PON Liceo Scientifico Scorza di Cosenza

1. Molecole e vita
Liceo Scientifico “G. B. Scorza” Cosenza
PON C-4-FSE-2008-129
Dirigente Scolastico: Prof. Rodolfo
Luciani
Esperto Esterno: Andrea Checchetti
Tutor: Raffaella Ferraro
a.s. 2008/2009

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MOLECOLE E VITA
Liceo Scientifico “G. B. Scorza” Cosenza
PON C-4-FSE-2008-129
Molecole e vita
Dirigente Scolastico: Prof. Rodolfo Luciani
Esperto Esterno: Andrea Checchetti
Tutor: Raffaella Ferraro
Gli alunni:
1) Baffa Pierangelo 2) Ciaccio Roberto
3) Cistaro Giovanni Consalvo 4) Costabile Claudio
5) Curto Francesca 6) Farsetta Fabrizio
7) Florio Olivia 8) Genise Giulio
9) Grandinetti Francesco 10) Grispino Francesco
11) Guarascio Mario 12) Kaljca Dejan
13) Magnocavallo Rossella 14) Orrico Mario
15) Pellegrino Fiorella 16) Perri Rina
17) Perri Federica 18) Pescatore Rita
19) Rende Serena 20) Rossin Paola
21) Ruffo Sara Martina 22) Scarpino Alfonso
23) Scorza Ludovica 24) Siciliano Francesco
25) Villella Annalisa.
a.s.2008/2009
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MOLECOLE E VITA
Introduzione
Al termine “biologia molecolare”, affermatosi nella seconda metà del secolo scorso,
possono essere ricondotti tutti quei processi e quelle strutture degli organismi viventi
spiegabili attraverso le proprietà e le molecole che li compongono.
Già alla fine dell’Ottocento era stato ottenuto un filtrato di lievito che non contenenva
nessuna cellula vivente, con il quale riprodurre tutta la fermentazione alcolica,
dimostrando così che per un processo biologico complesso come la trasformazione dello
zucchero in alcool non era necessario ricorrere ad un organismo biologico intero.
A realizzare il processo ci pensano quelle particolari molecole chiamate enzimi, che sono
in realtà proteine, macromolecole che hanno un raggio medio dell’ordine di decine di
Angstrom.
Nel corso di questi ultimi decenni è sempre stato più chiaro che le proprietà tipiche degli
organismi viventi risiedono nella proprietà delle diverse macromolecole che li
compongono e delle loro interazioni.
La presenza di queste molecole permette agli organismi viventi di acquisire energia e di
portare a termine le loro funzioni. Le vie metaboliche seguite sono trasformazioni che o
presiedono alla degradazione di sostanze organiche complesse in componenti più semplici
(catabolismo) liberando energia, o presiedono alla biosintesi di sostanze organiche
complesse partendo da componenti più semplici (anabolismo) consumando energia.
In questa pubblicazione, in maniera molto schematica e semplificata si è cercato di
descrivere le proprietà delle macromolecole e i processi metabolici in cui sono coinvolte.
Laddove è stato possibile, per facilitare la comprensione degli argomenti, si è fatto uso del
laboratorio per garantire da un lato un sapere non disgiunto dal saper fare e dall’altro un
supporto alle attività didattiche svolte all’interno del percorso formativo.
Ringrazio la scuola, il tutor del progetto e soprattutto gli alunni per l’interesse e la
partecipazione mostrate per tutta la durata del corso.
Andrea Checchetti
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MOLECOLE E VITA
Gli idrocarburi
Perché il C è utilizzato così ampiamente nella costruzione della materia vivente?
Sicuramente perché:
• la sua posizione centrale nella scala di elettronegatività gli consente di formare
legami covalenti in pratica con tutti gli elementi;
• può formare fino a quattro legami semplici e catene assai lunghe, consentendo la
costruzione di molecole anche molto complesse ed articolate nello spazio;
• può formare legami doppi o tripli; più frequenti sono i legami doppi, che
inseriscono nelle molecole dei punti di rigidità e limitazione alla rotazione e
risultano particolarmente reattivi; se poi questi legami sono in numero sufficiente è
sono disposti in un certo modo tra loro, possono assorbire radiazioni
elettromagnetiche nel visibile e nell’ultravioletto.
Per comprendere la chimica del carbonio è utile riguardare le caratteristiche degli orbitali
ibridi che permettono di descrivere le strutture per esempio degli idrocarburi alifatici e
aromatici:
1. Orbitali atomici del carbonio ed orbitali ibridi sp3
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MOLECOLE E VITA
2. Orbitali ibridi sp2 e formazione del legame doppi
3. Struttura del triplo legame
4. Il sistema di elettroni π del benzene
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MOLECOLE E VITA
Gli idrocarburi sono composti che contengono solo C e H.
La loro struttura può essere:
 lineare
 ramificata
 ciclica
Possono essere classificati in :
 saturi perché contengono legami semplici fra gli atomi di carbonio
 insaturi perché contengono almeno un legame doppio o triplo
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MOLECOLE E VITA
Gli idrocarburi alifatici si dividono in tre classi di composti:
I gruppi R sono chiamati gruppi alchilici
Gli idrocarburi aromatici sono invece idrocarburi ciclici contenenti un sistema di doppi
legami alternati a legami semplici, che porta ad una delocalizzazione degli elettroni
all’interno dell’anello
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MOLECOLE E VITA
Nella tabella che segue sono indicati gli idrocarburi contenenti legami multipli carbonio-
carbonio
In generale un composto organico è sottoposto a un numero limitatissimo di reazioni
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MOLECOLE E VITA
Le reazioni di cui sopra hanno in comune una caratteristica importante: ognuna comporta
la scissione di legami preesistenti fra gli atomi e la formazione di legami nuovi e differenti.
Scrivendo una reazione è possibile individuare i processi essenziali di scissione e
formazione dei legami rappresentandoli mediante frecce ricurve. Ogni freccia ricurva
rappresenta il movimento di una coppia di elettroni dalla propria posizione originaria ad
una nuova e diversa: la coda della freccia dice da dove proveniva la coppia elettronica,
mentre la punta indica la posizione che verrà assunta.
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MOLECOLE E VITA
L’atomo di carbonio ha una elettronegatività più bassa rispetto alla grande maggioranza
degli atomi, ad eccezione dell’idrogeno, e pertanto i legami che forma sono polarizzati e
può risultare carente di elettroni per essere attaccato da reagenti ricchi di elettrofili detti
nucleofili. Ma esistono anche situazioni in cui l’atomo di carbonio può mettere a
disposizione elettroni e dunque può essere considerato ricco di elettroni e reagire con
reagenti carenti di elettroni che si definiscono elettrofili.
Nelle reazioni sopra indicate è possibile che le molecole organiche si trasformino nei
prodotti passando attraverso intermedi reattivi:
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MOLECOLE E VITA
In una reazione all’equilibrio si potranno avere le seguenti situazioni:
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MOLECOLE E VITA
Gruppi funzionali organici
Si definisce gruppo funzionale un insieme di uno o più atomi che, a causa della diversa
distribuzione degli elettroni e diversa elettronegatività degli atomi che lo compongono,
cambia significativamente sia le proprietà fisiche che la reattività dell’idrocarburo di
partenza
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MOLECOLE E VITA
Possiamo distinguere gruppi funzionali contenenti un atomo elettronegativo legato al
