Differenze tra materia vivente e non vivente in Biologia

Differenze tra materia vivente e non vivente

Che cosa differenzia la materia vivente da quella non vivente? Tutte le componenti viventi e non viventi degli ecosistemi sono costituite dagli stessi «mattoni» di base: gli atomi Tuttavia, gli elementi che compongono il corpo degli organismi viventi sono relativamente pochi e hanno percentuali diverse da quelle presenti negli oggetti dell'ambiente fisico

• 1,5% calcio
• 1% fosforo
• 1,3% altri
• 3,2% azoto
• 9,5% idrogeno
• 18,5% carbonio
• 65% ossigeno corpo umano
• 2,1% magnesio
• 2,6% potassio
• 2,8% sodio
• 3,6% calcio
• 5% ferro
• 8,1% alluminio
• 27,7% silicio
• 46,6% ossigeno
• <1,5% altri crosta terrestreDifferenza tra la materia vivente e non vivente

Una seconda differenza riguarda gli aggregati di atomi (cioè le molecole) che caratterizzano gli organismi. Con l'importante eccezione dell'acqua, gli organismi sono costituiti da molecole differenti, in genere molto grandi e complesse, caratterizzate da uno scheletro di atomi di carbonio: sono i composti organici, trai quali ci sono il DNA e le proteine DNA

Organizzazione degli organismi viventi

Oltre a queste differenze, ce n'è un'altra fondamentale, che riguarda l'alto grado di organizzazione dei viventiGli organismi sono altamente organizzati Gli organismi viventi Sono caratterizzati da una struttura complessa, in cui si riconoscono livelli di organizzazione crescente

• atomo
• molecola
• sistema
• cellula
• tessuto
• organo
• organismo

L'acqua e la vita

-L'acqua è fondamentale per la vita L'acqua contenuta negli organismi è un composto inorganico formato da molecole identiche a quelle che si trovano nel vapore acqueo dell'atmosfera, nelle gocce di pioggia, nei fiumi e nei laghi. Pur non essendo una sostanza esclusiva dei viventi, è stata fondamentale per lo sviluppo della vita sulla TerraAcqua fondamentale per la vita L'acqua è il mezzo in cui si svolgono le attività vitali delle cellule. Sia l'ambiente interno alla cellula sia quello esterno sono costituiti in prevalenza da acqua In alcuni viventi, come le meduse, l'acqua contenuta nel corpo raggiunge il 95% del peso corporeo. In un essere umano adulto si aggira intorno al 60%

100 percentuale di acqua 80 - T 60 - T 40 - 20 0Acqua fondamentale per la vita L'importanza dell'acqua per la vita dipende dalla sua struttura chimica H - la molecola è polare perché l'ossigeno attira con maggior forza gli elettroni i due atomi di idrogeno formano un angolo di 104,5° con l'atomo 8- 8- 0 di ossigenoAcqua fondamentale per la vita Il risultato della polarità dell'acqua è che ciascuna molecola porta una parziale carica elettrica positiva sui due atomi di idrogeno e una equivalente parziale carica elettrica negativa sull'atomo di ossigeno e attira a sé le molecole circostanti tramite legami a idrogeno 0 H legami a idrogeno H

Proprietà dell'acqua

Dalla presenza dei legami a idrogeno dipendono alcune fondamentali proprietà dell'acqua

• È liquida entro un intervallo molto ampio di temperatura, si riscalda e si raffredda lentamente
• È un ottimo solvente per sostanze allo stato solido, liquido e gassoso. Tutte le sostanze che si sciolgono in acqua sono dette idrofile
• Interviene nelle reazioni chimiche cellulari. Per esempio, è un reagente nella reazione della fotosintesi ed è un prodotto della reazione della respirazione cellulare che fornisce energia a quasi tutti gli organismi viventi

Le biomolecole

Le molecole che caratterizzano la vita rientrano tra i composti organici, aventi le seguenti caratteristiche:

• possiedono molecole molto grandi chiamate macromolecole;
• sono formati da uno scheletro di atomi di carbonio, lo scheletro carbonioso, a forma di catena lineare, catena ramificata o ad anello;
• presentano atomi di altri elementi, come H, O, N, legati allo scheletro carbonioso.

