Fondamenti di Chimica e Biologia Cellulare: Struttura, Legami e Processi Vitali

Concetti Fondamentali di Chimica

Struttura Atomica e Elementi

Atomo

Unità più piccola di un elemento chimico che ne conserva l'identità e le proprietà. Non può essere diviso tramite processi chimici.

Protone

Particella subatomica con carica positiva (+).

Neutrone

Particella subatomica neutra (senza carica).

Elettrone

Particella subatomica con carica negativa (-).

Elemento Chimico

Sostanza che non può essere decomposta tramite reazione chimica. Sostanza formata da molecole di un unico tipo (es. O, O₂, O₃).

Numero Atomico (Z)

Numero di protoni presenti nel nucleo.

Numero di Massa (A)

Somma della massa dei protoni e dei neutroni.

Isotopi

Atomi dello stesso elemento con massa atomica differente, poiché possiedono un numero diverso di neutroni.

Massa Formula

La somma delle masse atomiche di tutti gli atomi che compaiono nella formula chimica.

Legami e Interazioni Chimiche

Legame Chimico

L'unione tra due o più atomi per formare molecole.

Elettronegatività

Misura della capacità di un atomo di attrarre elettroni di legame da un altro atomo.

Legame Ionico

Legame tra un metallo e un non-metallo, con una differenza di elettronegatività maggiore o uguale a 1.7. (L'atomo più elettronegativo "ruba" l'elettrone a quello meno elettronegativo).

Legame Covalente

Legame tra due atomi di non-metallo con una differenza di elettronegatività inferiore a 1.7. Si verifica quando la differenza di elettronegatività non è sufficientemente grande da causare un trasferimento completo di elettroni.

Energia di Legame

L'energia rilasciata quando un legame si forma tra gli atomi che lo compongono.

I legami forti (ionici e covalenti) sono più stabili rispetto ai legami deboli (come il ponte a idrogeno - H).

Molecole e Ioni

Molecola

La più piccola parte di materia che può esistere in stato libero, formata da gruppi di atomi tenuti insieme da forze di attrazione (legami).

Sostanze Composte

Sostanze formate da molecole composte da differenti tipi di atomi.

Valenza

La capacità di un atomo di formare legami, definita dal numero di elettroni che vengono condivisi, ceduti o accettati dall'atomo.

Ione

Specie chimica (atomo o molecola) elettricamente carica (+ o -).

Catione

Specie chimica (atomo o molecola) con carica positiva (+), formata dalla perdita di elettroni.

Anione

Specie chimica (atomo o molecola) con carica negativa (-), formata dall'acquisto di elettroni.

Biochimica e Organismi Viventi

Le Basi della Vita

Biochimica (BK)

Scienza che studia i componenti chimici degli esseri viventi (le basi della vita): proteine, carboidrati, lipidi e acidi nucleici (AC. Nucleici).

Gli elementi essenziali per la vita sono: Carbonio, Idrogeno, Ossigeno, Azoto (CHON), e generalmente anche Fosforo e Zolfo (CHONPS).

La Cellula

Cellula

Unità morfologica e funzionale di tutti gli esseri viventi. È il più piccolo elemento che può essere considerato vivente.

Organismi Unicellulari

Organismi viventi che possiedono una sola cellula (es. batteri e protozoi).

Organismi Pluricellulari

Organismi viventi che possiedono un numero variabile di cellule.

Componenti Cellulari (Organelli)

• Perossisomi

  Presenti solo nelle cellule vegetali, sono sferici con membrana (mb) e contengono importanti enzimi metabolici (catalasi e perossidasi). Disintossicano la cellula catalizzando la degradazione del perossido di idrogeno (H₂O₂) e dei radicali liberi che possono danneggiare i componenti cellulari.

• Vacuoli

  Sacche di liquido presenti nella cellula vegetale, delimitate da una membrana chiamata tonoplasto, contenente una soluzione di sali minerali, zuccheri e amminoacidi (AAS).

  Funzioni dei Vacuoli:

  • Deposito temporaneo di zuccheri e AAS.
  • Contengono enzimi e possono funzionare come i lisosomi.
  • Contengono antocianine, pigmenti che conferiscono colore.

• Cloroplasti

  Sede della fotosintesi, delimitati da un involucro formato da due membrane (MBS). Strutture interne principali: tilacoidi e stroma. Contengono le molecole necessarie per convertire l'energia luminosa in energia chimica.

Il Processo di Fotosintesi

Fotosintesi

Processo mediante il quale piante, alcuni batteri e protisti utilizzano l'energia (E) della luce solare per produrre carboidrati (CHOS). L'energia prodotta viene poi convertita in ATP tramite la respirazione cellulare.

Fasi della Fotosintesi

Fase Luminosa

Si svolge nei tilacoidi. È responsabile della conversione dell'energia luminosa in energia chimica e della generazione di NADPH.

Fase Oscura

Si verifica nello stroma. È responsabile della fissazione della CO₂ attraverso il Ciclo di Calvin.

Trasporto di Sostanze

L'H₂O entra attraverso la radice e viene trasportata alle foglie tramite cellule chiamate xilema e floema. La CO₂ entra attraverso aperture chiamate stomi, affiancate da due cellule di guardia.