carbonio con un singolo legame
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MOLECOLE E VITA
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MOLECOLE E VITA
E gruppi funzionali contenenti un eteroatomo legato al carbonio con legami multipli
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MOLECOLE E VITA
Le biomolecole
Le sostanze chimiche presenti in un organismo vivente si dividono in metaboliti primari e
metaboliti secondari
I Metaboliti primari sono metaboliti responsabili delle principali funzioni vitali
dell’organismo produttore, come la produzione di energia o la costruzione delle strutture
cellulari.
Grassi, proteine, zuccheri sono contenuti negli alimenti e sono le principali classi di
molecole che si trovano nelle cellule. Sono tutti composti organici (macromolecole), aventi
uno scheletro carbonioso legato covalentemente ad altri atomi quali O, N, S.
Le proteine
Sono costituite dagli amminoacidi i quali sono formati da un gruppo amminico e un
gruppo carbossilico
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MOLECOLE E VITA
Le proprietà delle proteine dipendono dalle proprietà speciali e dalla diversità chimica
degli amminoacidi che le costituiscono.
Una classificazione degli amminoacidi utile per predire le proprietà delle proteine si basa
sulla polarità delle catene laterali (ad eccezione della prolina):
 amminoacidi non polari
 amminoacidi polari, neutri
 amminoacidi acidi
 amminoacidi basici
Tutte le proteine sono costituite da 20 aa essenziali (devono essere forniti al corpo con gli
alimenti): sono noti come alfa amminoacidi
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MOLECOLE E VITA
Gli amminoacidi si possono legare tra di loro attraverso il legame peptidico
Il ripetersi di questa reazione dà vita alla formazione di polipeptidi e di proteine.
In base alla forma si possono classificare le proteine in due grandi classi:
1. Proteine fibrose:
• strutture lineari semplici e regolari
• insolubili in acqua o in soluzioni saline diluite
2. Proteine globulari:
• Forma approssimativamente sferica
• Molto solubili in acqua
La struttura proteica presenta diversi livelli
1. Struttura primaria:
• Sequenze di amminoacidi
• Rese stabili da legami covalenti
2. Struttura secondaria:
• Conformazioni distinte che può assumere la catena polipeptidica, α elica
β sheet
• Rese stabili da legami idrogeno che si formano tra residui di amminoacidi
adiacenti
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MOLECOLE E VITA
α elica foglietto β
3. Struttura terziaria:
• Avvolgimento spaziale di tutte le alfa eliche e le forme beta
• Determinata dall’interazione dei gruppi laterali della catena principale
mediante legame deboli
4. Struttura quaternaria:
• Più strutture terziarie collaborano per formare un complesso
macromolecolare
• Resa stabile da legami deboli
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MOLECOLE E VITA
In base alla funzione biologica che svolgono distinguiamo
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MOLECOLE E VITA
I carboidrati
I carboidrati si trovano in tutte le piante e gli animali e sono indispensabili per le funzioni
vitali. Tramite la fotosintesi le piante trasformano l’anidride carbonica in carboidrati.
I carboidrati sono poliidrossichetoni o poliidrossialdeidi o sostanze che per idrolisi danno
composti di questo tipo.
In base alla struttura si classificano in
• Monosaccaridi
• Oligosaccaridi
• Polisaccaridi
I monosaccaridi vengono classificati in base al numero di atomi di carbonio in
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MOLECOLE E VITA
In soluzione acquosa gli zuccheri formano una struttura ad anello
In soluzione acquosa i gruppi aldeidici o chetonici reagiscono con un gruppo ossidrilico
della stessa molecola per formare una struttura ad anello. La emiacetalizzazione degli
zuccheri, come il glucosio, fornisce degli anelli a 6 atomi (5C+1O) o a 5 atomi (4C+1O).
Poiché l’addizione al gruppo ossidrilico può interessare sia l’una che l’altra faccia del
gruppo carbonilico si formeranno due diasteroisomeri, alfa e beta. Le due forme si
interconvertono fra di loro. Nel caso del glucosio
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MOLECOLE E VITA
La reazione di ciclizzazione è una reazione di equilibrio: la forma aperta è in equilibrio con
la forma chiusa (α+β). Gli emiacetali in presenza di alcool diventano acetali
Sebbene gli aldosi esistano in prevalenza nella forma ciclica, sono sempre in equilibrio con
una piccola ma definita quantità di forma aldeidica aperta. Per questo motivo è possibile
una loro ossidazione ad acido. L’ossidazione avviene con facilità con diversi reagenti:
• Tollens (Ag+ in ammoniaca acquosa)
• Fehling (Cu+ complessato con lo ione tartrato)
• Benedict (Cu+ complessato con lo ione citrato)
Gli oligosaccaridi più comuni sono i disaccaridi
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MOLECOLE E VITA
I legami glicosidici si possono distinguere in α-glicosodici e β-glicosidici
Esempi:
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MOLECOLE E VITA
La polimerizzazione degli zuccheri avviene come nel seguente esempio:
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MOLECOLE E VITA
L’amido è un polisaccardide in cui le unità monosaccaridi sono legate da legami alfa-1,4-
glicosidici e alfa-1,6-glicosidici che generano ramificazioni. L’amido può essere separato in
amilosio e amilopectina. Mentre l’amilosio ha una struttura lineare, l’amilopectina ha una
struttura ramificata (rigonfiamento dei granuli di amido in presenza di acqua e
formazione di soluzioni colloidali).
Il glicogeno è il carboidrato che funge da riserva energetica negli animali. E’ formato da
unità di glucosio.
La cellulosa è un polimero non ramificato del glucosio. Le macromolecole lineari si
aggregano formando fibrille associate tramite legami a idrogeno fra gruppi ossidrilici
presenti su catene adiacenti. Le fibrille si avvolgono a spirale in direzione opposte intorno
ad un asse comune centrale, ciò rende le fibre molto robuste (legno, cotone, canapa, lino,
paglia, ecc.)
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MOLECOLE E VITA
L’unica differenza tra cellulosa e amido è la stereochimica del legame glicosidico: alfa-
glicosidico nell’amido, beta-glicosidico nella cellulosa. L’uomo possiede enzimi in grado di
scindere i legami alfa-glicosidici ma non i beta-glicosidici, per questo motivo non riesce a
digerire la cellulosa.
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MOLECOLE E VITA
I lipidi
Si possono classificare in saturi ed insaturi
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MOLECOLE E VITA
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MOLECOLE E VITA
La formazione dei grassi è la sintesi di un estere
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MOLECOLE E VITA
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MOLECOLE E VITA
I lipidi in acqua si organizzano creando strutture
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MOLECOLE E VITA
La fotosintesi
La fotosintesi clorofilliana è l’insieme delle reazioni durante le quali le pianti verdi
producono sostanze organiche a partire dall’anidride carbonica e dall’acqua, in presenza
di luce. Mediante la clorofilla l’energia solare viene trasformata in una forma di energia
chimica utilizzabili dagli organismi vegetali per la propria sussistenza.
