Molecole e Legami: legami chimici e struttura dei fosfolipidi

Molecole e Legami

Carboidrati e Lipidi

Legami covalenti

I legami covalenti si hanno quando gli atomi condividono elettroni. Questi legami richiedono molta energia per la loro rottura.

(a) Molecole non polari Le molecole non polari hanno una distribuzione eguale degli elettroni. Per esempio, molecole costituite prevalentemente da carbonio e idrogeno tendono a essere non polari. Idrogeno Acido grasso Carbonio

(b) Molecole polari Le molecole polari hanno regioni di carica parziale (8+ 0 8-). L'esempio più importante di molecola polare è l'acqua. Polo negativo 8- 8+ 00 Polo positivo Н:Он * * * * НО

Legami non covalenti

(c) Legami ionici I legami ionici sono attrazioni elettrostatiche fra ioni. Un comune esempio è il cloruro di sodio. Na CI Atomo di sodio Atomo di cloro Il sodio cede il suo unico elettrone, debolmente trattenuto, al cloro, creando ioni sodio e cloruro, Na+ e Cl". Na CI lone sodio (Na+) lone cloro (CIT) Sia gli ioni sodio sia quelli cloruro hanno livelli esterni stabili, riempiti di elettroni. A causa delle loro cariche opposte, si attraggono vicendevolmente e, allo stato solido, i legami ionici formano un cristallo di cloruro di sodio (NaCI).

(d) Legami idrogeno I legami idrogeno si formano tra un atomo di idrogeno e un vicino atomo di ossigeno, azoto o fluoro. Così, per esempio, le regioni polari di molecole d'acqua adiacenti permettono loro di formare legami idrogeno con le altre. Legame idrogeno Il legame idrogeno tra le molecole d'acqua è responsabile della tensione superficiale dell'acqua.

(e) Forze di van der Waals Le forze di van der Waals sono attrazioni deboli, non specifiche tra atomi. Legami Molecola d'acqua

Molecole Polari e Non Polari

La sistemazione degli e- nel livello esterno di energia (guscio) di un atomo determina la capacità di un elemento di legarsi agli altri elementi, formando così le MOLECOLE - legami FORTI! Quando si instaura un legame covalente, le coppie di elettroni possono non essere condivise ugualmente tra gli atomi coinvolti. Quando gli elettroni sono condivisi in modo disuguale, l'atomo che attrae maggiormente gli elettroni sviluppa una leggera carica negativa mentre l'atomo che attrae l'elettrone con minore forza sviluppa una leggera carica positiva > MOLECOLE POLARI (hanno un polo positivo e uno negativo) Es: H2O MOLECOLE APOLARI: molecole in cui gli elettroni condivisi sono distribuiti in modo così uniforme che non si formano regioni di parziale carica positiva o negativa. Es: molecole costituite prevalentemente da carbonio ed idrogeno (acidi grassi).

Legami Non Covalenti

Ioni nell'organismo

TABELLA 2-1 Principali ioni nell'organismo

CATIONI	ANIONI
Na+	Sodio	CI	Cloro
K+	Potassio	HCO3	Bicarbonato
Ca2+	Calcio	HPOZ	Fosfato
H+	Idrogeno	so2-	Solfato
Mg2+	Magnesio

Polo negativo δ- 8- 8+ Polo positivo 8+ Molecola di acqua Le molecole i cui atomi condividono i loro elettroni in modo non uniforme sono dette polari. Viceversa le molecole sono dette apolari. Un atomo o una molecola che acquista o cede elettroni assume una carica elettrica ed è detto ione. Uno ione è una molecola polare, ma lo è anche la molecola d'acqua pur non essendo uno ione. I legami ionici (FORTI) sono legami forti che si stabiliscono tra ioni di carica opposta. I legami idrogeno (DEBOLI) sono legami più deboli che si stabiliscono tra gli atomi di idrogeno di una molecola polare e atomi di ossigeno, azoto o zolfo. Le forze di van der Waals (MOLTO DEBOLI ) non specifiche tra atomi. Biologia, Fisiologia e Anatomia 6

Solubilità e Soluzioni

Il corpo umano è costituito al 60% di acqua, la quale costituisce il solvente biologico per eccellenza. In essa possono disciogliersi vari tipi di soluti, e la capacità di una molecola di sciogliersi in un solvente è rappresentata dalla sua solubilità (la massima quantità in grammi di soluto che, a una data temperatura, può essere disciolta in 100 grammi di solvente). Le molecole idrofiliche si sciolgono facilmente in acqua, al contrario di quelle idrofobiche. Una soluzione è la combinazione dei soluti disciolti in un solvente. La concentrazione di una soluzione è data dalla quantità di soluto per unità di volume della soluzione!

Terminologia

Un soluto è qualsiasi sostanza che si dissolve in un liquido. La capacità di una molecola di sciogliersi in un solvente è rappresentata dalla sua solubilità. Quanto più facilmente la molecola si dissolve, tanto più alta è la sua solubilità Un solvente è il liquido entro cui si dissolvono i soluti. Nelle soluzioni biologiche, il solvente universale è l'acqua. Una soluzione è la combinazione dei soluti disciolti nel solvente. La concentrazione di una soluzione è la quantità di soluto per unità di volume della soluzione. Concentrazione = quantità di soluto/volume della soluzione

Espressioni della Quantità di Soluto

• Massa (peso) del soluto prima che si sciolga. Di solito misurata in grammi (g) o milligrammi (mg). Massa molecolare: si calcola dalla formula chimica di una molecola. È la massa di una singola molecola, espressa in unità di massa atomica (uma) o, più spesso, in dalton (Da) (ove, 1 uma = 1 Da). Massa molecolare = SOMMA massa atomica di ciascun elemento x numero di atomi di ciascun elemento

