Composizione chimica delle cellule animali: struttura e funzioni essenziali

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COMPOSIZIONE CHIMICA DELLE CELLULE ANIMALI

Si definisce materia tutto ciò che ha un volume ed una massa. Tutte le varie forme di materia esistenti sono costituite da sostanze semplici, o elementi, e da sostanze composte, o composti, risultanti dalla combinazione di due o più elementi.

Un elemento è il tipo di sostanza più semplice che esista e non può essere convertito, attraverso una ordinaria trasformazione chimica, in una sostanza ancora più semplice.

A ciascun elemento si assegna un simbolo che consiste in una o due lettere derivate dal nome inglese o latino dell'elemento. La prima lettera è sempre maiuscola mentre la seconda, ove presente, è sempre minuscola.

Tutti gli elementi chimici noti sono stati raccolti nella tavola periodica degli elementi ideata da Mendeleev nel 1869.

La più piccola parte di un elemento che ne conserva tutte le caratteristiche chimiche e fisiche è detta atomo: ciascuno dei 92 elementi naturali è formato da un differente tipo di atomi. Due o più atomi di uno stesso elemento possono combinarsi tra loro formando aggregati detti molecole elementari.

Solo una quarantina di elementi chimici, tra gli oltre cento conosciuti, entrano a far parte della costituzione della materia vivente.

I costituenti più importanti dal punto di vista ponderale sono il carbonio (C), l'ossigeno (O), L'idrogeno (H) e l'azoto (N). Questi costituiscono il 97% della materia vivente, e sono pertanto conosciuti come elementi primari.

Un composto è una sostanza formata da atomi di due o più elementi differenti, combinati secondo determinati rapporti fissi, unite tra loro per 1 C 2007 - 2016 Università degli Studi eCampus - Via Isimbardi 10 - 22060 Novedrate (Co) - C.F. 9002752130 - Tel: 031.79421 - Fax: 031.7942501 - Mail: info@uniecampus.ite CAMPUS UNIVERSITÀ Corso di Laurea: Insegnamento: Numero lezione: Titolo: Psicologia mezzo di legami chimici di varia natura che implicano lo scambio o la condivisione di elettroni fra gli atomi da cui il composto è formato.

Tali combinazioni sono dette molecole e rappresentano la più piccola parte di un composto che ne conserva tutte le caratteristiche chimiche e fisiche.

Struttura dell'atomo

In natura esistono tanti tipi di atomi quanti sono gli elementi, sebbene solo gli atomi di uno stesso elemento sono uguali tra loro, tutti presentano delle caratteristiche comuni. Tutti gli atomi, infatti, sono costituiti dagli stessi tipi di particelle elementari: un nucleo, contenente particelle cariche positivamente dette protoni e particelle prive di carica dette neutroni. Il nucleo è circondato da particelle cariche negativamente 1836 volte più piccole rispetto ai protoni e ai neutroni dette elettroni.

In un atomo, che è elettricamente neutro, il numero degli elettroni è uguale a quello dei protoni. Quando un atomo dona o accetta un elettrone, si trasforma in una particella elettricamente carica detta ione.

Un certo numero di elementi si trova sotto forma di sali inorganici presenti prevalentemente all'interno della cellula sotto forma dissociata di ioni.

I diversi elementi sono caratterizzati dal diverso numero di protoni nel nucleo, detto numero atomico ed è comunemente indicato con Z.

La somma del numero di protoni e di neutroni è definito numero di massa (A). Quasi tutti gli elementi possiedono atomi che, pur avendo uguale numero atomico, hanno diversa massa atomica, dovuta alla presenza, nel nucleo, di un differente numero di neutroni: tali atomi sono detti isotopi e alcuni sono instabili (isotopi radioattivi).

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È per la presenza degli isotopi che il numero di massa di un elemento non è un numero intero, in quanto risulta dalla media pesata dei numeri di massa dei vari isotopi.

L'acqua

La molecola presente in maggior percentuale nelle cellule animali è l'acqua; essa rappresenta dal 60% al 90% della maggior parte degli organismi viventi. Tutte le forme di vita ad oggi conosciute richiedono la presenza d'acqua. La presenza infatti di quest'ultima in ambiente extra terrestre può far pensare alla presenza di forme di vita su altri pianeti.

L'acqua è dotata di un elevato calore specifico: è necessario cioè una grande quantità di calore per incrementare la temperatura dell'acqua di un solo grado centigrado. L'elevata capacità termica dell'acqua è estremamente importante nella regolazione della temperatura corporea.

L'acqua possiede un alto calore di vaporizzazione: per effettuare il passaggio di stato da liquido a vapore di 1 g di acqua sono necessarie più di 500 calorie. L'evaporazione dell'acqua è un fenomeno estremamente importante per l'organismo al fine di liberarsi di un eccesso di calore.

L'acqua è dotata di una particolare variazione di densità al variare della temperatura. Per la maggior parte dei liquidi, densità e temperatura sono grandezze inversamente proporzionali, l'acqua invece raggiunge la sua massima densità alla temperatura di 4 ºC, cioè allo stato liquido, per poi ridurre la propria densità con il raffreddamento. Una conseguenza di questa particolarità è il fatto che il ghiaccio galleggia.