La fotosintesi è l’unico processo biologicamente importante in grado di raccogliere
l’energia solare da cui, fondamentalmente , dipende la vita sulla terra.
Il prodotto organico della fotosintesi è il glucosio (C6H12O6), il carboidrato monosaccaride
più diffuso sul nostro pianeta. Dal glucosio derivano le altre macromolecole, quali l’amido
(la forma di accumulo del carbonio nelle piante) e il saccarosio (la forma di trasporto
principale del carbonio nelle piante).
La reazione chimica che riassume il processo è:
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MOLECOLE E VITA
I cloroplasti sono i plastidi contenenti la clorofilla e altri pigmenti fotosintetici necessari
per la fotosintesi. Pertanto, sono organelli caratteristici della cellula vegetale e dei batteri
fotosintetici. Essi possiedono una membrana esterna abbastanza permeabile, una
membrana interna che rappresenta invece una barriera di permeabilità, uno spazio
intermembrana ed uno spazio racchiuso dalla membrana interna chiamato stroma.
Nello stroma si trova un’ulteriore membrana: la membrana tilacoidale. I tilacoidi sono
impilati parallelamente a formare i cosiddetti grana. Questa membrana delimita un altro
spazio all’interno del cloroplasto chiamato lume tilacoidale o spazio tilacoidale.
Le membrane tilacoidali dei cloroplasti contengono clorofille, carotenoidi e altri pigmenti
che assorbono la luce.
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MOLECOLE E VITA
I due processi, la fotosintesi e la respirazione aerobica, dunque, sono così rappresentabili
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MOLECOLE E VITA
La fotosintesi può essere aerobica ed anaerobica.
Nella fotosintesi aerobica è l’H2O il donatore di elettroni e di protoni per la riduzione della
CO2. Alcuni batteri fanno avvenire la fotosintesi però in maniera anaerobica perché per
loro l’O2 è un veleno. In questo caso gli elettroni non provengono dall’acqua ma da
composti come ad es. H2S e quindi non producono O2 ma zolfo.
La fotosintesi clorofilliana è un processo esclusivo delle cellule contenenti cloroplasti;
avviene pertanto nelle piante (soprattutto nelle foglie ricche di cloroplasti), nelle alghe, nei
batteri fotosintetici e nei cianobatteri. Le cellule foto sintetiche (autotrofe), per mezzo
dell’energia solare, utilizzano l’acqua e la CO2 per produrre glucosio e O2 che vengono
utilizzati dalle cellule eterotrofe riproducendo acqua e CO2.
La fotosintesi avviene in due grandi tappe
• reazioni di trasduzione dell’energia o fase luminosa (alla luce)
• reazioni di fissazione del carbonio o fase oscura (che non richiedono energia solare).
La fase luminosa produce ATP e NADPH necessari per le reazioni della fase oscura (ciclo
di Calvin – fissazione del carbonio).
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MOLECOLE E VITA
Per mezzo della fotolisi, l’energia radiante della luce solare viene convertita in energia
chimica, dato che le molecole di idrogeno e di ossigeno contengono una quantità maggiore
di energia chimica rispetto alla molecola d’acqua da cui sono derivate.
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MOLECOLE E VITA
La clorofilla, a normali temperature e con l’energia della luce visibile, scinde le molecole
d’acqua, svolgendo un lavoro che, in condizioni ordinarie, richiede temperature di circa
2000°C o una forte corrente elettrica.
Nell'intervallo compreso tra le zone del rosso e del viola troviamo tutti gli altri colori, tra i
quali anche quelli delle radiazioni utilizzate dalle piante per la fotosintesi
Il fatto che la fotosintesi utilizzi la luce visibile, piuttosto che le altre zone dello spettro
elettromagnetico, è, probabilmente, legato alla maggior abbondanza delle radiazioni
luminose rispetto a tutte le altre (la nostra atmosfera è trasparente alla luce visibile), per
cui gli organismi, come le piante, in grado di sfruttarle sono stati favoriti da un punto di
vista evolutivo. Inoltre, le radiazioni a lunghezza d'onda più grande di quelle del rosso
(oltre 750 nm) hanno scarsa energia, che per la maggior parte è assorbita dall'acqua come
calore, mentre quelle a lunghezza d'onda minore della luce viola (sotto i 400 nm) ne hanno
troppa e, se assorbite, degradano rapidamente molte molecole biologiche.
I pigmenti sono sostanze chimiche che appaiono colorate perché, quando vengono
illuminate dalla luce bianca, sono in grado di assorbire solo alcune radiazioni dello spettro
luminoso, mentre si lasciano attraversare da tutte le altre. La molecola di un pigmento che
rientri tra le sostanze organiche (categoria alla quale appartengono anche i pigmenti
fotosintetici), presenta caratteristiche chimiche ben precise. I pigmenti organici contengono
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MOLECOLE E VITA
infatti (accanto a particolari gruppi funzionali, detti "cromofori" se sono colorati di per sé,
o "auxocromi" se aumentano l'intensità del colore) una serie di "doppi legami coniugati“.
Un doppio legame isolato assorbe infatti radiazioni nella zona dell'ultravioletto, ma se
viene "coniugato" con altri doppi legami, l'assorbimento si sposterà nel campo della luce
visibile (e, all'interno di questo, dalla zona del viola a quella del rosso). In altre parole,
quanto maggiore è il numero dei doppi legami coniugati, tanto maggiore sarà la
lunghezza d'onda assorbita dal pigmento.
L'assorbimento di una radiazione luminosa da parte di un pigmento è un fenomeno che
riguarda l'attivazione di uno o più elettroni periferici che fanno parte del sistema dei
doppi legami coniugati. Quando cioè un fotone di frequenza appropriata (ossia un fotone
che trasporta l'esatta quantità di energia per quella certa transizione) colpisce una
molecola di pigmento, gli elettroni dei doppi legami passano dal loro normale livello
energetico (stato fondamentale) ad un livello energetico più alto (stato energetico
"eccitato").
Tre doppi legami coniugati assorbono a circa 260 nm. La sostanza appare bianca perché
tutte le frequenze del visibile sono riflesse.
Cinque doppi legami coniugati assorbono a circa 330 nm. La sostanza appare bianca
perché tutte le frequenze del visibile sono riflesse.
Sette doppi legami coniugati assorbono a circa 380 nm. La sostanza appare verde perché
tutte le frequenze del visibile sono riflesse, ad eccezione di quella viola assorbita.
Nove doppi legami coniugati assorbono a circa 425 nm. La sostanza appare giallo-verde
perché tutte le frequenze del visibile sono riflesse, ad eccezione di quella blu-viola
assorbita.
Undici doppi legami coniugati (es. carotenoidi) assorbono a circa 450 nm. La sostanza
appare giallo-arancione perché tutte le frequenze del visibile sono riflesse, ad eccezione di
quella blu assorbita.
L'energia assorbita dal pigmento può essere poi riemessa in modi molto diversi a seconda
dei casi e dello stato eccitato raggiunto.
1. Riemissione sotto forma di radiazione luminosa avente minore energia e quindi
lunghezza d'onda maggiore di quella assorbita: questo fenomeno si definisce
fluorescenza. In pratica l'elettrone sale al livello eccitato con un solo salto, mentre
ridiscende allo stato fondamentale con due o più salti (l'energia di ognuno dei quali è
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MOLECOLE E VITA
una frazione di quella assorbita). E' il fenomeno con cui i carotenoidi assorbono le
radiazioni blu-violette e riemettono le radiazioni rosse che possono essere assorbite
