Unità 1
Le molecole della vita
In apertura: Lattosio, sì o no?
 Latte e latticini sono cibi
nutrienti, ricchi di proteine
e minerali
 Per milioni di persone, però,
i benefici di questi alimenti
sono accompagnati da
problemi: sono infatti
intolleranti al lattosio, lo
zucchero principale del latte
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2
In apertura: Lattosio, sì o no?
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 Per assorbire il lattosio, le cellule dell’intestino tenue
devono produrre un enzima, la lattasi, in grado di
accelerare la demolizione del lattosio
3
In apertura: Lattosio, sì o no?
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 Chi è intollerante al lattosio produce una quantità
insufficiente di lattasi
4
In apertura: Lattosio, sì o no?
 La maggior parte degli esseri umani non produce
lattasi in età adulta
 La capacità di digerire da adulti è dovuta a una
mutazione genetica
 9000 anni fa, questa
mutazione si diffuse
tra le popolazioni
del nord Europa,
quando iniziarono ad
allevare bestiame
da latte
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5
Lezione 1
ELEMENTI, COMPOSTI E LEGAMI
6
1.1 Tutti gli organismi sono costituiti da circa 25
elementi chimici
 Gli organismi sono costituiti da materia
 La materia è tutto ciò che occupa spazio e ha
massa (peso)
– La materia è composa da elementi chimici
– Elemento: una sostanza che non può essere separata
chimicamente in altre sostanze
– Gli elementi chimici naturali conosciuti sono circa 90
– Per la vita sono fondamentali circa 25 elementi
– Gli elementi in tracce sono essenziali per l’organismo,
ma solo in quantità minime
7
1.1 Tutti gli organismi sono costituiti da circa 25
elementi chimici
Check
Quali sono i quattro elementi chimici più abbondanti
nella materia vivente?
8
1.2 Gli atomi sono costituiti da protoni, neutroni ed
elettroni
 L’atomo è la più piccola unità di materia che
conserva ancora le proprietà di un elemento
– L’atomo può essere scisso in più di cento tipi di
particelle subatomiche, ma solo tre sono importanti per
i composti biologici
– Protone: carica elettrica positiva
– Elettrone: carica elettrica negativa
– Neutrone: elettricamente neutro
9
1.2 Gli atomi sono costituiti da protoni, neutroni ed
elettroni
 Nel nucleo, neutroni e protoni sono a stretto
contatto
 Gli elettroni orbitano intorno al nucleo quasi alla
velocità della luce
– L’attrazione tra la carica positiva dei protoni e la carica
negativa degli elettroni li trattiene vicino al nucleo
– Protoni e neutroni hanno dimensioni impossibili da
rappresentare correttamente in scala
– Se l’atomo di elio fosse uno stadio, il suo nucleo sarebbe una
mosca al centrocampo, e gli elettroni due moscerini che
ronzano intorno allo stadio
10
1.2 Gli atomi sono costituiti da protoni, neutroni ed
elettroni
 Gli atomi dei vari elementi differiscono per il
numero di particelle subatomiche
 Tutti gli atomi di un dato elemento hanno lo stesso
numero di protoni, indicato dal numero atomico
– Un atomo di elio ha due protoni: numero atomico 2
– Un atomo di carbonio ha sei protoni: numero atomico 6
11
Nube elettronica
6e–
Nucleo
6
Protoni
6
Neutroni
6
Elettroni
Numero
atomico = 6
12
Nube elettronica
6e–
Nucleo
6
Protoni
6
Neutroni
6
Elettroni
Numero
di massa = 12
13
1.2 Gli atomi sono costituiti da protoni, neutroni ed
elettroni
 Solo gli elettroni sono coinvolti nell’attività chimica
 Gli elettroni si dispongono su livelli di energia
chiamati gusci elettronici
– La tavola periodica degli elementi contiene informazioni
sulla disposizione degli elettroni nei vari elementi
14
1.2 Gli atomi sono costituiti da protoni, neutroni ed
elettroni
 Un atomo può avere uno, due o più gusci
elettronici
– Le proprietà chimiche di un atomo sono determinate
dal numero di elettroni nel guscio più esterno
– Il primo guscio elettronico può ospitare fino a due
elettroni, quelli più esterni fino a otto
15
1.3 Gli atomi si uniscono per formare molecole
tramite legami chimici
 Gli atomi con il guscio esterno completo sono più
stabili di quelli con guscio esterno incompleto
– Per raggiungere la massima stabilità un atomo può
donare, condividere, ricevere elettroni
– Questo determina interazioni tra gli atomi chiamate
legami chimici
16
1.3 Gli atomi si uniscono per formare molecole
tramite legami chimici
Check
 Quanti elettroni e quanti gusci elettronici ha un
atomo di sodio?