Monomeri e polimeri

Molte macromolecole sono costituite dall'unione di un gran numero di molecole più piccole, uguali o simili tra loro, un po' come un lungo treno è costituito da più vagoni la singola unità costitutiva di molte macromolecole è detta monomero la macromolecola risultante dall'unione di più monomeri è detta polimero

Reazioni di condensazione e idrolisi

L'unione di più monomeri per formare un polimero è detta sintesi. Essa avviene in genere tramite reazioni di condensazione, ovvero con l'eliminazione di una molecola d'acqua per ogni monomero aggiunto OH H 1 HO 2 Ogni polimero può essere a sua volta demolito tramite l'aggiunta di una molecola di acqua per ogni monomero che viene separato: la reazione di demolizione è detta idrolisi HO 2 1 OH H

I carboidrati

I carboidrati (noti anche come zuccheri) sono composti organici costituiti da carbonio, idrogeno e ossigeno. In alcuni di essi gli atomi di idrogeno e ossigeno sono tra loro nel rapporto 2:1, come nell'acqua. Da qui deriva il nome di carboidrati, cioè «composti idrati del carbonio» Una fondamentale classificazione dei carboidrati li distingue in monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi

Classificazione dei carboidrati

I monosaccaridi o zuccheri semplici sono costituiti da atomi di carbonio disposti in una catena lineare che, in ambiente acquoso, si richiude ad anello

• I monosaccaridi a 5 atomi di carbonio sono chiamati pentosi (dal greco penta, cinque) come il desossiribosio e il ribosio, i due zuccheri che fanno parte della struttura del DNA e dell'RNA
• I monosaccaridi a 6 atomi di carbonio sono gli esosi (dal greco esa, sei). Il più noto è il glucosio (C6H12O6 ) utilizzato dalle piante, dagli animali, dai funghi e da molti microrganismi per ricavare energia 6 CH_OH 5 0 I H V H 4 1 OH H HO OH 3 2 H OH glucosio

Altri monosaccaridi

Altri monosaccaridi sono il galattosio e il fruttosio 6 CH,OH 5 0 HO OH H 4 1 OH H H H 3 2 H OH galattosio 1 O HOCH, H 2 5 H HO HO CH,OH 12 6 3 4 HO H fruttosio Entrambi hanno lo stesso numero e tipi di atomi del glucosio, per cui la loro formula chimica è C6H1206. Ciò che li differenzia è il modo in cui gli atomi di carbonio, ossigeno e idrogeno si legano tra loro nella molecola Oltre a fornire energia agli organismi, i monosaccaridi sono utilizzati anche per la costruzione di molecole più complesse

I disaccaridi

I disaccaridi I disaccaridi sono costituiti dall'unione di due monosaccaridi con reazioni di condensazione

• Il lattosio (lo zucchero del latte) è composto da glucosio e galattosio
• Il saccarosio (lo zucchero da tavola) è
• composto da glucosio e fruttosio Il saccarosio è il carboidrato in cui le piante convertono i carboidrati semplici prodotti dalla fotosintesi per trasportarli a tutte le parti dell'organismo glucosio fruttosio 6 CH_OH 5 1 O 0 H H H H 4 OH エ 一 OH HO CH,OH 3 2 3 4 H OH HO H H2O 6 CH_OH 5 O HOCH, H H H - 工 O 4 OH H 1 2 H HO HO CH_OH '2' 3 6 2 3 4 saccarosio H OH OH H 1 2 5 H HO HO 6 5 1 0 HOCH2

