Tali reazioni richiedono notevole energia di attivazione ma ne
rilasciano quantità ancora maggiori.
Tali reazioni avvengono :
* spontaneamente sulla superficie del sole.
* provocate dall’uomo nelle centrali per la produzione di energia utile.
* provocate dall’uomo per ottenere propellenti utili alle missioni
spaziali
* provocate dall’uomo per l’innesco di bombe atomiche a fusione a scopi
bellici
Le reazioni di fusione nucleare riguardano l‘unione di due nuclei
atomici.
Cambiando il numero di protoni al suo interno, l’atomo si
trasforma in un altro elemento.
Tali reazioni richiedono notevole energia , maggiore ancora di
quella necessaria alla attivazione della fissione ma attivata dalle
stesse, ne rilasciano quantità ancora maggiori.
Se potessimo produrla nelle centrali nucleari non avremmo
problemi di scorie radioattive, ma ancora l’uomo non è riuscito
ancora a controllare l’energia liberata da tali reazioni..
Tali reazioni avvengono :
* spontaneamente nel nucleo del sole e di ogni altra stella attiva: è qui
che si producono gli elementi che sono presenti sul nostro pianeta
* provocate dall’uomo, come bombe nucleari, soprattutto a scopi bellici
Decadimento radioattivo
Merceologia
La Chimica è…

… lo studio delle trasformazioni della
materia
La materia è …



Tutto ciò che ha massa
Tutto ciò che occupa spazio
Tutto ciò che possiede energia
La materia si trova
Allo stato puro
 Aggregata

La materia è fatta …
…da unità elementari
chiamati atomi
La materia possiede proprietà



Organolettiche
Fisiche
chimiche
PROPRIETÀ
ORGANOLETTICHE



Colpiscono i nostri sensi
Sono soggettive
Si distinguono in:
Colore
Sapore
Odore
Suono (o rumore)
Tatto
PROPRIETA’ FISICHE



Le proprietà fisiche sono oggettive
Sono invariabili per quel campione
Sono misurate con le grandezze intensive
Ecco alcuni esempi
ESEMPI DI ROPRIETÀ FISICHE







temperatura di fusione/solidificazione
temperatura di ebollizione/condensazione
attrazione alla calamita
Peso specifico
densità
calore specifico
calore latente
Le proprietà chimiche della
materia riguardano


Il comportamento della stessa in presenza di altri
campioni di materia diversa
Sono esempi:
La capacità di formare o no soluzioni con
l’acqua
La capacità di reagire o no con l’O2
La materia si presenta
allo stato fisico



Solido
Liquido
Gassoso
La materia si definisce solida
quando ha:


Forma propria
Volume proprio
La materia si definisce liquida
quando ha:


Volume proprio
Forma non propria ma del recipiente
in cui è contenuta
La materia si definisce gassosa
quando ha:


Volume non proprio
Forma non propria
Le trasformazioni della
materia possono essere


Chimiche
Fisiche
Le trasformazioni chimiche sono
cambiamenti radicali della materia che
cambia così le proprie proprietà
chimiche, fisiche e organolettiche
Le trasformazioni fisiche riguardano i
cambiamenti di stato di aggregazione della
materia e coinvolgono solo
le proprietà organolettiche
e alcune proprietà fisiche
di ciò se ne occupa la chimica-fisica
Cambiamenti di stato




Avvengono grazie ai cambiamenti di temperatura
del sistema, cioè grazie agli apporti o sottrazioni
di energia termica
Durante il cambiamento di stato si verifica la
sosta termica
Variano alcune proprietà fisiche fra cui la densità
ed il peso specifico della materia
Ecco i nomi corrispondenti ai vari cambiamenti
Cambiamenti di stato
Stato fisico
iniziale
Stato fisico
finale
Solido
Fusione
Liquido
Liquido
Solidificazione
Solido
Liquido
Evaporazione
Ebollizione
Aeriforme
Aeriforme
Condensazione
Liquido
Solido
Sublimazione
Aeriforme
Aeriforme
Brinamento
Solido
L’evaporazione riguarda solo la
superficie del liquido e richiede
una temperatura inferiore a
quella di ebollizione.
La materia allo stato puro è
definita sostanza