 Quanti sono gli elettroni nel suo guscio esterno?
17
1.3 Gli atomi si uniscono per formare molecole
tramite legami chimici
 Quando un atomo, o una molecola, acquisiscono
una o più cariche elettriche diventano ioni
– La perdita di un elettrone determina l’acquisto di una
carica positiva
– Il guadagno di un elettrone dona una carica negativa
 Due ioni con carica opposta si attraggono
– Quando l’attrazione è abbastanza forte da legarli si
forma un legame ionico
18
Trasferimento
di un elettrone
Na
Atomo di sodio
Cl
Atomo di cloro
19
Trasferimento
di un elettrone
Na
Atomo di sodio
Cl
Atomo di cloro
+
–
Na+
Ione sodio
Cl–
Ione cloruro
Cloruro di sodio (NaCl)
20
Na+
Cl–
21
1.3 Gli atomi si uniscono per formare molecole
tramite legami chimici
Check
Che cosa tiene uniti gli atomi in un cristallo di cloruro
di sodio (NaCl)?
22
1.3 Gli atomi si uniscono per formare molecole
tramite legami chimici
 In un legame covalente due atomi condividono
una o più coppie di elettroni
– Due o più atomi uniti da legami covalenti formano una
molecola
23
24
1.3 Gli atomi si uniscono per formare molecole
tramite legami chimici
Check
La seguente formula di struttura è sbagliata: sai dire
perché?
H–C=C–H
25
1.4
Le particolari proprietà dell’acqua
favoriscono la vita
esplorando
 In una molecola gli atomi sono in costante
competizione per gli elettroni condivisi nei legami
– L’elettronegatività è l’attrazione che un atomo
esercita sugli elettroni condivisi
– Più un atomo è elettronegativo, maggiore è la forza con
cui attira gli elettroni
26
1.4
Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono
la vita
esplorando
 Nelle molecole formate da un solo elemento gli
atomi esercitano un’uguale attrazione sugli
elettroni
– Di conseguenza, si formano legami covalenti puri (o
non polari)
27
1.4
Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono
la vita
esplorando
 Gli atomi che formano la molecola di acqua hanno
invece una diversa elettronegatività
– L’ossigeno attrae gli elettroni con più forza rispetto
all’idrogeno
– Gli elettroni passano quindi più tempo vicino all’atomo
di ossigeno
– In questo modo si genera un legame covalente
polare
28
1.4
Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono
la vita
esplorando
 Nell’acqua, l’ossigeno acquista una parziale carica
negativa, mentre gli atomi di idrogeno acquistano
una parziale carica positiva
– L’acqua è dunque una molecola polare, ha cioè una
ineguale distribuzione delle cariche
29
(–)
(–)
O
H
(+)
H
(+)
30
1.4
Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono
la vita
esplorando
Check
Perché è improbabile che due molecole di acqua
vicine si dispongano come illustrato?
31
1.4
Le particolari proprietà dell’acqua
favoriscono la vita
esplorando
 Alcuni legami chimici sono più deboli di quelli
covalenti
 Quando è parte di un legame covalente polare, un
atomo di idrogeno può interagire con atomi
elettronegativi
– Per esempio ossigeno e azoto
 Si forma in questo modo un legame idrogeno
– Una molecola di acqua forma legami idrogeno con le
molecole d’acqua adiacenti
32
Legame idrogeno
33
1.4
Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono
la vita
esplorando
Check
Che cosa permette alle molecole di acqua vicine di
stabilire legami idrogeno?
