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Le caratteristiche degli esseri viventi

1.   Tutti gli esseri viventi sono formati da una o più cellule. La cellula è la più piccola unità di materia vivente.

2.   Le cellule contengono informazioni ereditarie scritte in un linguaggio genetico universale - GENI (ovvero comune a tutte le diverse forme di organismi viventi - DNA), che trasmettono alla discendenza;

3.   Gli esseri viventi interagiscono con l’ambiente e tra di loro.

4.   Le cellule hanno origine da altre cellule mediante la riproduzione; Ogni essere vivente deve essere in grado di riprodursi almeno in una fase del proprio ciclo vitale, con modalità e tempi spesso differenti e propri di ogni specie, cioè deve poter generare altri organismi simili a se stesso. (riproduzione – capacità di generare altri organismi simili o identici a se stessi).

5.   Evoluzione. Gli esseri viventi hanno la capacità di accumulare nel corso del tempo delle variazioni ereditabili all’interno delle popolazioni, cioè dei cambiamenti (mutazioni) che vengono trasmessi alla propria discendenza, e grazie a questi, generazione dopo generazione riescono ad adattarsi ai cambiamenti dell’ambiente nel quale vivono.

6.   Gli organismi viventi hanno la capacità di percepire i cambiamenti dell’ambiente in cui vivono e di rispondere a questi stimoli adattandosi (vedi omeostasi).

7.   Gli esseri viventi riescono a mantenere costanti le condizioni chimico-fisiche interne anche al variare delle condizioni ambientali esterne, questa capacità prende il nome di omeostasi.

8.   Gli esseri viventi crescono e si sviluppano. Per gli organismi formati da una sola cellula, crescere significa aumentare le dimensioni di questa cellula finche non si raggiungono le dimensioni limite sopra le quali dovrà dividersi. Gli organismi formati da molte cellule, invece, crescono aumentando il numero delle loro cellule.

9.   Gli esseri viventi scambiano materia ed energia con l’ambiente esterno (metabolismo); quando questo scambio cessa completamente senza che l’organismo possa riattivarlo sopravviene la morte.
Per le proprie attività, gli esseri viventi utilizzano l’energia che prelevano dall’ambiente sotto varie forme. Le piante, ad esempio, trasformano l’energia della luce del sole (organismi autotrofi); gli animali e i funghi (eterotrofi), invece, utilizzano l’energia contenuta negli alimenti in cui si nutrono.

10.               Tutti i viventi sono comparsi per evoluzione a partire da un antenato comune.

Come si procurano l'energia gli esseri viventi? (schema semplificato)

Come sappiamo gli atomi possono unirsi tra loro a formare le molecole; se gli atomi che si legano sono uguali formeranno la molecola di un elemento (ad esempio O₂ la molecola dell’ossigeno che le piante producono e noi respiriamo), se gli atomi che si legano sono diversi formeranno la molecola di un composto (ad esempio H₂O la molecola dell’acqua formata da due atomi di idrogeno H e un atomo di ossigeno O).

Gli elementi chimici presenti negli esseri viventi

Le cellule di tutti gli organismi contengono una ventina circa di elementi chimici diversi, con gli atomi di questi elementi vengono costruite tutte le sostanze, presenti in un essere vivente, che servono al funzionamento cellulare. Gli elementi presenti in maggiore quantità sono carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto, fosforo e zolfo, che sono i costituenti delle classi principali di sostanze presenti nella cellula: proteine, glucidi, lipidi e acidi nucleici. Sono presenti in minore quantità anche altri elementi, che comunque, sono indispensabili per la vita degli organismi poiché servono a svolgere precise funzioni, ad esempio il ferro che troviamo nell’emoglobina serve per il trasporto dell’ossigeno mentre il magnesio è essenziale per la fotosintesi.

Come possiamo vedere, negli esseri viventi sono presenti molti elementi chimici, ma un uno in particolare, il carbonio C, svolge un ruolo decisivo grazie alla capacità che questi atomi hanno di legarsi tra loro per formare delle lunghe catene (anche ramificate) e nello stesso tempo legarsi anche ad atomi di altri elementi.

Vediamo alcuni esempi: l’etanolo o alcol etilico e il glucosio.

