Biologia 1

La molecola d'acqua ha formula H_2O e contiene un atomo di ossigeno legato a due atomi di idrogeno.

Significa che gli elettroni condivisi tra l'idrogeno e l'ossigeno non sono equamente condivisi, ma tendono a passare più tempo sull'ossigeno, che li attira maggiormente.

L'ossigeno possiede una parziale carica negativa (\delta^-), mentre l'estremità volta verso l'idrogeno presenta una parziale carica positiva (\delta^+). Questo è dovuto al fatto che l'ossigeno è più elettronegativo.

La molecola d'acqua ha una struttura a forma di "V" (piegata) dovuta anche alle coppie di elettroni non condivise sull'ossigeno, con un angolo di circa 105^\circ.

È fortemente polare perché i due legami H-O sono polari e la molecola è piegata. Questo porta a due parziali cariche positive in corrispondenza dei due atomi di idrogeno e due parziali cariche negative in corrispondenza delle coppie di elettroni libere dell'atomo di ossigeno.

Sono le coppie di elettroni dell'atomo di ossigeno che non partecipano ai legami covalenti con l'idrogeno. Sono importanti per la forma angolare della molecola.

I legami a idrogeno si formano tra una molecola d'acqua e un'altra vicina. Si instaurano tra un atomo fortemente elettronegativo (ossigeno) di una molecola e un atomo di idrogeno (carica parziale positiva, \delta^+) di un'altra molecola.

L'acqua ha un alto calore specifico grazie ai legami a idrogeno, che richiedono molta energia per essere rotti. Questo le permette di assorbire e rilasciare grandi quantità di calore con piccole variazioni di temperatura, proteggendo gli organismi dalle fluttuazioni termiche.

La tensione superficiale e la coesione derivano dalla capacità delle molecole d'acqua di formare numerosi legami a idrogeno tra loro, creando una "rete" che le tiene unite.

La capillarità è la capacità dell'acqua di salire in tubi sottili, come negli alberi, grazie alla coesione (attrazione tra molecole d'acqua) e all'adesione (attrazione tra acqua e altre superfici).

Quando l'acqua si congela, le molecole si dispongono in una struttura cristallina più ordinata e spaziosa, con i legami a idrogeno stabili. Questo rende il ghiaccio meno denso dell'acqua liquida, facendolo galleggiare e fornendo isolamento per gli organismi acquatici.

L'acqua è un solvente eccellente per molte sostanze polari e ioniche grazie alla sua polarità. Le sue molecole possono circondare ioni e molecole, rompendo i legami e disperdendole, formando soluzioni acquose essenziali per le reazioni chimiche negli organismi.

Il pH è una misura dell'acidità o della basicità di una soluzione acquosa, che indica la concentrazione di ioni idrogeno (H^+).

I monosaccaridi sono i carboidrati più semplici (zuccheri semplici), costituiti da un singolo monomero. Un esempio è il glucosio (C_6H_{12}O_6).

La scala del pH va da 0 a 14. Un pH da 0 a <7 indica acidità, un pH = 7 indica neutralità, e un pH da >7 a 14 indica basicità (o alcalinità).

Un acido è una sostanza che aumenta la concentrazione di ioni idrogeno (H^+) in una soluzione. Una base è una sostanza che diminuisce la concentrazione di ioni idrogeno (H^+), spesso rilasciando ioni idrossido (OH^-).

Le soluzioni tampone sono miscele di un acido debole e della sua base coniugata (o viceversa) che resistono ai cambiamenti di pH quando vengono aggiunti acidi o basi. Sono vitali per mantenere il pH quasi costante negli organismi viventi (es. sangue).

Le biomolecole sono molecole complesse prodotte dagli organismi viventi. Le quattro classi principali sono carboidrati, lipidi, proteine e acidi nucleici.

Un monomero è una piccola molecola che si lega ad altre simili per formare una molecola più grande, il polimero. Le biomolecole sono spesso polimeri.

* Carboidrati: monosaccaridi
* Proteine: amminoacidi
* Acidi nucleici: nucleotidi

* Possiedono una precisa struttura tridimensionale, essenziale per la loro funzione.
* Possiedono proprietà chimiche specifiche determinate dalla loro composizione, importanti per le reazioni biologiche.
Sezione: Il Contesto del Carbonio e Gruppi Funzionali

Il carbonio forma legami covalenti forti con altri atomi (inclusi altri atomi di carbonio) e può formare lunghe catene, anelli o ramificazioni, creando una grande varietà di molecole complesse.

Gli idrocarburi sono composti organici formati solo da atomi di carbonio e idrogeno. Costituiscono lo "scheletro" delle biomolecole.

I gruppi funzionali sono gruppi di atomi legati allo scheletro carbonioso di una molecola che le conferiscono proprietà chimiche specifiche, rendendole reattive e influenzandone il comportamento biologico.

Idrossile (-OH), Carbonile (C=O), Carbossile (-COOH), Amminico (-NH2), Fosfato (PO4), Solfidrilico (-SH), Metilico (-CH3).
Sezione: Isomeria e Idrolisi delle Biomolecole

Gli isomeri sono molecole con la stessa formula chimica (stessi atomi in stesse proporzioni) ma con gli atomi legati in modo diverso, risultando in strutture e proprietà differenti.

