Fondamenti di Biochimica: Energia, Atomi e Legami Chimici

Riassunto di Biochimica

L'energia è essenziale per tutti i processi vitali. Tutti gli atomi contengono energia e sono uniti tra loro da legami chimici, dai quali traiamo l'energia necessaria. Otteniamo la nostra energia dal cibo sotto forma di energia chimica; questa può essere immagazzinata, a differenza di altre forme di energia come la luce e il calore che non possono essere conservate.

Termodinamica

• Prima legge: l'energia non si crea né si distrugge, ma viene solo trasformata.
• Seconda legge: in ogni processo di trasformazione, una parte di essa viene persa sotto forma di calore.

Struttura dell'atomo

L'unità di base della materia è l'atomo, composto da neutroni, protoni ed elettroni.

• Se si modifica il numero di protoni (acquistandoli o perdendoli), si genera un altro elemento.
• Se si cambia il numero di neutroni, si producono isotopi di un elemento.
• Se si modificano gli elettroni, si generano gli ioni dello stesso elemento.
• Si parla di catione quando l'elemento ha carica positiva (perdita di elettroni) e di anione quando l'elemento ha carica negativa (guadagno di elettroni).

Legami chimici

Legame Ionico

Il legame ionico è un tipo di legame a bassa energia. Quando gli atomi perdono o acquistano elettroni di valenza, formano degli ioni (cambio di carica). Gli ioni carichi positivamente attraggono quelli carichi negativamente e viceversa. Queste forze di attrazione sono chiamate legami ionici e tengono insieme gli ioni di carica opposta.

Molti composti ionici si dissociano in ioni positivi e negativi una volta dissolti; questi sono chiamati elettroliti perché le loro soluzioni permettono il passaggio della corrente elettrica. Un legame ionico è, dunque, la forza di attrazione che lega gli ioni di carica opposta.

Nel caso del cloruro di sodio, dopo aver ceduto un elettrone, gli atomi cambiano la propria carica e si attraggono producendo il sale. Tutti i sali e gli elettroliti sono mezzi capaci di trasportare elettricità.

Legame Covalente

Questo è un legame altamente energetico e stabile. In questo caso, nessuno degli atomi perde o guadagna elettroni; invece, si forma una molecola attraverso la condivisione di due o tre coppie di elettroni. Maggiore è il numero di coppie di elettroni di valenza condivise, maggiore sarà l'energia del legame. A differenza del legame ionico, i legami covalenti possono formarsi tra due atomi della stessa classe o tra elementi diversi.

Esistono legami covalenti non polari (elettroni condivisi equamente) e polari (gli elettroni non sono condivisi equamente poiché un atomo esercita una forza di attrazione maggiore rispetto all'altro), come ad esempio nell'acqua.

Legami a Idrogeno

I legami covalenti polari con atomi di idrogeno possono portare alla formazione di legami a idrogeno, un terzo tipo di legame chimico. I legami a idrogeno sono legami deboli che possiedono solo il 5% della forza di un legame covalente. Essi non uniscono atomi per formare molecole, ma stabiliscono connessioni tra molecole diverse o tra parti diverse di una singola molecola. La resistenza offerta dai legami a idrogeno è notevole e garantisce stabilità, influenzando anche la configurazione tridimensionale delle molecole.

Il legame a idrogeno si forma perché gli atomi di idrogeno di una molecola d'acqua sono attratti dalla parziale carica negativa degli atomi di ossigeno di un'altra molecola del liquido.

Elementi chiave e funzionalità degli enzimi

Composti Inorganici

Acqua, acidi, basi e sali.

La maggior parte delle sostanze chimiche nel corpo sono composti classificati in due categorie principali: inorganici ed organici. In generale, i composti inorganici hanno una struttura semplice; tra questi citiamo l'acqua e molti acidi, basi e sali. Possono presentare legami ionici o covalenti. Alcuni composti contenenti carbonio, come il monossido di carbonio (CO) e l'anidride carbonica (CO2), sono classificati come inorganici.

La composizione chimica degli esseri viventi

Dagli atomi alle molecole, fino alle cellule:

• Bioelementi: primari (C, H, O, N) e secondari (S, P, Ca, Na, K, Cl...).
• Biomolecole: organiche (glucidi, lipidi, proteine, acidi nucleici) e inorganiche (acqua, sali minerali).

Inorganici