ETANOLO

In base alla presenza o all’assenza del carbonio classificheremo le molecole in organiche (contengono carbonio) e inorganiche (non contengono carbonio). Dello studio delle molecole organiche si occupa la chimica organica. Le molecole organiche sono numerosissime, più numerose delle molecole che tutti gli altri elementi possono formare legandosi tra loro.

Come detto il carbonio ha la capacità di formare molecole molto grandi e complesse, che vengono chiamate macromolecole (macro, in greco, vuole dire “grande”). La maggior parte delle macromolecole sono polimeri, vale a dire lunghe molecole costituite dall’unione di molte molecole più piccole, chiamate monomeri.

Gli esseri viventi sono composti prevalentemente da acqua (circa il 65% nell'uomo). Per il resto sono composti da sostanze organiche, cioè sostanze caratterizzate da uno scheletro di atomi di carbonio. Queste molecole organiche presenti negli organismi vengono anche dette biomolecole.

Ogni atomo di carbonio è in grado di legarsi ad altri quattro atomi, questo significa che, ogni atomo di carbonio, si può legare ad altri atomi di carbonio in modo da formare delle catene lineari o ramificate e contemporaneamente può legarsi anche ad atomi di elementi diversi ad esempio:

Questi composti che vedi sopra si chiamano idrocarburi perché nella loro molecola contengono solo carbonio e idrogeno, quando sono presenti anche atomi di altri elementi (gruppi funzionali) allora i composti del carbonio avranno nomi diversi a seconda dei diversi gruppi funzionali presenti. Ad esempio

Solo alcune molecole organiche sono presenti negli esseri viventi e sono dette biomolecole.

Quali sono?

CARBOIDRATI - LIPIDI - PROTEINE - ACIDI NUCLEICI

Carboidrati

Sono detti anche zuccheri o saccaridi o idrati di carbonio o glucidi.

I carboidrati sono le molecole più abbondanti sulla Terra (tra i carboidrati la più abbondante è il glucosio e tra poco capiremo perché).

Si suddividono in:

MONOSACCARIDI (costituiti da una sola unità - monomero) sono carboidrati semplici

DISACCARIDI (costituiti da due unità – due monosaccaridi legati tra loro) sono carboidrati semplici

TRISACCARIDI (costituiti da tre unità)  sono carboidrati semplici

OLIGOSACCARIDI (costituiti da massimo 20 unità)  sono carboidrati semplici

POLISACCARIDI (costituiti da più di 20 unità)  sono carboidrati complessi

I monosaccaridi

I principali monosaccaridi sono il glucosio, il fruttosio e il galattosio.

Sono sostanze cristalline, di colore bianco, caratterizzate in generale dal sapore dolce, facilmente solubili in acqua.

Il glucosio

È presente nella frutta (è anche chiamato zucchero d'uva) ma anche nel sangue umano, la cui concentrazione è chiamata glicemia. È sintetizzato dalle piante verdi e accumulato come amido, trasformato in cellulosa o legato a molecole complesse. Ecco perché come dicevamo all’inizio il glucosio è la molecola organica più abbondante sulla Terra.

Il fruttosio

Si trova nella maggior parte dei frutti dolci e nel miele.

È un carboidrato importante poiché combinato con il glucosio forma il disaccaride saccarosio, lo zucchero più diffuso nell'ambito alimentare. Il fruttosio è il più dolce tra tutti gli zuccheri.

Il galattosio

Il galattosio legato al glucosio da origine al lattosio lo zucchero del latte.

Quando la quantità di galattosio introdotta con gli alimenti supera i bisogni dell'organismo, viene utilizzato per produrre energia; per assolvere a questa funzione il galattosio deve essere prima convertito in glucosio.

A volte (abbastanza raramente per fortuna 1/40.000) alcuni bambini nascono con un difetto genetico che non permette loro di trasformare (una volta che la molecola del lattosio viene rotta) il galattosio in glucosio, quando questo succede il galattosio si accumula nell’organismo provocando danni al fegato, emorragie e altre complicazioni. In assenza di un trattamento appropriato (eliminazione del galattosio dalla dieta), i pazienti vanno incontro a sepsi (da E-Coli) e alla morte nel periodo neonatale. Anche quando il trattamento è adeguato, possono insorgere complicazioni a lungo termine, che comprendono i deficit cognitivi e motori. In molti paesi, i neonati vengono sottoposti a screening (analisi a campione) per identificare la galattosemia. Il test prenatale si effettua di solito con l'analisi mutazionale del gene sui villi coriali. Nei consanguinei a rischio, è possibile ricercare la mutazione identificata nella famiglia.