* Isomeri di struttura: differiscono nella disposizione degli atomi della catena carboniosa.
* Isomeri geometrici: differiscono nella disposizione di atomi o gruppi attorno a un doppio legame. (anche se il testo menziona solo la "posizione del doppio legame" senza approfondire il termine geometrico)

L'idrolisi è una reazione in cui l'acqua viene aggiunta per rompere un legame covalente, dividendo un polimero nei suoi monomeri costituenti. (Nel testo si fa riferimento a "macromolecole si formano per condensazione e si scindono per idrolisi", indicando che l'idrolisi è il processo inverso alla condensazione che forma i polimeri).

I carboidrati sono la principale fonte di energia a breve termine per le cellule e forniscono materiale strutturale per la costruzione delle cellule.

Monosaccaridi, disaccaridi, oligosaccaridi e polisaccaridi.

disaccaridi sono composti da due monosaccaridi uniti tra loro tramite un legame glicosidico.

Gli oligosaccaridi sono composti da pochi (tipicamente 3-9) monosaccaridi uniti da legami glicosidici.

I polisaccaridi sono polimeri complessi composti da centinaia o migliaia di monosaccaridi. Servono come riserve energetiche (es. amido, glicogeno) o come materiali di costruzione (es. cellulosa).

L'amido è un polisaccaride di riserva energetica nelle piante. Il glicogeno è un polisaccaride di riserva energetica negli animali (immagazzinato principalmente nel fegato e nei muscoli)

La cellulosa è un polisaccaride strutturale che forma le pareti cellulari delle piante. Non è digeribile dagli esseri umani perché non abbiamo gli enzimi adatti per rompere i suoi legami.

Le proteine svolgono numerose funzioni: sostegno strutturale, trasporto, catalisi enzimatica, movimento, difesa immunitaria, regolazione (es. ormoni).

Le proteine sono polimeri (polipeptidi) formati da monomeri chiamati amminoacidi.

Ogni amminoacido contiene:
* Un gruppo amminico (NH_2)
* Un gruppo carbossilico (COOH)
* Un atomo di idrogeno
* Una catena laterale (gruppo R), che differenzia i vari amminoacidi.

Il legame peptidico è un legame covalente che unisce il gruppo carbossilico di un amminoacido al gruppo amminico di un altro amminoacido, con l'eliminazione di una molecola d'acqua (reazione di condensazione).

Struttura primaria, struttura secondaria, struttura terziaria e struttura quaternaria.

La struttura primaria è la sequenza lineare e specifica degli amminoacidi che compongono la catena polipeptidica.

La struttura secondaria deriva dalla formazione di legami a idrogeno tra gli amminoacidi della stessa catena polipeptidica, che portano a conformazioni ripetitive come l'\alpha-elica (a spirale) o il foglietto eta-ripiegato.

La struttura terziaria è la conformazione tridimensionale complessiva della singola catena polipeptidica, determinata dalle interazioni tra i gruppi R delle catene laterali (legami idrogeno, ionici, ponti disolfuro, interazioni idrofobiche).

La struttura quaternaria si forma quando due o più catene polipeptidiche (subunità) si associano tra loro per formare una proteina funzionale più grande.

I lipidi svolgono diverse funzioni importanti, tra cui riserva energetica, isolamento, protezione degli organi e formazione delle membrane biologiche.

Grassi (trigliceridi), fosfolipidi e steroidi.

I grassi sono molecole di grandi dimensioni formate da una molecola di glicerolo e tre molecole di acidi grassi, unite tramite una reazione di condensazione.

Gli acidi grassi saturi non hanno doppi legami carbonio-carbonio e sono "saturi" di atomi di idrogeno. Sono tipicamente solidi a temperatura ambiente. Gli acidi grassi insaturi contengono uno o più doppi legami carbonio-carbonio, che causano ripiegamenti nella catena. Sono tipicamente liquidi a temperatura ambiente (oli).

I fosfolipidi sono lipidi che costituiscono le membrane cellulari. Sono composti da un glicerolo, due acidi grassi e un gruppo fosfato. Sono anfipatici, cioè hanno una "testa" idrofila (che ama l'acqua) e una "coda" idrofoba (che teme l'acqua).

Gli steroidi sono lipidi caratterizzati da uno scheletro carbonioso a quattro anelli fusi. Un esempio importante è il colesterolo, un precursore di altri steroidi come gli ormoni sessuali e la vitamina D.

Il DNA (acido desossiribonucleico) contiene l'informazione genetica ereditaria, mentre l'RNA (acido ribonucleico) è coinvolto nell'espressione genica, nel trasporto di amminoacidi e nella regolazione.

Gli acidi nucleici sono polimeri di nucleotidi.

Ogni nucleotide è formato da:
* Uno zucchero a cinque atomi di carbonio (desossiribosio nel DNA, ribosio nell'RNA).
* Un gruppo fosfato.
* Una base azotata.

Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C) e Timina (T).

Nel DNA le basi sono A, G, C, T. Nell'RNA la Timina (T) è sostituita dall'Uracile (U).

La molecola di DNA è formata da due filamenti di nucleotidi avvolti a spirale. I due filamenti sono uniti tra loro da legami a idrogeno tra le basi azotate, seguendo la regola di appaiamento specifico: l'adenina si appaia solo con la timina (A-T) e la guanina solo con la citosina (G-C).