Esempio Qual è la massa molecolare del glucosio, CBH1208? Risposta Elemento N. di atomi Massa atomica dell'elemento Carbonio 6 12,0 amu X 6 = 72 Idrogeno 12 1,0 amu x 12 = 12 Ossigeno 6 16,0 amu x 6 = 96 Massa molecolare del glucosio = 180 uma (o Da)

• Moli (mol): sono un'espressione del numero di molecole del soluto, senza riferimento al peso. Una mole = 6,02 x 1023 atomi, ioni o molecole di una sostanza. Una mole di una sostanza contiene lo stesso numero di particelle di una mole di un'altra sostanza, proprio come una dozzina di uova ha lo stesso numero di elementi di una dozzina di rose.
• Massa grammo-molecolare. In laboratorio usiamo la massa molecolare di una sostanza per misurare le moli. Per esempio, una mole di glucosio (con 6,02 x 1028 molecole di glucosio) ha massa molecolare di 180 Da e peso di 180 grammi. La massa molecolare di una sostanza espressa in grammi è detta massa grammo-molecolare.
• Equivalenti (eq): sono una unità usata per gli ioni, dove 1 equivalente = molarità dello ione x numero di cariche elettriche dello ione stesso. Lo ione sodio, che ha carica +1, ha un equivalente per mole. Lo ione idrogeno fosfato (HPO ?- ) ha due equivalenti per mole. Le concentrazioni di ioni nel sangue sono espresse in milliequivalenti per litro (meq/L).

[D DOMANDE SULLA FIGURA 1. Quali sono i due componenti di una soluzione? 2. La concentrazione di una soluzione è espressa come: (a) quantità di solvente/ volume di soluto (b) quantità di soluto/volume di solvente (c) quantità di solvente/ volume di soluzione (d) quantità di soluto/volume di soluzione 3. Calcolate la massa molecolare dell'acqua, H2O. 4. Quanto pesa una mole di KCI?

Espressioni del Volume

Il volume di solito è espresso in litri (L) o millilitri (mL) (milli-, 1/1000). Un'unità di volume di uso comune in medicina è il decilitro (dL), che è 1/10 di litro, o 100 mL.

10	Prefissi
deci- (d)	1/10	1 × 10-1
milli- (m)	1/1000	1 × 10-8
4	micro- (u)	1/1 000 000	1 × 106
2	nano- (n)	1/1 000.000 000	1 × 10-9
pico- (p)	1/1 000 000 000 000	1 × 10-12

Espressioni della Concentrazione

• Soluzione percentuale. Nei laboratori o nelle farmacie, gli operatori non possono misurare i soluti usando le moli. Perciò, usano la più convenzionale misura del peso. La concentrazione dei soluti può essere espressa come percentuale della soluzione totale, o soluzione percentuale. Una soluzione al 10% significa 10 parti di soluto per 100 parti della soluzione totale. Le soluzioni peso/volume, usate per soluti allo stato solido, di solito sono espresse come g/100 ml di soluzione o mg/dL. Un metodo datato per esprimere mg/dL è mg% dove % significa per 100 parti o 100 mL. Una concentrazione di 20 mg/dL può essere espressa anche come 20 mg%.

Esempio Spesso le soluzioni usate per le infusioni endovenose (EV) sono espresse come soluzioni percentuali. Come potete ottenere 500 ml di una soluzione al 596 di destrosio (glucosio)? Risposta Soluzione al 5% = 5 g glucosio disciolto in acqua sufficiente a ottenere un volume finale di 100 mL di soluzione 5 g di glucosio/100 mL = ? g/500 mL 25 g di glucosio con aggiunta d'acqua fino a ottenere il volume finale di 500 mL

• Molarità: è il numero di moli di soluto in un litro di soluzione, e si abbrevia sia con mol/L sia con M. Una soluzione 1 molare di glucosio (1 mol/L, 1 M) contiene 6,02 × 1023 molecole di glucosio per litro di soluzione. Si ottiene sciogliendo 1 mole (180 grammi) di glucosio in una quantità di acqua sufficiente ad arrivare a un litro di soluzione. Le soluzioni biologiche più comuni sono così diluite che, di solito, le concentrazioni sono espresse in millimoli per litro (mmol/L o mM).

Esempio Qual è la molarità di una soluzione di destrosio al 596? Risposta 5 g di glucosio/100 mL = 50 g di glucosio/1000 mL ( o 1 L) 1 mole di glucosio = 180 g di glucosio 50 g/L x 1 mole/180 g = 0,278 moli/L o 278 mM Conversioni utili

• 1 litro di acqua pesa 1 kilogrammo (kg) (kilo-, 1000)
• 1 kilogrammo = 2,2 libbre

DOMANDE SULLA FIGURA 5. Quale soluzione è più concentrata: una soluzione di glucosio 100 mM o una soluzione di glucosio 0.1 M? 6. Nel fare una soluzione al 5% di glucosio perché non pesate 5 grammi di glucosio e poi aggiungete 100 mL di acqua?

Molarità e Normalità

La concentrazione può essere espressa in vari modi. La molarità sono le moli di soluto presenti in un litro di soluzione. Una mole di una sostanza è la quantità corrispondente a 6,02214179 × 1023 (numero di Avogadro) molecole della sostanza stessa, e corrisponde alla quantità in grammi pari alla massa molecolare della sostanza stessa. CM = = I(mol/L) m La normalità è un parametro di concentrazione che si applica alle soluzioni di ioni ed è definita come il numero di equivalenti presenti in un litro di soluzione. II numero di equivalenti corrisponde al numero di moli moltiplicato per il numero di cariche elettriche dello stesso. mxVO CN = nea = PM (eq/L) Biologia, Fisiologia e Anatomia 11