La galattosemia è trasmessa come carattere autosomico recessivo. I genitori di un paziente affetto hanno un rischio del 25% di ricorrenza della malattia nelle successive gravidanze.

Il trattamento consiste primariamente in una dieta con restrizione dell'assunzione di galattosio. I neonati possono assumere latte in polvere di soia o altri tipi di latte privi di lattosio.

La classificazione dei lipidi presenta notevoli difficoltà perché esistono lipidi che possono essere molto diversi tra loro, e quindi a seconda del criterio che viene utilizzato esisteranno diversi tipi di classificazione ad esempio: saponificabili (vale a dire che possono essere utilizzati per produrre saponi perché contengono acidi grassi come ad esempio gli oli e i grassi [che sono dei trigliceridi] o le cere ecc.) e non saponificabili  (cioè non possono essere utilizzati per produrre saponi perché non contengono acidi grassi come ad esempio il colesterolo e gli steroidi); un’altro modo di classificarli (ed è quello che impareremo) li suddivide in:

Ø  Lipidi semplici (che contengono solo atomi di carbonio (C), di idrogeno (H) e ossigeno (O); ad esempio:
i trigliceridi ai quali appartengono gli oli e i grassi,
le cere diffuse sia negli animali che nei vegetali: negli animali servono ad impermeabilizzare la pelliccia o le piume di molti animali acquatici ma anche di molti insetti, mentre nei vegetali rivestono le foglie per impedire che perdano acqua,
i terpeni diffusi nel mondo vegetale sono fra i responsabili del profumo di piante e fiori come ad esempio la canfora (basilico, coriandolo, maggiorana, rosmarino e salvia) di grande importanza commerciale.

Appartengono ai terpeni anche la vitamina A, i carotenoidi (sono pigmenti – sostanze colorate - animali e vegetali) e la gomma naturale (Caucciù).

Ø  Lipidi complessi (che contengono oltre agli atomi di carbonio (C), di idrogeno (H) e ossigeno (O) anche atomi di altri elementi (ad esempio fosforo – Ph o azoto - N); ai quali appartengono i fosfolipidi che troviamo nelle membrane di tutte le cellule.

Ø  Lipidi derivati come gli steroidi che come molte altre molecole prendono origine dal colesterolo una molecola molto importante che svolge nel nostro organismo tantissime funzioni: ad esempio è un componente essenziale della membrana cellulare di tutte le cellule animali, è la sostanza base per la sintesi degli ormoni steroidei (gli ormoni maschili e femminili testosterone ed estrogeni).

Il colesterolo è essenziale per lo sviluppo embrionale: le malformazioni di neonati dopo la somministrazione di Contergan alle madri erano causate da un disturbo nella biosintesi di colesterolo.

Il colesterolo prodotto nel fegato viene impiegato in buona parte per la produzione di bile, una sostanza secreta nel duodeno che serve a emulsionare i lipidi alimentari per renderli assorbibili dall'intestino tenue.

Acidi grassi saturi (li troviamo nei grassi di origine animale che sono solidi a temperatura ambiente).

Acidi grassi insaturi (li troviamo nei grassi di origine vegetale che sono liquidi a temperatura ambiente).

Quando tre acidi grassi si legano ad una molecola di glicerolo (un alcol) si formano i trigliceridi (i lipidi con funzione di riserva energetica o anche di isolamento termico negli animali che vivono in climi molto freddi o in acqua - pinguini foche delfini balene ecc.)