34
1.4
Le particolari proprietà dell’acqua
favoriscono la vita
esplorando
 La tendenza delle molecole di una sostanza a
restare unite tra loro è detta coesione
– Grazie ai legami idrogeno nell’acqua la coesione è molto
più forte che nella maggior parte degli altri liquidi
– Questa caratteristica è assai importante per gli esseri
viventi
– Le piante dipendono dalle forze di coesione per il trasporto
dell’acqua e delle sostanze nutritive
35
1.4
Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono
la vita
esplorando
 Una forza connessa alla coesione è la tensione
superficiale, una misura della resistenza alla
deformazione della superficie di un liquido
– I legami idrogeno conferiscono all’acqua una tensione
superficiale insolitamente alta
36
1.4
Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono
la vita
esplorando
Check
Sai spiegare in che modo l’acqua risale attraverso il
fusto dei fiori recisi posti in un vaso?
37
1.4
Le particolari proprietà dell’acqua
favoriscono la vita
esplorando
 Grazie ai suoi legami idrogeno, l’acqua ha una
elevata resistenza alle variazioni di temperatura
– Il calore è l’energia associata al movimento degli atomi
e delle molecole nella materia
– La temperatura misura la velocità media degli atomi e
delle molecole
 Nel caso dell’acqua, parte dell’energia assorbita
serve per spezzare i legami idrogeno
38
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39
1.4
Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono
la vita
esplorando
Check
Perché nei mesi estivi l’umidità sembra rendere le
giornate più calde?
40
1.4
Le particolari proprietà dell’acqua
favoriscono la vita
esplorando
 L’acqua esiste in natura allo stato gassoso, liquido
e solido
– Quando si trova allo stato solido l’acqua è meno densa
di quando è allo stato liquido: questo è dovuto ai legami
idrogeno
41
1.4
Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono
la vita
esplorando
 Quando l’acqua ghiaccia, ogni molecola forma
legami idrogeno stabili con quattro molecole vicine
– Si crea un reticolo tridimensionale
– Le molecole sono poste a distanza regolare
 Il ghiaccio è meno denso dell’acqua e quindi
galleggia
42
Legami idrogeno
Ghiaccio
I legami idrogeno
sono stabili
Acqua allo stato liquido
I legami idrogeno si spezzano
e si riformano in continuazione
43
1.4
Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono
la vita
esplorando
Check
Perché la frattura delle rocce può essere causata dal
congelamento dell’acqua contenuta nelle loro
fessure?
44
1.4
Le particolari proprietà dell’acqua
favoriscono la vita
esplorando
 Una soluzione è un miscuglio omogeneo di due
o più sostanze
– L’agente che scioglie è chiamato solvente
– La sostanza che viene sciolta è chiamata soluto
 Se il solvente è l’acqua, si parla di soluzione
acquosa
45
1.4
Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono
la vita
esplorando
 L’acqua è un ottimo solvente grazie alla polarità
delle sue molecole
 Questa proprietà è fondamentale per la vita
– Il sale da tavola si scioglie facilmente in acqua
– Gli ioni sodio e cloro e le molecole d’acqua si attraggono
reciprocamente grazie al fatto che possiedono cariche
opposte
46
Ione in
soluzione
Cristallo
di sale
47
1.4
Le particolari proprietà dell’acqua favoriscono
la vita
esplorando
Check
Che cos’è una soluzione acquosa?
48
1.5 La diversità delle molecole che caratterizzano
la vita si fonda sulle proprietà del carbonio
 Quasi tutte le molecole sintetizzate dalle cellule
sono composte da atomi di carbonio legati tra loro
e con atomi di altri elementi
– Queste molecole a base di carbonio sono chiamate
composti organici
– Un atomo di carbonio può formare fino a quattro legami
– In questo modo può formare ramificazioni in quattro
direzioni
49
1.5 La diversità delle molecole che caratterizzano la
vita si fonda sulle proprietà del carbonio
 Il metano (CH4) è una delle molecole organiche più
semplici
– Quattro atomi di idrogeno sono legati a un atomo di
carbonio mediante quattro legami covalenti
– Ognuno dei quattro trattini nella formula di struttura
rappresenta una coppia di elettroni condivisa
50
Formula
di struttura
Modello a sfere
e bastoncini
modello
molecolare
Metano
I quattro legami del carbonio puntano verso i vertici
di un immaginario tetraedro
51
1.5 La diversità delle molecole che caratterizzano
la vita si fonda sulle proprietà del carbonio
 Il metano e i composti costituiti esclusivamente da
carbonio e idrogeno sono chiamati idrocarburi
– Gli atomi di carbonio, legati a quelli di idrogeno,
si uniscono tra loro formando catene di varia lunghezza
52
1.5 La diversità delle molecole che caratterizzano
la vita si fonda sulle proprietà del carbonio
 La catena di atomi di carbonio in una molecola
organica è chiamata scheletro carbonioso
– Gli scheletri carboniosi possono essere lineari oppure
ramificati
– Composti con la stessa formula molecolare, ma con
struttura diversa sono chiamati isomeri
53
1.5 La diversità delle molecole che caratterizzano
la vita si fonda sulle proprietà del carbonio
Check
Perché gli isomeri hanno la stessa formula
molecolare (ovvero lo stesso tipo e numero
di atomi) ma proprietà differenti?