Può essere semplice o composta
È esprimibile con una formula chimica
Il concetto di purezza è differente
dal punto di vista chimico o da quello
merceologico
Le sostanze semplici sono formate da un
unico elemento anche se è un aggregato di più
atomi.
Sono esempi:
Fe un atomo di ferro
O2 molecola di ossigeno
Le sostanze composte sono formate da atomi
di diversi elementi .
Sono esempi:
Fe(0H)3
H2O
molecola di idrossido di ferro, cioè
della ruggine
molecola dell’acqua
CH3CH2 0H
molecola dell’alcol etilico
responsabile dell’ebbrezza provocata
dalle bevande alcoliche
Sia le sostanze semplici che quelle composte, purché formate
da più atomi, indifferentemente se uguali o diversi, sono
formate da molecole, cioè aggregati di atomi saldati tra loro da
legami più o meno forti.
Tali molecole vengono scritte con formule chimiche che
esprimono, con simboli e numeri, la presenza degli elementi che
la compongono ed il rapporto quantitativo tra essi.
I simboli corrispondenti a tali elementi sono ritrovabili sulla
tavola periodica degli stessi.
Le nomenclature che permettono la lettura della formula sono
la I.U.P.A.C. e la tradizionale.
I composti binari
si classificano poi in base alla presenza combinata di
ossigeno, idrogeno, metallo, non metallo o alogeno
Non viene considerata la presenza dei gas nobili in quanto
presenti soltanto nelle sostanze semplici
Vediamo i tipi di composti possibili
ossigeno e metallo
ossigeno e non metallo
idrogeno e metallo
idrogeno ed alogeno
metallo ed alogeno
idrogeno e ossigeno
idrogeno e azoto
I composti binari
si classificano poi in base alla presenza combinata di
ossigeno, idrogeno, metallo, non metallo o alogeno
Non viene considerata la presenza dei gas nobili in quanto
presenti soltanto nelle sostanze semplici
Vediamo i tipi di composti possibili
ossigeno e metallo
ossigeno e non metallo
idrogeno e metallo
idrogeno ed alogeno
metallo ed alogeno
idrogeno e ossigeno
idrogeno e azoto
ossigeno e metallo






Formano composti chiamati ossidi-basici, secondo la
nomenclatura I.U.P.A.C., o più semplicemente ossidi,
secondo la nomenclatura tradizionale
Sono prodotti dalla reazione del metallo con l’ossigeno.
Reagiscono con l’acqua formando idrossidi
Il metallo è scritto rigorosamente a sinistra della formula
Possono esistere più ossidi dello stesso metallo
Es.: FeO ossido ferroso, Fe2O3 ossido ferrico
CuO ossido rameico Cu2O ossido rameoso
ossigeno e non metallo






Formano composti chiamati ossidi-acidi, secondo la
nomenclatura I.U.P.A.C., o più semplicemente anidridi,
secondo la nomenclatura tradizionale
Sono prodotti dalla reazione del non metallo con l’ossigeno.
Reagiscono con l’acqua formando ossiacidi
Il non metallo è scritto rigorosamente a sinistra della
formula
Possono esistere più anidridi dello stesso non metallo
Es.: SO2 anidride solforosa
SO3 anidride solforica
idrogeno e metallo




Sono composti difficili a trovarsi in natura
Sono chiamati idruri
È sempre il metallo ad occupare il posto a sinistra
della formula
Sono un esempio
CaH2
idruro di calcio
NaH
idruro di sodio
AlH3
idruro di alluminio
idrogeno e alogeno






Sono composti pericolosi per l’elevata reattività: provocano
ustioni ai tessuti umani, bucano i tessuti dell’abbigliamento,
sono potenti disinfettanti
Formano composti chiamati idracidi, ma anche acidi binari
ed acidi alogenati
Reagiscono con gli idrossidi per formare Sali
Sono prodotti dalla reazione dell’idrogeno con l’alogeno
L’idrogeno occupa la posizione sinistra della formula
Es.: HCl acido cloridrico più comunemente conosciuto nella
sua forma impura ad uso domestico con il nome di acido
muriatico
Metallo ed alogeno




Questi composti sono chiamati sali alogenati
Possono essere prodotti dalla reazione di un acido
alogenato con un idrossido o dalla reazione di un
ossido-acido (anidride) con un ossido-basico
Sono sali solubili riccamente presenti nelle acque
Es.: NaCl cloruro di sodio più comunemente
conosciuto come “sale da cucina”, si estrae dal
mare e dalle miniere di salgemma
Idrogeno ed ossigeno