Le proteine o protidi sono i componenti principali di tutte le cellule dei viventi. Secondo alcune stime, nell'uomo ci sono circa 100.000 proteine diverse, delle quali solo il 2% è stato finora descritto adeguatamente. Esse svolgono la maggior parte delle funzioni vitali: costituiscono infatti gli enzimi, che presiedono a tutte le trasformazioni chimiche delle cellule; svolgono diverse funzioni strutturali (servono cioè come materiale da costruzione per il nostro corpo e più in generale per tutte le cellule), sono responsabili del movimento e della contrazione muscolare, presiedono a tutti i fenomeni di trasporto (l'emoglobina, che è una proteina, trasporta l'ossigeno e l'anidride carbonica in tutti i distretti dell'organismo), e svolgono ruoli importantissimi nella difesa dell'organismo da agenti estranei (ad esempio gli anticorpi prodotti dal sistema immunitario).

LE SLIDE CHE SEGUONO SONO STATE TRATTE DAL SEGUENTE SITO:

http://www.slideshare.net/NicolaToma/le-basi-chimiche-della-vita

SI PREGA DI CONSULTARLO PER AVERE UNA CONOSCENZA PIÙ COMPLETA E PRECISA DEGLI ARGOMENTI TRATTATI

Una proteina è una catena costituita da molecole organiche di piccole dimensioni chiamate aminoacidi. Tutte le proteine conosciute sono formate dalla combinazione di soli 20 tipi di aminoacidi. Ogni proteina è diversa da un’altra perché è diversa la sequenza degli amminoacidi (aa), così come ogni parola è diversa da un'altra se è diversa la sequenza delle lettere che la costituiscono. Il legame attraverso il quale gli amminoacidi si uniscono uno con l’altro, a formare la proteina, viene detto legame peptidico, ed è per questo che, a volte, le proteine vengono dette polipeptidi.

La struttura di una proteina è molto complessa e distinguiamo quattro livelli di complessità legati tra loro:

STRUTTURA PRIMARIA: consiste nella sequenza degli amminoacidi cioè come si susseguono nella proteina, tutte le altre strutture dipendono da essa. Così come il significato di una parola dipende da come sono disposte le lettere (sequenza), allo stesso modo il funzionamento di una proteina dipende non solo da quali amminoacidi è costituita ma soprattutto in quale ordine sono disposti.

STRUTTURA SECONDARIA: dalla struttura primaria dipende quella secondaria. La proteina, a seconda dell’ordine con il quale sono disposti gli amminoacidi si può ripiegare nello spazio in due modi diversi: o ad ad a elica (a è una lettera greca che si chiama alfa) oppure b (beta) a foglietto ripiegato. In una stessa proteina possono esistere parti ripiegate a a elica e altre parti b a foglietto ripiegato.

STRUTTURA TERZIARIA: rappresenta la struttura tridimensionale vera e propria della proteina. La struttura terziaria si ha quando questa lunga “collana” di amminoacidi con struttura a o b si ripiega nello spazio come una molla attorcigliata.

STRUTTURA QUATERNARIA: si ha quando più catene proteiche, dette subunità, si uniscono, intrecciandosi tra loro, per formare una proteina ancora più grande e complessa. Hanno questa struttura gli anticorpi, che servono per la difesa immunitaria; l’emoglobina che trasporta l’ossigeno nei globuli rossi; gli enzimi, che servono ad accelerare tutte le reazioni chimiche che avvengono in ogni essere vivente (per ogni reazione chimica c’è un enzima diverso) e tantissime altre proteine.

PROTEINE SEMPLICI E PROTEINE CONIUGATE

Le proteine formate esclusivamente da aminoacidi sono dette semplici, mentre quelle coniugate contengono, oltre a catene di aminoacidi che costituiscono il loro gruppo proteico, anche molecole di natura diversa che rappresentano il gruppo prostetico. Sono gruppi prostetici gli ioni metallici e alcune vitamine indispensabili per l’attività di certi enzimi, le catene oligosaccaridiche delle glicoproteine, l’anello porfirinico di cui sono dotate l’emoglobina e altre cromoproteine.

DNA e RNA

Sia il DNA che l'RNA sono costituiti dall'unione di tanti gruppi (monomeri) detti nucleotidi. Ciascun nucleotide a sua volta è formato da tre costituenti diversi:

1) uno zucchero a 5 atomi di carbonio cioè un pentoso, rispettivamente il ribosio nell' RNA e il desossiribosio nel DNA

2) una molecola di acido fosforico o gruppo fosfato

3) una base azotata.

