chimica della cellula

7/25/2019 Chimica Della Cellula

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La chimica della cellula


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Componenti chimici di una cellula

Principali elementi:

C, H, O, N, S, P (99% peso della cellula)

Principali molecole:

Acqua (70% peso della cellula)

Molecole organiche:

amminoacidi e proteine

nucleotidi e acidi nucleicizuccheri

lipidi

La materia costituita da ELEMENTI = sostanze che non possono essere spezzate

o convertite in altre sostanze con mezzi chimici.

Pi ELEMENTI possono formare MOLECOLEmediante LEGAMI CHIMICI.


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L Atomo

Gli atomi sono formati da tre particelle diverse:

I protoniprotoni, particelle pesanti caricate positivamente

I neutronineutroniparticelle con massa leggermente

superiore ai protoni senza carica elettrica

Gli elettronielettroniparticelle molto pi piccole dei

protoni caricate negativamente

Anche se un protone 2000 volte pi pesante2

000 volte pi pesante di un elettrone, la sua

carica positiva eguaglia la carica negativa, ed insieme si annullano


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I protoni e i neutronisono tenuti insiemeda elevate forze nucleari e formano il

nucleo positivo dellatomo

Gli elettronigirano intorno al nucleo, ad una certa distanza da esso,

percorrendo uno spazio che viene detto orbitale atomico.Il numerodegli elettroni generalmente uguale a quello dei protoni e quindi

latomo neutro (stesso numero di cariche positive e negative)

NucleoNucleo

elettronielettroni


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Lo spazio dove si

muovono gli

elettroni viene anche

chiamato LIVELLO

ENERGETICOe

quello indicato dalla

freccia il primo

primo

livellolivello

Il numero di protoninel nucleo

viene detto NUMERONUMEROATOMICOATOMICOed indicato dalla

lettera ZZ

In questo caso Z = 2


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Il peso dellatomo invece dato dalla somma dei

protoni e dei neutroni (in quanto gli elettroni hanno

una massa trascurabile) e viene indicato con il terminedi PESO ATOMICOPESO ATOMICO o MASSA ATOMICAMASSA ATOMICA e con

la lettera AA

In questo caso A = 4In questo caso A = 4

(( 2 protoni2 protoni + 2 neutroni+ 2 neutroni ))


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ISOTOPI= elementi con ugual numero di protoni e

diverso numero di neutroni

Esempi:

14C = 6 protoni e 8 neutroni3

H = 1 protone e 2 neutroni


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La massa atomica di un atomo, o peso atomico o peso

molecolare, la sua massa relativa a quella dellatomo di

idrogeno.

Essa risulta sostanzialmente uguale al numero di protoni

pi quello dei neutroni, dato che gli elettroni sono molto

pi leggeri e non contribuiscono quasi nulla al totale.

L Unit di misura del Peso molecolare il Dalton

La quantit in grammi di una sostanza pari al PESO

MOLECOLARE viene detta MOLE

Una mole contiene 6 x 1023molecole della sostanza.

(6 x 1023: numero di Avogadro)


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Ogni elettrone si muove allinterno di una porzione limitata dello spazio

dellatomo (stato discreto), chiamata orbitale dove alloggiano un numero

preciso di elettroni.

I principali atomi presenti nelle cellule utilizzano solo tre gusci:

- il primo pu contenere solo due elettroni- il secondo e il terzo ne contengono fino a otto.

Un atomo che contenga gi uno strato esterno pieno di elettroni (elio, neon

e argon) non chimicamente reattivo.

Gli atomi che non hanno lo strato esterno gi pieno possono raggiungereUn0o stato stabile in due modi: acquistando o perdendo elettroni in un

legame ionico, oppure mettendo elettroni in condivisione formando un

legame covalente.

Gli orbitali


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Riempimento degli orbitali

Il principio di Pauli

Un orbitale puo contenere al massimo una coppia di elettroni con spin appaiati

(o antiparalleli)


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Gas inerte

Gas inerte

Gas inerte


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Si chiama legame chimicoci che tiene unito un atomo ad un

altro e si forma sempre fra almeno due atomi.

Per indicare che due atomi sono legati, si interpone un trattino

fra i loro simboli (C-C, H-H, ecc).

Gli atomi formano legami chimici per raggiungere una

configurazione elettronica pi stabile, generalmente la

configurazione elettronica del gas nobile pi vicino, quindi

lottetto.

I gas nobili, che gi hanno raggiunto lottetto, non formano

legami chimici.

Legame chimico


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Il raggiungimento della stabilit si ottiene per CONDIVISIONE o

TRASFERIMENTO

Il numero di elettroni che un atomo deve acquisire o perdere per ottenere un

guscio elettronico pieno detto VALENZA


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Un legame covalente detto puro quando si forma fra

atomi con lo stesso valore di elettronegativit, oppure

valori molto vicini.

In questo caso, gli elettroni che vengono messi in comune

fra i due atomi vengono attratti con la stessa forza da

entrambi i nuclei e, perci, vengono ad essere condivisi in

maniera uguale fra i due atomi (c una distribuzione

simmetrica della nube elettronica).

Il legame covalente un legame FORTEle molecole sonoad una distanza di 0,074 nm.

Legame covalente puro


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Legame covalente polare


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Un legame covalente polare si forma tra atomi che hanno

elettronegativit diversa, ma non tanto diversa da rendere possibilela formazione di un legame ionico.

I due atomi mettono in comune i loro elettroni spaiati, tramite la

sovrapposizione degli orbitali in cui si trovano questi elettroni.

