Elementi e biomolecole della materia vivente: atomi, composti e funzioni

Componenti della materia vivente

Come è fatta la materia?
La materia è costituita da atomi.

Definizioni fondamentali

• Atomo: la più piccola unità di un elemento che conserva le proprietà chimiche dell'elemento.
• Elemento: una sostanza costituita da un solo tipo di atomo. In natura si conoscono circa 92 elementi naturali.

In generale, la maggior parte della materia è costituita da composti chimici.

Quali sono i composti chimici? Da dove provengono? Esempi

I composti chimici sono aggregati di atomi diversi. Provengono da diverse fonti, ad esempio:

• Rocce e minerali (mondo inorganico) — es.: il marmo è carbonato di calcio; il gesso è solfato di calcio. Il carbonato di calcio è formato da carbonio, ossigeno e calcio. Il solfato di calcio contiene zolfo, ossigeno e calcio.
• Organismi viventi — es.: lo zucchero da tavola (saccarosio) e l'albume d'uovo (albumina). Il saccarosio è costituito da carbonio, idrogeno e ossigeno. L'albume d'uovo contiene carbonio, azoto, idrogeno e ossigeno.

Composti chimici nella materia vivente

I composti chimici presenti nella materia vivente si chiamano composti organici, caratterizzati dalla presenza del carbonio. Non esistono elementi esclusivi degli esseri viventi: nel protoplasma sono stati individuati circa cinquanta elementi.

I più abbondanti sono: carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto.

Perché i bioelementi sono adatti alla vita? Definizione di molecola

I bioelementi sono particolarmente adatti alla vita perché, in generale, hanno basso peso atomico e formano composti altamente solubili in acqua, facilitando le reazioni biochimiche e i trasporti intracellulari. Altri bioelementi si trovano in quantità minore, tra cui calcio, fosforo, zolfo, sodio, cloro, magnesio e ferro.

Molecola: la molecola è la più piccola parte di una sostanza che conserva le sue proprietà chimiche; la sostanza può essere ricostituita tramite reazioni chimiche combinando le sue molecole.

Principali biomolecole e loro caratteristiche

Le biomolecole sono molecole complesse che svolgono funzioni specifiche negli organismi viventi e sono caratteristiche degli organismi a cui appartengono.

• Carboidrati (glucidi)
• Lipidi
• Protidi (proteine)
• Acidi nucleici
• Vitamine

Disegni (suggerimento: rappresentare le strutture per facilitare lo studio).

Struttura e funzione

• Ogni tipo di molecola ha una struttura caratteristica che determina la sua funzione all'interno delle cellule.
• Alcune biomolecole sono composte da subunità ripetute chiamate monomeri; in questo caso si parla di polimeri.
• Tra i polimeri biologici si trovano le proteine, gli acidi nucleici e i polisaccaridi, costituiti da unità di monomero che si ripetono lungo la catena. Le proteine e gli acidi nucleici hanno monomeri diversi e combinazioni multiple che permettono grande diversità e differenziazione negli organismi viventi.
• Le vitamine e i lipidi generalmente non sono polimeri.

Acqua e sali minerali

Oltre alle biomolecole, gli organismi hanno bisogno di acqua e sali minerali. L'acqua costituisce circa il 70% del contenuto dei tessuti e si trova sia all'interno sia all'esterno delle cellule, formando il liquido circolante. L'acqua permette alle cellule di mantenere la loro forma e contribuisce alla regolazione della temperatura degli organismi viventi.

I minerali sono presenti in piccole quantità, ma sono coinvolti in molti processi vitali. Esempi e funzioni:

• Sodio e potassio: coinvolti nella trasmissione dell'impulso nervoso e nel mantenimento dell'equilibrio osmotico (Na+ e K+).
• Ferro: componente dell'emoglobina (proteina che trasporta ossigeno e anidride carbonica nel sangue) e di enzimi respiratori che permettono la respirazione cellulare e la produzione di energia.
• Calcio: coinvolto nella formazione delle ossa, nella contrazione muscolare e nella coagulazione del sangue.
• Fosforo: parte della struttura delle ossa e componente di molecole che immagazzinano energia (es. ATP).
• Altri minerali importanti: magnesio, fluoro, zinco, rame.

Riepilogo

La materia vivente è costituita da atomi che si organizzano in elementi e composti chimici. Tra i composti presenti negli organismi predomina il carbonio, alla base dei composti organici. Le biomolecole, insieme ad acqua e sali minerali, svolgono le funzioni essenziali per la vita.