Le basi azotate sono 5 in tutto: adenina (A) timina (T) citosina (C) guanina (G) uracile (U). Nel DNA non è mai presente l'uracile , ma al suo posto si trova la timina contrariamente a quanto avviene nel RNA. Le basi azotate sono così chiamate perché contengono anche azoto.

Usualmente ci si riferisce alle basi azotate usando le loro lettere iniziali, così il DNA contiene A,G,C,T mentre l'RNA contiene A,G,C,U.

Nelle catene del DNA e dello RNA i nucleotidi si uniscono tra di loro mediante un legame tra il gruppo fosfato e lo zucchero che, contemporaneamente, lega la base azotata lateralmente.

I nucleotidi legati tra loro formano dei polinucleotidi: il DNA (a meno che non sia stato denaturato) è costituito da due catene polinucleotidiche disposte a formare una doppia elica; l'RNA, invece, consta di una singola catena polinucleotidica. Per tutto il resto, la struttura del DNA è dell'RNA è la stessa.

Nel DNA, le basi azotate sporgono all'interno dello scheletro zucchero-fosfato e sono appaiate in modo specifico; la guanina è sempre appaiata alla citosina, la adenina alla timina. Le due catene sono unite da ponti idrogeno che si stabiliscono tra le coppie di basi azotate.

La proprietà fondamentale del DNA dipende proprio dal modo in cui le basi di una catena si legano con le basi dell'altra. Esaminiamo le conseguenze di questo fenomeno di complementarietà .

Se in una catena c'è un'adenina nel punto corrispondente dell'altra catena ci sarà una timina; lo stesso diremo per la citosina e la guanina. Quindi la posizione delle basi azotate di una catena determinerà l'ordine con cui le basi si succederanno nell'altra catena: a una citosina corrisponderà una guanina e a una timina un'adenina, e viceversa.

LA FUNZIONE DEL DNA

Il DNA contiene in codice tutte le informazioni per la crescita e lo sviluppo di ogni organismo.

Ma come può una molecola, per quanto complessa, controllare tutte le funzioni di un organismo?

Tutte le molecole esistenti in un organismo vengono fabbricate attraverso reazioni chimiche catalizzate da enzimi ( senza i quali le reazioni chimiche cellulari non potrebbero avvenire ). Ne consegue che determinare il tipo di enzimi che verranno prodotti equivale a determinare tutti i tipi di molecole dell'organismo. Il DNA contiene in codice le informazioni riguardanti la struttura primaria di tutte le proteine dell'organismo. Specificare la struttura primaria, cioè la sequenza degli amminoacidi è sufficiente: non occorrono altre informazioni.

Un tratto di catena che specifica una determinata proteina si chiama GENE. Il gene per una determinata proteina sta su una sola delle due catene. Il tratto di catena complementare che gli sta di fronte serve soltanto per la replicazione, non codifica. Ambedue le catene contengono geni.

LA FUNZIONE DELL'RNA

Esistono tre diversi tipi di RNA:

l'RNA MESSAGERO

l'RNA RIBOSOMIALE

l'RNA TRASPORTATORE

Per capire a cosa servono questi differenti RNA, immaginiamo di dover preparare una torta. Per preparare una torta servono: una ricetta, degli ingredienti e un tavolo da lavoro sul quale prepararla. Supponiamo di aver trovato questa ricetta su internet o in un’enciclopedia di cucina, dove naturalmente si trovano moltissime altre ricette oltre la nostra; piuttosto che andare e venire dal computer, o sporcare il tablet o l'enciclopedia, è molto più comodo fare una fotocopia della ricetta che abbiamo scelto o stamparla, dopo di che se abbiamo gli ingredienti e un tavolo dove impastare tutto quanto possiamo iniziare.

Ora dobbiamo pensare alla torta come la proteina che la cellula deve preparare, al DNA dove sono scritte le istruzioni per fabbricare la proteina, come a internet o alla grande enciclopedia dove sono contenute migliaia di ricette, all’RNA messaggero (mRNA), che rappresenta una copia di un pezzo di DNA che serve a fabbricare una particolare proteina, come alla stampa o alla fotocopia della pagina dell’enciclopedia dove abbiamo trovato la ricetta che abbiamo scelto in mezzo a migliaia di altre; all’RNA ribosomiale (rRNA) che rappresenta la struttura dove vengono assemblate le proteine, partendo dagli amminoacidi, come il tavolo da lavoro; e all’RNA trasportatore (tRNA) che trasporta gli amminoacidi come ai contenitori che usiamo per trasportare gli ingredienti fino al tavolo da lavoro.