dalla clorofilla.
2. Riemissione lenta di radiazione luminosa. Questo fenomeno viene definito
fosforescenza.
3. Dissipazione dell'energia sotto forma di calore, che riporta l'elettrone del pigmento
allo stato fondamentale o ad uno eccitato a minore energia.
4. Trasferimento dell'elettrone eccitato ad una molecola accettore, dopo di che l'elettrone
perduto deve essere rimpiazzato a spese di un'altra molecola che funge da donatore di
elettroni (ad esempio, la clorofilla cede l'elettrone eccitato ad un accettore,
sostituendolo, subito dopo, con un altro elettrone proveniente dall'acqua, nei
cloroplasti). In termini ossido-riduttivi, l'elettrone ceduto inizialmente (riduzione
dell'accettore) viene rapidamente sostituito da un elettrone ceduto da una seconda
molecola (ossidazione del donatore).
Come tutti i pigmenti, anche i pigmenti fotosintetici sono caratterizzati da uno "spettro di
assorbimento". Lo spettro di assorbimento è una curva, rappresentata in un diagramma
che riporta in ascisse la lunghezza d'onda ed in ordinate l'entità dell'assorbimento
("Assorbanza", indicata con "A" è definita come il logaritmo del rapporto tra l'intensità di
luce che raggiunge il pigmento, "luce incidente"= I0, e quella che lo attraversa senza essere
assorbita, "luce trasmessa"= I).
A = log (Io / I)
Lo spettro di assorbimento ci dà la misura dell'intensità luminosa che viene assorbita per
ciascuna lunghezza d'onda, quindi ci può fornire utili informazioni riguardanti la natura
dei pigmenti fotosintetici.
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41. 41
MOLECOLE E VITA
Durante questa fase, detta anche fase fotochimica, l’energia luminosa è assorbita e poi
trasformata in energia chimica, vale a dire utilizzata per formare ATP (adenosina
trifosfato) e NADPH (è un agente ossidante la nicotinammide adenina dinucleotide
fosfato, forma ridotta) attraverso un processo chiamato fotofosforilazione non ciclica.
Inoltre viene liberato nell’ambiente ossigeno proveniente dalla demolizione di molecole di
acqua.
L'Adenosintrifosfato, o ATP, è un ribonucleotide trifosfato formato da una base azotata,
cioè l'adenina, dal ribosio, che è uno zucchero, e da tre gruppi fosfato. È una sostanza-
chiave per il metabolismo energetico. L'ATP è il composto ad alta energia richiesto dalla
stragrande maggioranza delle reazioni metaboliche, che traggono energia staccando una
molecola di fosforo e trasformando l’ATP in ADP. L'ATP non è una sostanza molto stabile,
per cui non serve all'accumulo di energia per tempi significativi.
Le molecole coinvolte nelle reazioni della fase luminosa della fotosintesi, che si trovano nei
cloroplasti sulle membrane dei tilacoidi, formano due fotosistemi, il fotosistema I e il
fotosistema II.
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MOLECOLE E VITA
Essi differiscono uno dall’altro per la lunghezza d’onda della luce che riescono a captare.
Ogni fotosistema è formato da 250-400 pigmenti capaci di assorbire le radiazioni luminose.
In ciascun fotosistema una molecola di clorofilla a costituisce il centro di reazione, capace
di dare il via alle reazioni della fase luminosa. Gli altri pigmenti servono a captare la luce e
a trasferire l’energia assorbita da una molecola all’altra fino al centro di reazione, dove
avviene la conversione dell’energia luminosa in energia chimica (la fase oscura).
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MOLECOLE E VITA
La fase oscura è la fase in cui l’energia, accumulata nelle molecole di ATP e NADPH, viene
utilizzata per formare una molecola organica, il glucosio, a partire da un composto
inorganico, l’anidride carbonica. Dal momento che l’intero processo avviene
indipendentemente dalla luce, si parla di “fase oscura”, anche se per essa non è necessario
il buio.
Le reazioni della fase oscura hanno luogo nello stroma dei cloroplasti, dove sono
localizzati tutti gli enzimi necessari. Anche in questo caso il processo si svolge in diverse
tappe che costituiscono un ciclo perché si concludono con la rigenerazione del composto
di partenza. Il ciclo della fase oscura è chiamato ciclo di Calvin. Per generare una
molecola di glucosio sono necessarie 6 molecole di anidride carbonica per un totale di 6
giri del ciclo.
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MOLECOLE E VITA
I
Il ciclo dei C3 utilizza complessivamente come reagenti CO2 ATP e NADPH e libera come
prodotti ADP NADP+ e 3-fosfogliceraldeide (3PGAL).
Ogni passaggio del ciclo di Calvin è catalizzato da un enzima specifico. A ogni giro
completo una molecola di anidride carbonica entra nel ciclo, viene ridotta e si riforma una
molecola di RuDP. Tre giri del ciclo fanno entrare tre molecole di anidride carbonica,
sufficienti per ottenere uno zucchero a tre atomi di carbonio, la gliceraldeide 3-fosfato
(G3P).
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MOLECOLE E VITA
Occorrono sei giri completi del ciclo, con l'introduzione di sei molecole di anidride
carbonica, per produrre l'equivalente di una molecola di zucchero a sei atomi di carbonio,
con il glucosio. L'equazione complessiva è la seguente:
Il primo stadio del ciclo è
Il ciclo intero invece
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MOLECOLE E VITA
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MOLECOLE E VITA
Il bilancio energetico della fotosintesi può essere così rappresentato:
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MOLECOLE E VITA
La glicolisi
La gliceraldeide3-fosfato (G3P), lo zucchero a tre atomi di carbonio prodotto dal ciclo di
Calvin, può sembrare una ricompensa insignificante, sia per l'intera attività enzimatica
della cellula sia per lo sforzo intellettuale richiesto per comprendere la fotosintesi.
Tuttavia, questa molecola e quelle derivate da essa forniscono: (1) la fonte d'energia di
praticamente tutti i sistemi viventi e (2) lo scheletro carbonioso fondamentale grazie a cui
può essere sintetizzata la grande varietà delle molecole organiche. Mediante la sintesi di
G3P il carbonio viene fissato, cioè passa dal mondo inorganico a quello organico. Le
molecole di G3P possono confluire verso differenti vie metaboliche, a seconda dell' attività
e delle esigenze della cellula.
L’insieme delle reazioni che si svolgono nelle cellule di un organismo vivente costituisce il
metabolismo. Le diverse vie metaboliche si svolgono tutte coordinatamente in modo tale
da realizzare un perfetto equilibrio tra processi di degradazione e processi di sintesi.
Lo schema di seguito mostra le diverse tappe della glicolisi, la prima fase della
degradazione ossidativa del glucosio. Essa consta di 9 (10) reazioni, ognuna catalizzata da
un enzima e avviene nel citoplasma.
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MOLECOLE E VITA
Schema della catena di reazioni della glicolisi
glucosio (6 atomi di carbonio)
 (reazione 1)
glucosio 6-fosfato (6 atomi di carbonio)
 (reazione 2)
fruttosio 6-fosfato (6 atomi di carbonio)
 (reazione 3)
fruttosio 1,6-bisfosfato (6 atomi di carbonio)
 (reazione 4)
2 molecole di gliceraldeide 3-fosfato
(3 atomi di carbonio)
 (reazione 5)
2 molecole di 1,3-bisfosfoglicerato
(3 atomi di carbonio)
 (reazione 6)
2 molecole di 3-fosfoglicerato
(3 atomi di carbonio)
 (reazione 7)
2 molecole di 2-fosfoglicerato (3 atomi di carbonio)
 (reazione 8)
2 molecole di fosfoenolpiruvato
(3 atomi di carbonio)
 (reazione 9)
2 molecole di piruvato (3 atomi di carbonio)
49