54
1.6 Alcuni gruppi chimici determinano le proprietà
dei composti organici
 Le proprietà esclusive di ogni composto organico
dipendono da
– Dimensioni e forma del suo scheletro carbonioso
– Gruppi di atomi (gruppi funzionali) a esso legati
 I gruppi funzionali influenzano in modo specifico
l’esito delle reazioni chimiche
55
1.6 Alcuni gruppi chimici determinano le proprietà
dei composti organici
 I composti che contengono gruppi funzionali polari
tendono a essere idrofili (“amanti dell’acqua”)
– Sono dunque solubili in acqua, una condizione
essenziale per esplicare il loro importante ruolo nei
processi vitali
56
1.6 Alcuni gruppi chimici determinano le proprietà
dei composti organici
 I gruppi funzionali sono
– Gruppo ossidrilico OH: un atomo di idrogeno legato
a un atomo di ossigeno
– Gruppo carbonilico: un atomo di carbonio è legato
un atomo di ossigeno da un doppio legame
– Gruppo carbossilico: un atomo di carbonio unito
a un atomo di ossigeno, con un doppio legame,
e a un gruppo ossidrilico, con un legame semplice
– Gruppo amminico: un atomo di azoto legato
a due atomi di idrogeno e a uno scheletro carbonioso
– Gruppo fosfato: costituito da un atomo di fosforo
legato a quattro atomi di ossigeno
57
58
59
60
1.6 Alcuni gruppi chimici determinano le proprietà
dei composti organici
 Un esempio di composti simili che differiscono solo
per i gruppi funzionali è quello di due ormoni
sessuali:
– L’estradiolo è l’ormone sessuale femminile
– Il testosterone è l’ormone sessuale maschile
– Nonostante differiscano solo per i gruppi funzionali sono
in grado di guidare lo sviluppo dei caratteri sessuali maschili
o femminili
61
Estradiolo
Leonessa
Testosterone
Leone
62
Estradiolo
Leonessa
63
Testosterone
Leone
64
1.6 Alcuni gruppi chimici determinano le proprietà
dei composti organici
Check
Tra i seguenti gruppi funzionali, quali non contengono
carbonio?
 Carbonilico
 Carbossilico
 Fosfato
 Metilico
 Ossidrilico
 Amminico
65
1.7 Le cellule sintetizzano grandi molecole a partire
da un numero limitato di molecole più piccole
 Le grandi molecole biologiche si dividono
in quattro classi principali
– Carboidrati
– Lipidi
– Proteine
– Acidi nucleici
66
1.7 Le cellule sintetizzano grandi molecole a partire
da un numero limitato di molecole più piccole
 Date le notevoli dimensioni, queste molecole sono
indicate dai biologi come macromolecole
 Le cellule sintetizzano la maggior parte delle
macromolecole unendo molecole più piccole
in catene chiamate polimeri
 Le unità che costituiscono i polimeri sono chiamate
monomeri
67
1.7 Le cellule sintetizzano grandi molecole a partire
da un numero limitato di molecole più piccole
 La cellula sintetizza una grande varietà di polimeri
partendo da un numero ridotto di monomeri
– Le proteine sono costruite utilizzando solo venti
amminoacidi diversi, mentre per il DNA bastano quattro
basi azotate
 I monomeri utilizzati dalle cellule sono comuni
a tutti gli organismi
68
1.7 Le cellule sintetizzano grandi molecole a partire
da un numero limitato di molecole più piccole
 Le cellule uniscono i monomeri per “costruire” i
polimeri mediante reazioni di condensazione
 Per demolire i polimeri, le cellule compiono una
reazione di idrolisi
 Queste reazioni necessitano dell’aiuto di enzimi,
proteine specializzate che accelerano le reazioni
chimiche cellulari
69
Polimero a catena breve
Monomero
libero
70
Polimero a catena breve
Monomero
libero
Reazione
di disidratazione
Polimero più lungo
71
72
Idrolisi
73
1.7 Le cellule sintetizzano grandi molecole a partire
da un numero limitato di molecole più piccole
Check
Con quali reazioni gli amminoacidi che fanno parte
delle proteine di un formaggio vengono riassemblati
per formare le proteine del nostro corpo?