L'acqua a un'alta tensione superficiale, maggiore di qualunque altro liquido (ad eccezione del mercurio). La tensione superficiale svolge un ruolo 3 C 2007 - 2016 Università degli Studi eCampus - Via Isimbardi 10 - 22060 Novedrate (Co) - C.F. 9002752130 - Tel: 031.79421 - Fax: 031.7942501 - Mail: info@uniecampus.ite CAMPUS UNIVERSITÀ Corso di Laurea: Insegnamento: Numero lezione: Titolo: Psicologia fondamentale nelle funzioni di molti organismi viventi, come il trasporto dell'acqua negli steli delle piante o la capacità di alcuni insetti di camminare sulla superficie degli stagni.

L'acqua è dotata di una bassa viscosità, proprietà che favorisce ad esempio il movimento del sangue attraverso i capillari.

Infine, l'acqua è un eccellente solvente per tutte le molecole importante nei processi vitali. I sali ad esempio si sciolgono nell'acqua generando ioni.

Biomolecole

I materiali grezzi impiegati dai sistemi viventi comprendono le sostanze più semplici come l'ossigeno, l'acqua e l'anidride carbonica mentre gli organismi superiori utilizzano materiali più complessi tra cui, appunto, le biomolecole (oltre che vitamine e minerali). Tali molecole sono perciò presenti in grande quantità all'interno degli organismi viventi e sono rappresentate dai composti organici, composti cioè del carbonio. Consumando questi materiali, avvengono trasformazioni energetiche, si formano nuovi materiali all'interno dell'organismo e vengono espulsi prodotti secondari.

Le biomolecole, o molecole biologiche, comprendono le proteine, i lipidi, i carboidrati e gli acidi nucleici.

Molte di queste molecole sono costituite da centinaia o migliaia di atomi e sono pertanto collettivamente chiamate macromolecole.

CARBOIDRATI

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I carboidrati sono "idrati del carbonio", formati pertanto da carbonio, idrogeno e ossigeno. Essi rappresentano la principale fonte di energia cellulare; il glucosio, in particolare, è il più importante carboidrato capace di immagazzinare energia chimica. Non meno importante è il loro ruolo strutturale (es. cellulosa).

Essi vengono prodotti dalle piante a partire da acqua e anidride carbonica sfruttando l'energia solare attraverso un processo noto come fotosintesi clorofilliana.

LIPIDI

Sono denominati lipidi alcuni composti organici, presenti negli organismi, caratterizzati da una buona solubilità nei solventi organici e da una scarsissima solubilità in acqua. Questo criterio distintivo, basato su una proprietà fisica, fa sì che questa classe di composti sia estremamente eterogenea da un punto di vista chimico.

Essi hanno un importante funzione strutturale, ne è un esempio la membrana plasmatica ricca di fosfolipidi, ma, soprattutto, svolgono una funzione di immagazzinamento, a lungo periodo dell'energia.

Essi possono venire introdotti nell'organismo direttamente dalla dieta o essere sintetizzati indirettamente da carboidrati, che vengono appunto convertiti in grassi di deposito. Tali grassi vengono poi liberati nel circolo sanguigno quando si rendono necessari per soddisfare necessità energetiche dell'organismo.

Infine, di natura lipidica sono anche molti ormoni tra cui gli ormoni sessuali.

PROTEINE

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Pur esistendo migliaia di differenti specie di proteine nelle cellule animali, esse condividono tutte certe caratteristiche strutturali, indipendentemente dalla loro funzione.

Le proteine sono macromolecole complesse che derivano da legami dei 20 amminoacidi diversamente combinati tra loro. Si tratta pertanto di lunghi polimeri in cui ogni monomero è legato al successivo tramite un legame peptidico. Poiché i 20 amminoacidi possono ripetersi più volte si possono costituire innumerevoli varietà di possibili combinazioni e quindi innumerevoli proteine diverse. Una cellula animale tipica contiene circa 10 miliardi di molecole proteiche, molte delle quali sono copie identiche, ma che svolgono funzioni vitali.

Le cellule animali, pur essendo capaci di sintetizzare alcuni aminoacidi, devono ricavarne altri dalla dieta, per questo motivo tali aminoacidi vengono definiti aminoacidi essenziali. L'uomo adulto necessita di 8 aminoacidi essenziali.

Le funzioni delle proteine all'interno della cellula sono molteplici; esse possono fungere infatti da enzimi, cioè da catalizzatori, abbassando l'energia di attivazione richiesta per reazioni specifiche e permettendo ai processi vitali di realizzarsi nonostante le temperature moderate compatibili con la vita.

Le proteine inoltre svolgono anche molteplici ruoli strutturali, fungendo da impalcatura del protoplasma e costituendo molti componenti cellulari.

La sequenza di aminoacidi di una data proteina è detta struttura primaria ed è geneticamente determinata. La funzione di una proteina tuttavia non è dovuta semplicemente dalla sua sequenza amminoacidica; importanti sono anche le strutture successive cioè la secondaria, la terziaria e talora la quaternaria.

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