50. 50
MOLECOLE E VITA
Le reazioni e gli enzimi della glicolisi
Reazione Reagente Prodotto Enzima Attivatori Inibitori
1 glucosio glucosio 6-fosfato esochinasi nessuno - glucosio 6-
fosfato
2 glucosio 6-fosfato fruttosio 6-fosfato fosfoglucoso nessuno nessuno
isomerasi
3 fruttosio 6-fosfato fruttosio fosfofrutto- - AMP; - ATP;
1,6-bisfosfato chinasi - fruttosio 2,6- - citrato
bisfosfato
4 fruttosio gliceraldeide 3-fosfato aldolasi nessuno nessuno
1,6-bisfosfato
5 gliceraldeide 1,3-bisfosfoglicerato gliceraldeide nessuno nessuno
3-fosfato 3-fosfato
deidrogenasi
6 1,3- 3-fosfoglicerato fosfoglicerato nessuno nessuno
bisfosfoglicerato chinasi
7 3-fosfoglicerato 2-fosfoglicerato fosfoglicero mutasi nessuno nessuno
8 2-fosfoglicerato fosfoenolpiruvato enolasi nessuno nessuno
9 fosfoenolpiruvato piruvato piruvato chinasi - fruttosio1,6- - ATP;
bisfosfato - alanina
(Gli enzimi siti di controllo sono sottolineati ed evidenziati in neretto)
50