Il composto più famoso è l’acqua che si esprime con la
formula H2O, da non confondere con l’acqua che si beve,
essendo quest’ultima una soluzione con H2O come solvente.
La presenza di entrambi gli elementi impedisce una chiara
classificazione del composto anche perché esso si discosta
dalle proprietà di ciascuna classe a cui dovrebbe
appartenere
Non dobbiamo dimenticare l’acqua ossigenata
H2O2 ancora oggi utile disinfettante proprio per la sua
instabilità nella produzione di Ossigeno nascente
Idrogeno ed azoto
L’azoto è un non metallo qualsiasi, non un alogeno
Si combina con l’idrogeno utilizzando la valenza negativa,
ma non forma l’idracido ma l’ ammoniaca
N2 + 3H2  2NH3
un composto basico dove l’azoto si scrive a sinistra della
formula perché in soluzione innalza il pH e non rilascia H+,
anzi lo acquisisce con la seguente reazione:
NH3 + H+  NH4+
che forma lo ione ammonio
I composti ternari si classificano in



Idrossidi
Ossiacidi
Sali
Gli idrossidi





sono caratterizzati dalla presenza del gruppo funzionale
ossidrile OH- e dalla presenza del metallo scritto
rigorosamente a sinistra della formula
si ottengono dalla reazione dell’ossido-basico con l’acqua
Reagiscono con gli ossidi-acidi per produrre Sali ed acqua
Messi in soluzione innalzano il pH della stessa
Ecco un esempio : Ca(OH)2 idrossido di calcio
LiOH idrossido di litio
Gli ossiacidi





Sono caratterizzati dalla presenza del residuo
acido (non metallo e ossigeno) e dal non metallo
scritto rigorosamente a sinistra della formula
Sono il prodotto della reazione dell’ossido-acido
con l’acqua
Reagiscono con gli idrossidi per formare sali ed
acqua
In soluzione acquosa abbassano il pH della stessa
Sono un esempio H2SO4 acido solforico
Sali ternari





detti anche ossigenati
Sono formati da metallo, non metallo e ossigeno
Sono il prodotto della reazione di neutralizzazione tra un
ossiacido ed un idrossido
NaOH + HNO3  NaNO3 + H2O
possono essere il prodotto della sintesi tra ossido-basico e
ossido-acido
Na2O + N2O3  2 NaNO3
Possono conservare acidità o basicità anche se sono neutri
es.: NaClO candeggina sale basico
CuSO4 verderame
sale acido
I composti quaternari
sono sali particolari formati da quattro elementi.
Eccoli:
Sali doppi: sono formati con due metalli; esempio:
LiKCO3 carbonato di litio e potassio
Sali acidi: conservano ancora la capacità di liberare
idrogeno ancora incluso nella molecola; abbassano il pH.
es.: NaHCO3 carbonato acido di sodio
Sali basici: conservano ancora la capacità di liberare
ossidrili; innalzano il pH
es.:CaOHNO3 nitrato basico di calcio
I nucleotidi
sono monomeri che nascono dall’
“assemblamento” dei seguenti composti
organici ed inorganici:
Un gruppo fosfato
Un monosaccaride:
il desossiribosio nel DNA
il ribosio negli RNA
Una base azotata
Adenina, Guanina ,Citosina o Timina nel DNA
Adenina, Guanina ,Citosina od Uracile negli RNA
Acidi nucleici
Sono macromolecole polimeri dei nucleotidi
Eccoli :
DNA acido desossiribonucleico
mRNA acido ribonucleico messaggero
rRNA acido ribonucleico ribosomiale
t RNA acido ribonucleico di trasferimento
DNA

È presente in tutte le cellule dei viventi:
nelle cellule procariote è presente nel citoplasma
Nelle cellule eucariote è presente nel
Nucleo
Nei mitocondri
Nei cloroplasti





È sede del patrimonio genetico della cellula
È responsabile della sua replicazione
È sede del controllo di tutta l’attività cellulare
È la molecola che forma cromatina e cromosomi
È la molecola che forma i geni
RNA
Sono responsabili della sintesi proteica
agiscono in sequenza formando proteine
Si distinguono in

RNA messaggero (mRNA)
Trasporta il messaggio genetico dal DNA nucleare
citoplasma dove verrà tradotto
in proteina