74
Lezione 2
I CARBOIDRATI
75
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1.8 I monosaccaridi sono i carboidrati più semplici
 I carboidrati sono una classe di molecole di
dimensioni molto varie
– Dalle piccole molecole dello zucchero sciolto nelle
bibite…
– … alle grandi molecole di amido, un polisaccaride
presente nella pasta e nelle patate
77
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78
1.8 I monosaccaridi sono i carboidrati più semplici
 In genere la formula molecolare di un
monosaccaride è un multiplo della semplice
formula CH2O
 Diversi monosaccaridi differiscono solo nella
disposizione degli atomi (sono isomeri)
– Differenze apparentemente trascurabili come queste
conferiscono agli isomeri proprietà diverse
 I monosaccaridi, in particolare il glucosio, sono il
principale combustibile chimico della cellula
79
Glucosio
(un aldoso)
Fruttosio
(un chetoso)
80
Formula
di struttura
Formula
semplificata
Struttura
semplificata
81
1.8 I monosaccaridi sono i carboidrati più semplici
Check
Scrivi la formula molecolare di un monosaccaride con
tre atomi di carbonio
82
1.9 Le cellule formano i disaccaridi unendo due
monosaccaridi
 La cellula sintetizza i disaccaridi a partire da due
monosaccaridi con una reazione di condensazione
– Il disaccaride più comune è il saccarosio, costituito da
glucosio e fruttosio
83
1.9 Le cellule formano i disaccaridi unendo due
monosaccaridi
Check
Il lattosio, il disaccaride del latte, è costituito da
glucosio e galattosio. La formula di entrambi questi
monosaccaridi è C6H12O6
– Qual è la formula molecolare del lattosio?
84
Glucosio
Glucosio
85
Glucosio
Glucosio
Maltosio
86
I dolcificanti contenuti nei prodotti industriali
possono portare all’obesità?
COLLEGAMENTO
salute
 Dall’idrolisi dell’amido si ottiene glucosio, che in parte può
essere convertito in fruttosio per ottenere un dolcificante
più gustoso del solo glucosio
 Questo dolcificante, conosciuto come sciroppo di mais
ad alto contenuto di fruttosio (high-fructose corn syrup
o HFCS), è contenuto in molti prodotti industriali
– Sembra che l’incidenza di diabete di tipo 2 e di malattie croniche
associate all’aumento di peso sia cresciuta quando è aumentato
il consumo di HFSC
– Secondo gli scienziati un eccessivo consumo di dolcificanti e grassi
insieme a una ridotta attività fisica favoriscono l’aumento di peso
87
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88
1.10 I polisaccaridi sono lunghe catene
di monosaccaridi
 I polisaccaridi sono polimeri di monosaccaridi
– Sono usati dagli organismi come depositi di energia
o come composti strutturali
89
1.10 I polisaccaridi sono lunghe catene
di monosaccaridi
 Amido: polisaccaride di riserva energetica nelle
piante; è costituito da monomeri di glucosio
 Glicogeno: polisaccaride di riserva energetica
degli animali; è costituito da monomeri di glucosio
 Cellulosa: è il polimero di glucosio con cui sono
costituite le pareti cellulare nelle piante
 Chitina: è un polisaccaride con cui insetti
e crostacei costruiscono il proprio esoscheletro
90
1.10 I polisaccaridi sono lunghe catene
di monosaccaridi
 Quasi tutti i carboidrati sono idrofili a causa dei
numerosi gruppi ossidrilici presenti nei monomeri
da cui sono formati
91
Granuli di amido
in cellule di patata
Granuli
di glicogeno
nel tessuto
muscolare
AMIDO
Monomero
di glucosio
GLICOGENO
CELLULOSA
Fibrille di cellulosa nella parete
di una cellula vegetale
Legami idrogeno
Molecole
di cellulosa
92
Granuli di amido
in cellule di patata
AMIDO
Monomero
di glucosio
93
Granuli
di glicogeno
nel tessuto
muscolare
GLICOGENO
94
CELLULOSA
Fibrille di cellulosa nella parete
di una cellula vegetale
Legami idrogeno
Molecole
di cellulosa
95
1.10 I polisaccaridi sono lunghe catene
di monosaccaridi
Check
Amido e cellulosa sono due polisaccaridi di origine
vegetale; quali sono le somiglianze e le differenze
tra i due?