51. 51
MOLECOLE E VITA
La reazione complessiva è
• Glucosio + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 piruvato + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O
Le reazioni in dettaglio sono:
1. Esochinasi
ΔG'°=-16,7 kJ/mole ΔG=-33,4 kJ/mole
2. Fosfoglucosoisomerasi
ΔG'°=+1,7 kJ/mole ΔG=-2,5 kJ/mole
51

52. 52
MOLECOLE E VITA
3. Fosfofruttochinasi 1
ΔG'°=-14,2 kJ/mole ΔG=-22,2 kJ/mole
4. Aldolasi
ΔG'°=+23,8 kJ/mole ΔG= -1,3 kJ/mole
52

53. 53
MOLECOLE E VITA
5. Triosofosfato isomerasi
ΔG'°=+7,5 kJ/mole ΔG= + 2,5 kJ/mole
6. Gliceraldeide-3-fosfato-deidrogenasi
ΔG'°=+12,6 kJ/mole ΔG=-3,4 kJ/mole
53

54. 54
MOLECOLE E VITA
7. Fosfoglicerato chinasi
Mg++
ΔG'°=-37 kJ/mole ΔG =+ 2,7 kJ/mole
8. Fosfoglicerato mutasi
Mg++
ΔG'°=+8,8 kJ/mole ΔG= +1,6 kJ/mole
54

55. 55
MOLECOLE E VITA
9. Enolasi
ΔG'°=+3,5 kJ/mole ΔG=-6,6 kJ/mole
10. Piruvato chinasi
ΔG'°=-62,4 kJ/mole ΔG=-33 kJ/mole
55

56. 56
MOLECOLE E VITA
La variazione complessiva di energia libera della glicolisi è
20
0
o'
Cumulative ∆G
-20
-40
-60
-80
-100
HK PGI PFK ALD GDH PGK PGM ENL PK
L’energia derivata dal glucosio nella glicolisi è
Σ ∆Go’=-43.4 kJ mol-1
C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O -2850 kJ mol-1
La trasformazione di glucosio in piruvato permette l’utilizzazione di solo il 1.5%
dell’energia del glucosio! Paradossalmente è quasi la stessa resa della fotosintesi (1,2 %)
partendo da un’energia solare radiante del 100%.
Con la glicolisi si ha la rottura della molecola di glucosio in due molecole (piruvato o acido
piruvico) ognuna a tre atomi di carbonio. ATP e NADH sono prodotti durante la fase di
cattura dell’energia (colonna di destra della figura successiva). Durante la glicolisi una
molecola di glucosio
56

57. 57
MOLECOLE E VITA
57

58. 58
MOLECOLE E VITA
La respirazione cellulare
Le cellule ricavano energia trasformando l’energia contenuta negli alimenti (energia
chimica) in ATP con un processo noto come respirazione cellulare.
La respirazione aerobica che ripetiamo comporta l’ossidazione del glucosio
C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O + energia
avviene in quattro fasi:
1. La prima fase avviene nel citoplasma con la glicolisi;
2. Il piruvato prodotto finale della glicolisi entra nei mitocondri dove la respirazione
prosegue con la formazione dell’acetil coezima A;
3. Il ciclo dell’acido citrico;
4. Il sistema di trasporto degli elettroni e la chemiosmosi. La maggior parte dell’ATP è
sintetizzato con la chemiosmosi.
Le cellule ricavano energia trasformando l’energia contenuta negli alimenti (energia
chimica) in ATP in un processo noto come respirazione cellulare. La respirazione cellulare
può essere aerobica (richiede O2) o anaerobica (es. fermentazioni).
58

59. 59
MOLECOLE E VITA
Il metabolismo cellulare se anabolico è endoergonico e richiede ATP, se catabolico è
esoergonico e produce ATP
59