Quindi, riassumendo: le informazioni che servono a sintetizzare tutte le proteine che servono al nostro organismo sono scritte nel DNA; le informazioni per costruire una singola proteina sono scritte nell’RNA messaggero, gli amminoacidi che sono gli ingredienti necessari a fabbricate le proteine sono trasportati dall’RNA trasportatore.

Per concludere, le informazioni negli esseri viventi passano dal DNA all’RNA messaggero e da questo alle proteine; il processo nel quale l’informazione passa dal DNA all’RNA (e avviene nel nucleo delle cellule) si chiama trascrizione; il processo nel quale l’informazione passa dall’RNA messaggero alle proteine (e avviene sui ribosomi nel citoplasma) si chiama traduzione.

1.    Gli esseri viventi scambiano con l'ambiente esterno: materia ed energia

2.     Tutti gli esseri viventi: possiedono acidi nucleici

3.     l'origine della vita sulla Terra risale a circa: 3,8 miliardi di anni

4.     l'ossigeno atmosferico è di origine biologica ed è stato immesso nell'atmosfera da eventi fotosintetici che hanno avuto inizio più di tre miliardi di anni fa

5.     Solo gli autotrofi (vegetali) sono in grado di Organicazione (fissazione) del carbonio

6.     Qual è l'ordine crescente delle seguenti strutture? Atomo, proteina, virus, batterio

7.     Le proteine sono polimeri costituiti da?

8.     I componenti dei trigliceridi sono: il glicerolo e gli acidi grassi

9.     Tutte le biomolecole sono composti organici

10.  I trigliceridi se saturi contengono catene rigide e lineari

11.  I fosfolipidi differiscono dai trigliceridi, perché?

12.  nelle cellule sono presenti diversi tipi di acidi nucleici (DNA. RNA. ATP)

13.  Sono costituenti delle membrane cellulari: Proteine e fosfolipidi

14.  Il DNA differisce dall’RNA perché:

15.  L’informazione ereditaria è depositata in quali molecole?

16.  Tutte le proteine: sono polimeri

17.  Tutte le proteine: sono costituite da aminoacidi

18.  Tutte le proteine: sono costruite partendo dalle informazioni contenute nei geni presenti nel DNA

19.  Quale molecola trasporta energia che può essere utilizzata immediatamente? L’ ATP

20.  Le informazioni ereditarie sono conservate scritte in quale molecola?

21.  Le tappe del metodo scientifico sono nell'ordine: osservazione-ipotesi-verifica o sperimentazione-legge

22.  Quali sono i prodotti finali della digestione dei trigliceridi: glicerolo + acidi grassi

23.  Le informazioni genetiche sono costituite da sequenze di: nucleotidi

24.  L'elemento chimico su cui si basa l'organizzazione dei viventi è: il carbonio

25.  Da quanti filamenti polinucleotidici è formata la molecola del DNA? 2

26.  Dal punto di vista chimico, gli enzimi sono: proteine

27.  Quali funzioni ha Il glicogeno?

28.  Gli enzimi sono: catalizzatori biologici (servono ad accelerare le reazioni chimiche del metabolismo)

29.  Le proteine sono polimeri costituiti da amminoacidi

30.  Gli elementi chimici essenziali presenti con più abbondanza degli organismi viventi sono: ossigeno, carbonio, idrogeno, azoto

31.  Il numero delle molecole di adenina in una molecola di DNA è uguale al numero dei residui di: timina

32.  Il numero delle molecole di guanina in una molecola di DNA è uguale al numero dei residui di: citosina

33.  Quali sono i tre componenti di un acido nucleico? Base azotata, pentoso (il ribosio nell’RNA, il desossiriboso nell’DNA) e fosfato

34.  L’amido e la cellulosa: sono formati da molecole di glucosio unite per condensazione (una reazione chimica nella quale viene prodotta una molecola di acqua)

35.  I trigliceridi: se saturi contengono catene rigide e lineari (come nei lipidi di origine animale)