96
Lezione 3
I LIPIDI
97
1.11 I grassi sono lipidi impiegati principalmente
per immagazzinare energia
 I lipidi sono composti idrofobi (“temono l’acqua”)
importanti per immagazzinare energia
– Contengono il doppio di energia di un polisaccaride
 I grassi (trigliceridi) sono lipidi costituiti da
glicerolo e acidi grassi
98
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99
1.11 I grassi sono lipidi impiegati principalmente
per immagazzinare energia
 Gli acidi grassi si legano al glicerolo per
condensazione formando i trigliceridi
– Un trigliceride contiene una molecola di glicerolo legata
a tre acidi grassi
100
Glicerolo
Acido grasso
101
102
1.11 I grassi sono lipidi impiegati principalmente
per immagazzinare energia
 Alcuni acidi grassi contengono doppi legami
– Per questo si formano pieghe nella catena carboniosa
– Sono detti insaturi perché hanno un numero di atomi
di idrogeno inferiore agli acidi grassi privi di doppi
legami (saturi)
– Le pieghe degli acidi grassi insaturi impediscono alle
molecole di compattarsi e di solidificare a temperatura
ambiente
103
1.11 I grassi sono lipidi impiegati principalmente
per immagazzinare energia
Check
Che cosa sono i grassi?
104
1.12 I fosfolipidi e gli steroidi svolgono funzioni
fondamentali nelle cellule
 I fosfolipidi sono strutturalmente simili ai trigliceridi
e sono componenti fondamentali della cellula
– Sono i costituenti principali della membrana cellulare,
formata da un doppio strato di fosfolipidi
– Le “teste” idrofile, costituite dal gruppo fosfato sono rivolte
verso l’ambiente acquoso interno ed esterno
– Le “code” idrofobe, costituite dagli acidi grassi, sono
raggruppate nel mezzo
105
Teste
idrofile
Acqua
Code
idrofobe
Acqua
106
1.12 I fosfolipidi e gli steroidi svolgono funzioni
fondamentali nelle cellule
 Gli steroidi sono lipidi il cui scheletro carbonioso
è costituito da quattro anelli uniti tra loro
– Il colesterolo è un importante steroide presente
nelle membrane delle cellule animali
– È anche il materiale di partenza per sintetizzare
altri steroidi, tra cui gli ormoni sessuali
107
108
1.12 I fosfolipidi e gli steroidi svolgono funzioni
fondamentali nelle cellule
Check
 Perché gli ormoni sessuali umani sono considerati
lipidi?
109
Gli steroidi anabolizzanti sono pericolosi?
COLLEGAMENTO
salute
 Gli steroidi anabolizzanti sono varianti
sintetiche del testosterone, che determinano uno
sviluppo della muscolatura e delle ossa
– Possono essere utilizzati a fini terapeutici
– In ambito sportivo sono sfruttati (illegalmente) per
potenziare le prestazioni, ponendo gli atleti in serio
pericolo
110
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111
Lezione 4
LE PROTEINE
112
1.13 Le proteine svolgono un ruolo fondamentale
in molte strutture e funzioni cellulari
 Una proteina è un polimero costituito da
monomeri chiamati amminoacidi
– Ogni proteina ha una struttura tridimensionale unica
che corrisponde a una specifica funzione
113
1.13 Le proteine svolgono un ruolo fondamentale
in molte strutture e funzioni cellulari
 Gli enzimi sono proteine che agiscono da
catalizzatori nella cellula
 Le proteine strutturali si trovano nei peli dei
mammiferi e nelle fibre di tessuti connettivi come
i tendini e i legamenti
 Le proteine contrattili come l’actina e la miosina
si trovano nei muscoli
 Le proteine di difesa, come gli anticorpi,
contribuiscono a combattere le infezioni
114
1.13 Le proteine svolgono un ruolo fondamentale
in molte strutture e funzioni cellulari
 Le proteine regolatrici (o proteine-segnale)
sono ormoni e altri messaggeri che contribuiscono
a coordinare le attività dell’organismo
 Le proteine-recettore si trovano all’interno delle
membrane cellulari e favoriscono il riconoscimento
di particolari molecole
 Le proteine di trasporto spostano le sostanze
nel corpo
115
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116
1.13 Le proteine svolgono un ruolo fondamentale
in molte strutture e funzioni cellulari
Check
Quale, tra le macromolecole indicate, non è una proteina?