60. 60
MOLECOLE E VITA
60

61. 61
MOLECOLE E VITA
Durante i primi tre stadi della respirazione si produce ATP, inoltre gli idrogeni (o
elettroni) sottratti al glucosio (che si trasforma in CO2) sono captati dal NAD+ (che forma
NADH) o da una molecola simile ad esso, FAD (che forma FADH2). Nella quarta fase della
respirazione, gli elettroni, precedentemente captati dal NADH e FADH2, sono poi rilasciati
e la loro energia è utilizzata per produrre ATP.
La sigla NAD sta, in biochimica, per “Nicotinammide AdeninDinucleotide". Essa è una
macromolecola organica il cui ruolo biologico consiste nel trasferire gli elettroni, quindi
nel permettere le ossido-riduzioni; come sempre avviene in biologia, essa svolge il suo
importante ruolo tramite lo spostamento di atomi di idrogeno. La nicotinammide è la
parte indicata in figura dal numero 1. È proprio questa struttura che svolge il ruolo
biologico generale della molecola, potendo essa accettare degli atomi di idrogeno. L'
adenina è invece la struttura chimica indicata con il numero 2. Essa è presente negli acidi
nucleici, essendo una delle cinque basi azotate, e si trova inoltre nell'ATP, nell'ADP e
nell'AMP; essa è solitamente simboleggiata dalla lettera A. Il di-nucleotide consiste invece
nella coppia di nucleotidi contrassegnata in figura dai numeri 3 e 4; in ciascuno di essi è
presente un gruppo fosfato ed uno zucchero pentoso, il ribosio.
Formula di struttura del NADH, forma ridotta di NAD
61

62. 62
MOLECOLE E VITA
62

63. 63
MOLECOLE E VITA
Nel terzo stadio della respirazione cellulare l'ossigeno molecolare O2 provoca l'ossidazione
del coenzima ridotto NADH che è stato generato dalla glicolisi, dalla decarbossilazione
ossidativa e dal ciclo di Krebs.
La Flavin Adenina Dinucleotideo FAD, è un importante fattore ossidante del ciclo di
Krebs ed interviene nel trasporto degli elettroni nel processo biochimico chiamato catena
di trasporto degli elettroni. La molecola è costituita da tre anelli condensati, che formano il
cosiddetto gruppo isoalloazinico della flavina, il quale è a sua volta legato al ribitolo
(zucchero a cinque atomi di carbonio) tramite l'atomo di azoto (N) dell'anello centrale.
63

64. 64
MOLECOLE E VITA
La forma ridotta della Flavin Adenin Dinucleotide (FAD) è importantissima, perché
interviene nelle reazioni biochimiche di trasporto degli elettroni e nella ossidazione degli
acidi grassi. Se all'anello centrale del FAD e all'anello laterale destro, sono legati due atomi
di idrogeno (uno per anello), allora prenderà il nome di FADH2.
64

65. 65
MOLECOLE E VITA
La catena di trasporto degli elettroni è accoppiata alla sintesi dell’ATP. Questo processo è
noto come fosforilazione ossidativa
65

66. 66
MOLECOLE E VITA
La resa energetica nella respirazione cellulare aerobica del glucosio
Anche altri nutrienti, diversi dal glucosio, sono utilizzati nella respirazione cellulare
66

67. 67
MOLECOLE E VITA
Nella respirazione anaerobica invece prendono luogo i processi che sono conosciuti come
fermentazioni. In questi processi gli elettroni sottratti agli alimenti non sono riconducibili
all’ossigeno ma ad altri accettori finali.
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68. 68
MOLECOLE E VITA
Si parla di respirazione se la molecola che fa da ossidante ultimo è una molecola
inorganica come O2 che si riduce a H2O nella respirazione cellulare. Si parla di
fermentazione se la molecola che fa da ossidante ultimo è una molecola organica come
l’acido piruvico che si riduce ad acido lattico nella fermentazione lattica o acetaldeide che
si riduce ad etanolo nella fermentazione alcolica, CO2 che si riduce a CH4 nella
fermentazione delle biomasse.
68

69. 69
MOLECOLE E VITA
Ricapitolando
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70. 70
MOLECOLE E VITA
70

71. 71
MOLECOLE E VITA
Laboratorio
ESPERIMENTO n° 1
SAGGIO PER L'AMIDO
Premessa: L'esperimento dimostra che lo iodio dà una colorazione azzurra con l’amido.
Conoscenza preliminari: uso delle provette e delle pipette
Materiali per gruppo: soluzione saccarosio 10% 10 cc, soluzione amido 1% 10 cc, soluzione
albume 1% 10 cc, soluzione di iodio 5 cc.
Apparecchiature per gruppo: portaprovette, 4 provette, contagocce per lo iodio, pennarelli
indelebili.
Come si preparano le soluzioni
Soluzione amido all'1% : 1 g di polvere di amido solubile in 100 cc di acqua. Agitare la
polvere in parte dell'acqua e scaldate fino a ebollizione per ottenere una soluzione
limpida. Aggiungere l'acqua rimasta. La soluzione va utilizzata entro le 24 ore.
Saccarosio al 10% : 10 g di saccarosio in 100 cc di acqua. Si conserva a lungo se non viene
contaminata da funghi.
Albume all'1% : usare albume commerciale. Si scioglie lentamente in acqua fredda. Va
conservata in frigo o preparata di volta in volta.
Soluzione di iodio: tritare in un mortaio 1 g di iodio e 1 g di ioduro di potassio,
aggiungendo acqua distillata. Versare la soluzione in un cilindro graduato e portare a 100
cc. Conservare in bottiglie di vetro scure.
Procedimento
a) Segnare 4 provette da 4 a 1
b) Mettere circa 5 cc di:
soluzione di saccarosio al 10% in provetta 1
soluzione di amido all'1% in provetta 2
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72. 72
MOLECOLE E VITA
soluzione di albume all'1% in provetta 3
acqua in provetta 4
c) Usando una pipetta o un contagocce aggiungere a ciascuna provetta tre gocce di
soluzione di iodio. Agitare le provette per mescolarne il contenuto. Osservare qualsiasi
mutamento di colore, eccetto il giallo dello iodio stesso. Trascrivere i risultati in tabella
Sostanza Cambiamento di colore dopo l'aggiunta di
iodio
Soluzione di saccarosio
10%
Soluzione di amido 1%
Soluzione di albume 1%
Acqua
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73. 73
MOLECOLE E VITA
ESPERIMENTO n° 2
RICERCA DELL'AMIDO NEGLI ALIMENTI
Premessa: Campioni alimentari vengono pestati con acqua e l'estratto è poi saggiato con
iodio.
Materiali per gruppo: campioni di cibo tagliati a pezzetti di circa 1/2 cm. Se si vogliono
usare dei semi occorre metterli in bagno la sera prima.
Soluzione di iodio 5 cc per gruppo.
Apparecchiature per gruppo: portaprovette, 6 provette, contagocce per lo iodio, pennarelli
indelebili, mortaio con pestello, becco bunsen, beker per acqua, scovolino per provette.
Procedimento
Utilizzare provette pulite per ogni campione. Pestello e mortaio vanno puliti attentamente
fra una prova e l'altra
a) Segnare 6 provette con numeri da 1 a 6.
b) Pestare in un mortaio 1/2 cm cubo o una quantità equivalente di un campione
alimentare con circa 10 cc di acqua.
c) Versare il miscuglio in una provetta pulita, riscaldarla a piccola fiamma su un bunsen,
fino a farla bollire per qualche secondo, agitando adagio per tutto il tempo.
d) Raffreddare la provetta sotto il rubinetto
e) Aggiungere 5 gocce di soluzione di iodio
f) Riportare i risultati in tabella
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74. 74
MOLECOLE E VITA
campione di cibo cambiamento di colore con interpretazione del
iodio risultato
Patata
Cipolla
Pane
Mela
74