RNA ribosomiale (rRNA)

forma i ribosomi sui quali si distende l’mRNA
RNA di trasferimento (tRNA)
recluta gli amminoacidi e li trasporta al
tRNA
al
La materia si può aggregare
formando


Miscugli omogenei
Miscugli eterogenei
Miscugli omogenei
Nei miscugli omogenei i componenti sono
mescolati in modo molto “profondo” tanto che
essi perdono alcune proprietà e non sono più
distinguibili fra loro
Miscugli omogenei liquidi sono
chiamati soluzioni.
Le soluzioni hanno


Un solvente liquido
Uno o più soluti che si possono
presentare sia allo stato solido, sia
liquido che gassoso
I componenti di un miscuglio
omogeneo si separano
sfruttando le diverse
temperature dei
cambiamenti di stato
Miscugli eterogenei
I miscugli eterogenei sono quelli più facili da
individuare perché in genere i diversi componenti
che li costituiscono si riconoscono nettamente,
talvolta anche ad occhio nudo.
I componenti di un miscuglio eterogeneo si
separano mediante metodi empirici.
I più comuni sono:





La filtrazione
La centrifugazione
La sedimentazione
La cromatografia
La separazione con la calamita
appendice
Proprietà soggettive
Proprietà oggettive
I.U.P.A.C.
Grandezze intensive
Grandezze estensive
Calore specifico
Calore latente
Energia termica
Grandezze


Intensive:
rimangono costanti al variare della massa o
del volume del campione
Estensive:
cambiano in base al volume e/o alla massa
del campione
Proprietà soggettive
Dipendono dalla sensibilità dell’osservatore.
Un daltonico può distinguere due oggetti
diversi ma non attribuire gli stessi colori
rispetto ad un individuo normale
Un sordo non sente il suono del campione ma
non vuol dire che questo non emetta suoni.
Proprietà oggettive