– Emoglobina
– Colesterolo
– Ovalbumina
– Lattasi
– Actina
117
1.14 Le proteine sono costituite da amminoacidi
legati mediante legami peptidici
 Tutti gli amminoacidi contengono un gruppo
amminico e un gruppo carbossilico
– Questi sono uniti da un legame covalente a un atomo di
carbonio centrale, chiamato carbonio alfa
– Al carbonio alfa sono legati anche un atomo di idrogeno
e il gruppo R, o catena laterale
118
Gruppo
amminico
Gruppo
carbossilico
119
1.14 Le proteine sono costituite da amminoacidi
legati mediante legami peptidici
 Gli amminoacidi possono essere divisi in idrofili e
idrofobi
– Quelli con un gruppo R polare sono idrofili
– Quelli con un gruppo R apolare sono idrofobi
120
1.14 Le proteine sono costituite da amminoacidi
legati mediante legami peptidici
 Gli amminoacidi (monomeri) sono uniti per
formare le catene polipetidiche (polimeri)
– Ciò avviene tramite una reazione di disidratazione
guidata da un enzima
– Il gruppo carbossilico di un amminoacido si lega al
gruppo amminico di quello successivo, liberando una
molecola di acqua
– Il legame covalente risultante si chiama legame peptidico
121
Gruppo
Gruppo
carbossilico amminico
Amminoacido
Amminoacido
122
Gruppo
Gruppo
carbossilico amminico
Amminoacido
Legame
peptidico
Reazione
di disidratazione
Amminoacido
Dipeptide
123
1.14 Le proteine sono costituite da amminoacidi
legati mediante legami peptidici
Check
Che cosa accomuna la sintesi di un dipeptide
con quella di un polisaccaride?
124
1.15 Nelle proteine si distinguono quattro livelli
strutturali
esplorando
 Una proteina può avere quattro livelli di struttura
– Struttura primaria
– Struttura secondaria
– Struttura terziaria
– Struttura quaternaria
125
1.15 Nelle proteine si distinguono quattro livelli
strutturali
esplorando
 La struttura primaria di una proteina è
rappresentata dalla sequenza di amminoacidi
– La corretta sequenza è precisamente definita dal
patrimonio genetico della cellula
– Anche un leggero cambiamento nella struttura primaria
della proteina può avere effetti sulla forma complessiva
della molecola e sulla sua funzione
126
1.15 Nelle proteine si distinguono quattro livelli
strutturali
esplorando
 La struttura secondaria di una proteina
è rappresentata dall’avvolgimento o dal
ripiegamento di parti del polipeptide
– L’avvolgimento a elica della catena polipeptidica
determina la formazione di alfa eliche
– Un particolare tipo di ripiegamento porta invece
al foglietto ripiegato (o foglietto beta)
– Queste strutture si formano grazie a legami idrogeno
che si formano a intervalli regolari lungo la catena
polipeptidica
127
Le ghiandole addominali
del ragno producono
le fibre della ragnatela,
costituite da una proteina
fibrosa ricca di foglietti beta
Le fibre radiali, rigide,
contribuiscono a fissare
la forma della ragnatela
Le fibre concentriche,
usate per catturare le prede,
sono elastiche
e conferiscono resistenza
a vento, pioggia, aggressioni
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128
1.15 Nelle proteine si distinguono quattro livelli
strutturali
esplorando
 La struttura terziaria è la forma tridimensionale
complessiva assunta da un polipeptide
– Solitamente la struttura terziaria di un polipeptide deriva
dalle interazioni tra i gruppi R dei suoi amminoacidi
– La forma di una proteina può essere ulteriormente
stabilizzata da legami covalenti chiamati ponti
disolfuro
129
1.15 Nelle proteine si distinguono quattro livelli
strutturali
esplorando
 Molte proteine sono costituite da due o più
polipeptidi (subunità) che, associandosi,
costituiscono una struttura quaternaria
– Il collagene è una proteina fibrosa con subunità
