Appunti di chimica

tramite: O2O
Difficoltà: difficile
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Introduzione

La chimica è la scienza che studia la composizione e le proprietà della materia.
In particolare, si occupa di studiare le sue componenti microscopiche (atomi e molecole) e le
interazioni fra di esse sotto forma di reazioni chimiche.
Due importanti branche della chimica sono la chimica inorganica, che si occupa di studiare i composti che non posseggono atomi di carbonio nella loro struttura chimica, e la chimica organica, che invece studia i composti del carbonio, cioè quelli che hanno atomi di carbonio nella loro struttura.
Tra i composti del carbonio più importanti dal punto di vista biologico, ci sono le cosiddette macromolecole biologiche o biomolecole, che sono i carboidrati, i lipidi e le proteine.
In questi appunti vedremo quindi le principali caratteristiche delle biomolecole, ma prima vediamo cos'è e com'è fatto l'atomo di carbonio.

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Occorrente

  • Un buon libro di chimica organica
  • Tavola periodica degli elementi
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La maggior parte delle molecole di una cellula contiene il carbonio.
Il carbonio è un elemento chimico non metallico e con un raggio atomico molto piccolo, grazie a cui può formare legami covalenti (semplici, doppi e tripli) molto forti.
La capacità di un atomo di formare legami dipende dal numero di elettroni presenti sul suo guscio elettronico più esterno. L’atomo di carbonio è tetravalente, cioè ne ha 4, quindi, dal momento che può contenere fino a 8 elettroni, tende facilmente a formare 4 legami con altri atomi.
Il carbonio possiede una spiccata tendenza a formare catene stabili, caratteristica che gli consente di dare vita ad una grande varietà di molecole diverse.
Le molecole biologiche, infatti, sono formate da scheletri carboniosi, che sono catene che si formano quando un atomo di carbonio si lega ad altri atomi di carbonio.
Agli scheletri carboniosi si possono legare a loro volta altri elementi che danno origine ai cosiddetti gruppi funzionali, cioè gruppi di atomi che conferiscono proprietà specifiche alle molecole organiche che li contengono (es. Gruppi ossidrilici).
Gli idrocarburi, ad esempio, si formano quando il carbonio si unisce a carbonio e idrogeno (es. Metano); il carbonio, inoltre, si unisce spesso anche ad ossigeno ed azoto.

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I carboidrati, noti anche come zuccheri o glucidi, sono sostanze molto diffuse in natura, sia come materia di sostegno degli esseri viventi (es. Cellulosa), sia come fonte energetica di riserva (es. Amido, glicogeno).
Il loro nome deriva dal fatto che sono composti organici costituiti essenzialmente da tre elementi chimici, cioè l’idrogeno, l’ossigeno ed il carbonio.
I carboidrati semplici contengono una sola molecola di zucchero (es. Glucosio) e sono anche chiamati monosaccaridi. La molecola del glucosio può presentarsi a catena lineare o ad anello.
Mediante una reazione di condensazione tra due molecole di monosaccaridi, si forma un disaccaride. Il più comune è il saccarosio (lo zucchero da cucina), formato da una molecola di glucosio e una di fruttosio. Il saccarosio, inoltre, contenuto nella ninfa, è utilizzato dalle piante come nutrimento.
I polisaccaridi sono zuccheri complessi, costituiti da lunghe catene di polimeri di monosaccaridi.
Tra i polisaccaridi più importanti, ci sono l'amido, la cellulosa ed il glicogeno.
L'amido e la cellulosa, presenti nelle cellule vegetali e composti da monomeri di glucosio, sono utilizzati rispettivamente come riserva di zuccheri e come materiale di sostegno per rendere più rigida la struttura delle piante.
Il glicogeno, presente nelle cellule animali, è formato da monomeri di glucosio, ma disposti in modo più ramificato.

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I lipidi sono delle sostanze idrofobiche (che non amano l’acqua) che in natura si possono presentare sia in forma solida, che in forma liquida (oli) e sono utilizzate dall'organismo principalmente come composti energetici e come componenti strutturali delle membrane cellulari.
Vengono generalmente classificati in lipidi semplici, come i trigliceridi, e lipidi composti, come i fosfolipidi, che compongono le membrane cellulari.
La maggior parte dei lipidi (es. Trigliceridi) è costituita da una struttura a 3 atomi di carbonio, il glicerolo, a cui sono legate tre molecole di acidi grassi, formati da lunghe catene di idrocarburi.
I grassi si distinguono in grassi saturi ed insaturi.
I grassi saturi sono quelli in cui tutte e tre le molecole di acidi grassi contengono il numero massimo possibile di atomi di idrogeno.
I grassi insaturi, invece, sono quelli in cui alcuni atomi di carbonio sono legati da un doppio legame e quindi, in una o più catene di acidi grassi, il numero di atomi di idrogeno è inferiore al massimo possibile.
Gli steroli, derivanti dallo sterolo, sono molecole lipidiche in cui lo scheletro carbonioso è formato da quattro catene cicliche fra loro.
Tra gli steroli più importanti, si distinguono il colesterolo, che è un componente essenziale delle membrane cellulari, e gli ormoni steroidei, come gli ormoni sessuali (es. Estrogeni, testosterone), che fungono da segnali chimici nell'organismo.

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Le proteine sono polimeri composti dalla combinazione di 20 diversi monomeri, chiamati amminoacidi.
Ogni amminoacido è formato da un atomo di carbonio centrale, al quale sono legati quattro gruppi. Tre di questi sono comuni a tutti gli amminoacidi e sono l'idrogeno, il gruppo amminico e il gruppo carbossilico. Il quarto gruppo variabile è la cosiddetta "catena laterale" (o gruppo R), che determina le proprietà chimiche di ogni amminoacido.
Per sintetizzare una proteina, le cellule legano tra loro in sequenza gli amminoacidi formando una catena polipeptidica. Ogni legame si forma per condensazione del gruppo amminico di un amminoacido con il gruppo carbossilico dell’amminoacido successivo.
Una proteina, in realtà, è formata da una o più catene polipeptidiche che, mediante legami tra le catene laterali, sono ripiegate fino a formare una struttura tridimensionale (configurazione spaziale).
Una proteina può srotolarsi con l’alterazione della temperatura, del pH o di altri fattori ambientali. Questo processo è chiamato denaturazione.
Un altro importante gruppo di proteine è costituito dagli enzimi, che fungono da segnali chimici tra una cellula e l’altra, ma anche da catalizzatori, in grado cioè di accelerare le reazioni chimiche.

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Consigli

Non dimenticare mai:
  • Per studiare adeguatamente la chimica organica, è comunque importante avere delle buone basi di chimica generale.
Alcuni link che potrebbero esserti utili:

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