Tuttavia la coppia di elettroni non equamente condivisa fra i due

atomi:

-gli elettroni passano pi tempo attorno allatomo pi

elettronegativo, rendendolo parzialmente negativo, mentre

laltro atomo diviene parzialmente positivo.


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Polarit nel legame covalente: H20

La carica totale dellacqua nulla, ma distribuita in modo

asimmetrico.

Lacqua un dipolopermanente.


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Na Na+ ione positivo o CATIONE

Cl Cl- ione negativo ANIONE

Legame ionico

Un cristallo di sale contiene circa 2 X 1019 ioni di ciascun tipo di ione

Sostanze come lNaCl sono chiamate SALI


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Legami covalenti e non covalenti

Forza di un legame: energia necessaria per romperlo

Tipo di legame lunghezza (nm) Forza (Kcal/mole)

nel vuoto nellacqua

Covalente

Non covalente: .ionico .idrogeno

.attrazione di van der Waals

0.15

0.250.30

0.35

90

804

0.1

90

31

0.1


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Il legame idrogeno si forma tra un atomo elettronegativo (N o O) che ha una

carica parzialmente negativa e un atomo di idrogeno combinato che porta una

carica leggermente positiva.

Legame idrogeno


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Associazioni polari e non polari

Le molecole polari tendono ad attrarsi e ad allinearsi con altri ioni e molecole polari oprovviste di carica.

Gli ambienti polari (ad es. lacqua) tendono ad escludere sostanze non polari.

Quando presenti in quantit, le molecole non polari o apolari tendono a raggrupparsi in

disposizioni che riducono larea della siuperficie esposta allacqua (associazione apolare).

Acqua e sostanze polari: Idrofile (affini allacqua)

Sostanze non polari: Idrofobe (avverse allacqua)


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Molecole idrofiliche

Le sostanze che si sciolgono prontamente in acqua si dicono idrofiliche. Esse sono

composte da ioni o molecole polari che attraggono le molecole dellacqua per interazionielettriche.

Le molecole di acqua circondano ogni ione o molecola polare che si trova alla superficie

del solido e lo portano in soluzione.


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Molecole idrofobiche

Le molecole che contengono prevalentemente legami non polari di solito non sono

solubili in acqua e si dicono idrofobiche.Questo particolarmente vero nel caso degli idrocarburi che contengono molti legami

C-H.

Lacqua non attratta da tali molecole e perci non tende ad avvolgerle e a portarle in

soluzione.

C

C

C HH

H H

HH

O

HH

O

HHO

H

H

O HH


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Forze di Van der Waals

Due atomi si avvicinano sino ad un certo punto e poi a distanza troppo ravvicinata sigenera una forza di repulsione.

Lattrazione dipende dal raggio dellatomo ( raggio di Van der Waal).

Due atomi si attirano fino a che la distanza che li separa non diventa quasi uguale alla

somma dei loro raggi di Van der Waals.


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Acido: donatore di protoni

Acido Anione + H+

Base: accettore di protoni

La maggior parte delle basi rappresentata da sostanze che, sciolte inacqua, si dissociano cedendo uno ione OH-ed un catione

NaOH Na+ + OH-

Alcune basi invece accettano un protone dallacqua, rilasciando uno ione

OH-

NH3+ H2O NH4+ + OH-

CH3COOH CH3COO-+ H+

Reazioni chimiche in acqua

( acido acetico)

( idrossido di sodio)

( ammoniaca)


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pH = log negativo della concentrazione degli ioni idrogeno di una soluzione

pH = -log10[H+]

La soluzione neutrase il pH = 7

La soluzione acidase il pH < 7

La soluzione basicase il pH > 7

Per lacqua pura: [H+] = 10-7moli/l

Infatti per [H+]=1,010-7Msi ha pH=7

Si noti che per [H+] > 10-7 si ha pH < 7

pH


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100 10-2 10-4 10-610-1 10-3 10-5 10-7 10-8 10-10 10-12 10-1410-9 10-11 10-13[[HH++]]

soluzione acidasoluzione acidapH < 7pH < 7

soluzione basicasoluzione basicapH > 7pH > 7

soluzionesoluzione

neutraneutra

pHpH == 77


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Gruppi funzionali biologicamente importanti

Ossidrilico R OH Alcoli

H C C OH

H H

HH

etanolo

Carbonilico

R C H

O Aldeidi

H C H

O

formaldeide

R C R

O

Chetoni

H C C C OH

H H

HH

O

acetone

Carbossilico

R C OH

O

R C C OH

H

NH2 O

amminoacido

Acidi carbossilici

Gruppo funzionale Formula di struttura Classe di composti

caratterizzati dal gruppo


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Gruppi funzionali biologicamente importanti

Amminico Ammine

Metilico

R CH3

Componente di molti composti

organici

H C C H

H H

H H

etano

Fosfato Fosfati organici

R N H

H

R C C OH

H

NH2 O

amminoacido

R O P OH

O

OH OH P O R

O

OH

esteri fosforici

come nellATP

Sulfidrilico R SHTioli

H C C C OH

SH NH2

H HO

cisteina

Gruppo funzionale Formula di struttura Classe di composti

caratterizzati dal gruppo


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Condensazionee idrolisi

Condensazione: i componenti di una molecola di

H2

O(H+e OH-) si staccano dai gruppi reagenti

delle molecole che si stanno combinando.

(reazione di polimerizzazione)

Idrolisi:I componenti di una molecola di H2O

vengono aggiunti dove si rompe un legame

covalente.

( reazione di lisi o depolimerizzazione)

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