elicoidali avvolte a formare una tripla elica più spessa
– Questa struttura quaternaria conferisce alle fibre
di collagene una grande resistenza alla trazione
130
Struttura primaria
Amminoacidi
131
Struttura primaria
Amminoacidi
Legame
idrogeno
Struttura secondaria
Alfa elica
Foglietto beta
132
Struttura primaria
Amminoacidi
Legame
idrogeno
Struttura secondaria
Alfa elica
Foglietto beta
Struttura terziaria
Polipeptide
(singola subunità
di transtiretina)
133
Struttura primaria
Amminoacidi
Legame
idrogeno
Struttura secondaria
Alfa elica
Foglietto beta
Struttura terziaria
Polipeptide
(singola subunità
di transtiretina)
Struttura quaternaria
Transtiretina,
con le sue quattro
subunità identiche
134
Amminoacidi
Struttura primaria
135
Amminoacidi
Legame
idrogeno
Alfa elica
Foglietto beta
Struttura secondaria
136
Polipeptide
(singola subunità
di transtiretina)
Struttura terziaria
137
Transtiretina,
con le sue quattro
subunità identiche
Struttura quaternaria
138
1.15 Nelle proteine si distinguono quattro livelli
strutturali
esplorando
Check
Una mutazione genetica può alterare la struttura
primaria di una proteina. In che modo ciò potrebbe
incidere anche sulla funzione della proteina
interessata?
139
Lezione 5
ACIDI NUCLEICI
140
1.16 Gli acidi nucleici sono polimeri di nucleotidi
 Gli acidi nucleici (polinucleotidi) sono polimeri
costituiti da monomeri detti nucleotidi
– I nucleotidi sono composti da tre parti
– Uno zucchero a cinque atomi ci carbonio: ribosio per l’RNA,
desossiribosio per il DNA)
– Un gruppo fosfato
– Una base azotata
141
Base
azotata
(adenina)
Gruppo
fosfato
Zucchero
142
1.16 Gli acidi nucleici sono polimeri di nucleotidi
 Le basi azotate del DNA sono:
– Adenina
– Timina
– Guanina
– Citosina
 Le basi azotate dell’RNA sono:
– Adenina
– Uracile
– Guanina
– Citosina
143
1.16 Gli acidi nucleici sono polimeri di nucleotidi
 Gli acidi nucleici si formano quando più nucleotidi
si uniscono tramite condensazione
 Il gruppo fosfato di un nucleotide si lega allo
zucchero del monomero successivo
– Il risultato è uno scheletro di unità zucchero-fosfato,
da cui si proiettano le basi azotate
144
1.16 Gli acidi nucleici sono polimeri di nucleotidi
 Il DNA ha una configurazione a doppia elica: due
polinucleotidi avvolti a spirale l’uno intorno all’altro
– Le due catene sono tenute unite dai legami idrogeno
si formano tra le basi azotate appaiate
– A si appaia sempre con T
– C si appaia sempre con G
 L’RNA, solitamente, è costituito da un unico
filamento polinucleotidico
145
Coppia
di basi
azotate
146
1.16 Gli acidi nucleici sono polimeri di nucleotidi
Check
In che modo RNA e DNA cooperano a livello
funzionale?
147
1.17 La tolleranza al lattosio è un evento recente
nell’evoluzione umana
alla luce dell’evoluzione
 La maggior parte degli esseri umani smette di sintetizzare
l’enzima lattasi nella prima infanzia
 La capacità di continuare a produrlo anche in età adulta
è diffusa nelle popolazioni di origini nordeuropee
 Questo carattere è diventato comune in questo gruppo perché
vantaggioso per la sopravvivenza
 Nel clima nordeuropeo, gli esseri umani dovevano sfruttare
risorse alimentari non vegetali, tra cui latte e i latticini
 I portatori di un’alterazione genetica che permetteva
di continuare a produrre la lattasi in età adulta risultavano
avvantaggiati: perciò l’alterazione si diffuse
e fu tramandata
148
149
1.17 La tolleranza al lattosio è un evento recente
nell’evoluzione umana
alla luce dell’evoluzione
Check
Il caso dell’intolleranza al lattosio coinvolge tre delle
quattro classi principali di macromolecole organiche.
Quali sono?
150