I polisaccaridi

I polisaccaridi > I polisaccaridi sono costituiti dalla condensazione di migliaia di molecole di monosaccaridi che formano lunghe catene più o meno ramificate cellulosa OH 0 O 0 O 0 OH O O O OH O unità di glucosio Food unità di glucosio 0 0 O O 0 amido

• La cellulosa ha catene lineari e forma le pareti delle cellule delle piante.
• L'amido ha catene ramificate e svolge funzione di riserva energetica. O

Cellulosa e amido

La cellulosa è disposta in lunghe fibre, che la rendono adatta a essere lavorata; le fibre di cellulosa costituiscono il legno, la carta, il cotone, e per questo sono di grande importanza per le attività umane. Essa tuttavia è indigeribile per l'essere umano e per molti animali. I mammiferi erbivori, come bovini e ovini, degradano la cellulosa grazie all'aiuto di particolari microrganismi simbionti nei loro apparati digerenti. L'amido, al contrario, è per noi di facile digestione: basta una piccola variazione di orientamento delle molecole di glucosio nel polimero per produrre una differenza così importante. L'amido è alla base dell'alimentazione umana ed è contenuto nei semi dei cereali, nei tuberi come la patata e nei frutti come la banana.

Glicogeno

Il glicogeno, detto anche «amido animale», è il polimero del glucosio che gli animali immagazzinano come riserva energetica nel fegato e nei muscoli. Nel corso di un'attività fisica intensa, quando le riserve energetiche dei muscoli si esauriscono, il glicogeno accumulato nel fegato è scisso in molecole di glucosio, inviate ai muscoli attraverso la circolazione sanguigna per un uso immediato. GLICOGENO Glucosio = Energia Glicogenolisi O

I lipidi

I lipidi sono composti organici formati da carbonio, idrogeno e ossigeno e, in alcuni casi, fosforo. Sono macromolecole non polimeriche, in quanto non hanno una struttura ripetitiva I lipidi comprendono:

• trigliceridi
• fosfolipidi
• steroidi
• cere I componenti di base dei lipidi sono gli acidi grassi

Acidi grassi

Gli acidi grassi sono costituiti da una catena di circa 14-20 atomi di carbonio legati ad atomi di idrogeno. In base alla loro struttura chimica, le catene degli acidi grassi possono essere lineari o presentare dei ripiegamenti: nel primo caso si parla di acidi grassi saturi, nel secondo di acidi grassi insaturi acido grasso saturo acido grasso insaturo

I trigliceridi

I trigliceridi sono lipidi di origine vegetale e animale, formati da tre acidi grassi legati a un composto a tre atomi di carbonio, il glicerolo. Essi costituiscono riserve energetiche a lungo termine i I trigliceridi di origine animale, come il burro, contengono acidi grassi saturi I trigliceridi di origine vegetale, come l'olio, sono ricchi di acidi grassi insaturi

I fosfolipidi

I fosfolipidi sono lipidi costituiti da glicerolo, due catene di acidi grassi e da un gruppo fosfato contenente fosforo testa idrofila La molecola di un fosfolipide ha una «testa» idrofila (gruppo fosfato) e una «coda» idrofobica (acidi grassi) coda idrofobica acqua teste idrofile acqua code idrofobiche degli acidi grassi teste idrofile Per queste loro caratteristiche i lipidi formano le membrane di tutte le cellule disponendosi a formare un doppio strato.

Steroidi e cere

Gli steroidi comprendono gli ormoni sessuali, alcune vitamine (come la vitamina D) e il colesterolo, un componente essenziale delle membrane delle cellule animali H3C CH3 K B D E CH3 A B1 C D B6 B HO Cholesterol B1 B12 B1 C27H460 Le cere sono lipidi che impermeabilizzano la superficie delle foglie e dei frutti. Anche la nostra pelle è resa impermeabile dalle cere contenute nel sebo (prodotto dalle ghiandole sebacee) K CH3