Dipendono dalla materia
Sono indipendenti dall’osservatore
Sono indipendenti dall’ambiente
International
Union
Pure
Applied
Chemistry
of
and
La materia è …
La materia si trasforma
La materia si aggrega
reazioni fisiche
reazioni chimiche
miscugli
composti
La materia è formata da…..
indice
La chimica si classifica in …
Le reazioni chimiche si classifica in …
appendice
Troverai diverse icone nelle finestre .Eccone il significato:
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dell
Acidi Nucleici
Tecniche di ingegneria genetica
ITIS Sobrero Casale Monferrato
Elisabetta Gaita
DNA e RNA
Il DNA è formato da una
sequenza di nucleotidi;
ogni nucleotide è formato
da uno zucchero, il ribosio,
un gruppo fosforico ed
una base azotata.
L’RNA differisce dal DNA
per una base azotata, al
posto della timina è
presente l’uracile.
Struttura secondaria del DNA
La struttura secondaria non è casuale ma
è dovuta ai legami ad idrogeno che si
formano tra le basi
Struttura dell’RNA
La molecola dell’RNA è costituita da un’unica catena,
che non si dispone nè in modo continuo né in modo
disordinato.
La catena presenta accoppiamento tra segmenti di
basi lontane e di basi vicine dello stesso filamento,
per cui si producono dei tratti di doppia elica e delle
strutture a tornanti.
La struttura secondaria dell’RNA coinvolge ripiegamento e
accatastamento delle basi.
Struttura dell’RNA
L’RNA ha struttura
secondaria
differente secondo
la funzione del tipo
di molecola.
Ci sono tre tipi di
RNA:
RNA
messaggero
RNA transfer
RNA ribosomiale
RNA transfer
Tipi di RNA
RNA MESSAGGERO: Esso è solo una piccolissima parte dell’RNA totale. Ha una
vita media di 2 – 24 ore negli eucarioti e di 2 – 3 minuti nei procarioti. Esso contiene
sequenze ribonucleotidiche che codificano per sequenze aminoacidiche di proteine. Ha
la funzione di trasportare l’informazione genetica dal DNA ai ribosomi. E’ presente
sotto forma di singola elica.
RNA RIBOSOMIALE: Nel citoplasma, i ribosomi rappresentano il più abbondante
materiale, costituito di ribonucleoproteine, cioè di complessi di acido nucleico ribosomiale
(rRNA) con numerose proteine. I ribosomi si possono isolare rompendo le cellule e
centrifugando il materiale in un ultracentrifuga, centrifuga analitica ad alta velocità. Le
varie frazioni si possono separare grazie alla diversa velocità di sedimentazione, e vengono
appunto indicate con le Unità Svedberg (S): 1S = 10-13 secondi.
RNA TRANSFER: Sono le molecole che trasportano gli aminoacidi al ribosoma ed è
formato da tratti a doppia elica che, avvolgendosi su se stessa, forma delle
caratteristiche anse a singola elica. Ha la funzione di appaiare ad ogni tripletta di
mRNA un determinato aminoacido.
Sintesi proteica
La sintesi proteica si
compone di 3 passaggi:
 TRASCRIZIONE
 TRADUZIONE
 MODIFICAZIONI
post-trascrizionali
PROCESSI POST
TRASCRIZIONALI
Quando il ribosoma incontra la tripletta di stop si ha
il distacco dell’mRNA e della proteina, quindi la
cellula provvede alla deformilazione, cioè la scissione
enzimatica della formil metionina.
A volte le proteina possono essere glicosilate, cioè
legate covalentemente ad un carboidrato ed alcuni
aminoacidi possono essere fosforilati, ad esempio la
tirosina.
Infine l’mRNA viene idrolizzato e libera i suoi
nucleotidi.
Il plasmide
Il plasmide è un frammento
circolare di DNA
extracromosomiale,
contenente geni per specifiche
proprietà (come la resistenza
agli antibiotici), contenuto in
molti batteri.
Solitamente in laboratorio si
utilizzano plasmidi standard,
che contengono al loro interno
siti attivi per determinati
enzimi di restrizione.
Estrazione plasmidica
Per poter manipolare il plasmide è necessario innanzi tutto estrarlo dalla
cellula.
La lisi della cellula batterica può avvenire in due modi:
 Alcalina
 Al calore
Entrambi i metodi si basano sull’utilizzo di un enzima, il lisozima, che digerisce
la parete cellulare. Nella lisi al calore, dopo aver aggiunto l’enzima si provvede
alla bollitura, mentre nella lisi alcalina occorre aggiungere alcali, EDTA,
detergente (SDS o Triton X-100) al fine di solubilizzare la parete, e soda.
Mediante l’aggiunta di soda si procede alla denaturazione di tutto il DNA
presente nella cellula, cioè sia DNA genomico che plasmidico. La denaturazione
mediante soda del DNA genomico risulta irreversibile, in quanto la catena è
troppo lunga per essere rinaturata perfettamente. Quindi si procede alla
neutralizzazione della soluzione mediante tampone acetato di potassio/acido
acetico che permette la rinaturazione della doppia elica.
Per isolare il DNA così estratto è necessario farlo precipitare mediante l’uso di
isopropanolo o etanolo.
Enzimi di restrizione
Sono enzimi di origine
batterica, presenti nella
cellula come sistemi
immunitari primitivi, sono cioè
utilizzati dal batterio per
tagliare DNA estraneo che
entri nella cellula.
Ogni enzima può tagliare più
volte sullo stesso plasmide a
seconda del numero di siti
riconosciuti ed è tanto più
specifico quanto maggiore è il
numero di basi riconosciute.
Tipi di taglio
Esistono due tipi di taglio:
 Sticky ends o estremità
appiccicose, sono complementari
e possono essere riattaccate
enzimaticamente ad un altro
prodotto dello stesso enzima di
restrizione.
 Blunt ends: sono tagli
simmetrici della sequenza,
anche in questo caso è possibile
la riunione enzimatica dei due
frammenti.
La PCR
La PCR può essere definita come una reazione
d’amplificazione in vitro di un segmento specifico per
mezzo di un enzima.
Nella reazione sono coinvolti tre segmenti di acidi
nucleici: lo stampo di DNA a doppia elica, che deve
essere amplificato, e due primers oligonucleotidi a
singolo filamento, che fiancheggiano il segmento stampo.
Inoltre sono presenti una componente proteica (DNA
polimerasi), appropriati deossiribonucleotidi, un tampone
e dei sali.
Le fasi della PCR
La reazione PCR standard
consiste di 30-40 cicli.
I cicli di reazione sono tutti
uguali tranne il primo, che ha
una fase di denaturazione
prolungata e l’ultimo, che ha
una fase di estensione
prolungata per consentire la
completa polimerizzazione di
tutte le molecole.