75. 75
MOLECOLE E VITA
ESPERIMENTO n° 3
RICERCA DI ZUCCHERI (diversi dal saccarosio) NEGLI ALIMENTI
Premessa: Campioni alimentari vengono pestati con acqua e l'estratto è poi saggiato con il
reattivo di Benedict o Fehling.
Materiali: campioni di cibo tagliati a pezzetti di circa 1/2 cm. I semi vanno lasciati in
acqua per 24 ore Soluzione di Benedict
Apparecchiature per gruppo: portaprovette; 6 provette; 6 vetrini di orologio; beker 250 ml;
contagocce per lo iodio; pennarelli indelebili; mortaio con pestello; becco bunsen;
scovolino per provette.
Procedimento
Utilizzare provette pulite per ogni campione. Pestello e mortaio vanno puliti attentamente
fra una prova e l'altra
a) Riempire a metà un beker con acqua e scaldarlo su un treppiede e reticella alla fiamma
di un becco bunsen. Quando l'acqua bolle abbassare la fiamma e mantenere l'ebollizione.
b) Contrassegnare 6 provette con numeri da 1 a 6.
c) Pestare in un mortaio 1/2 cm cubo o una quantità equivalente di un campione
alimentare con circa 10 cc di acqua. Se il campione è liquido versarne 5 cc in provetta.
d) Versare 5 cc di miscuglio in una provetta pulita e aggiungere 2 cc di reattivo di
Benedict. Ripetere l'operazione per ogni campione.
e) Mettere le provette con i campioni nel beker per 5-10 minuti.
f) Esaminare i colori finali nelle provette
g) Riportare i risultati in tabella
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76. 76
MOLECOLE E VITA
Campione di cibo cambiamento di colore con interpretazione del
Benedict o Fehling risultato
Patata
Cipolla
Banana
Mela
Latte (anche in
polvere)
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77. 77
MOLECOLE E VITA
ESPERIMENTO n° 4
SAGGIO PER I GRASSI
Premessa: Si scioglie un po' di olio in alcol e la soluzione risultante è versata in acqua per
mostrare come si forma un'emulsione.
Conoscenza preliminari: nessuna in particolare.
Materiali: propan-2-olo o isopropanolo 10 cc per gruppo, olio 1 cc per gruppo
Apparecchiature per gruppo: portaprovette; 4 provette; pipetta per l'olio; pennarelli
indelebili; scovolini per provette.
Procedimento
a) Segnare 4 provette da 4 a 1
b) Nelle provette 1 e 2 versare circa 5 cc di alcol isopropanolo.
c) In provetta 1 aggiungere una goccia di olio e agitare la provetta lateralmente, finchè
l'olio non si scioglie nell'alcol.
d) Nelle provette 3 e 4 versare circa 5 cc di acqua.
e) Versare il contenuto della provetta 1 nella provetta 3 e quello della 2 nella 4. Trascrivere
i risultati in tabella.
Risultato dopo l’aggiunta di acqua
Olio sciolto in alcol
Solo alcol
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78. 78
MOLECOLE E VITA
ESPERIMENTO n° 5
SAGGIO PER ZUCCHERI DIVERSI
Premessa: Si saggiano con la soluzione di Benedict o di Fehling glucosio, saccarosio,
maltosio, fruttosio. Il saccarosio non dà precipitato rosso. In un secondo momento si
idrolizza il saccarosio con acido cloridrico diluito e poi si saggia con il reattivo.
Materiali: soluzione glucosio, saccarosio, maltosio, fruttosio, 5 cc per ciascun zucchero,
soluzione di Benedict, acido cloridrico diluito (2M).
Apparecchiature: portaprovette e reggiprovetta; 4 provette; Bunsen; pennarelli indelebili;
scovolini per provette; beker da 250 ml; treppiede; reticella.
Procedimento (1^ fase)
a) Segnare 4 provette da 4 a 1
b) Mettere circa 5 cc di:
soluzione di glucosio in provetta 1
soluzione di saccarosio 2
soluzione di maltosio in provetta 3
soluzione di fruttosio in provetta 4
c) Usando una pipetta aggiungere a ciascuna provetta 2 cc di reattivo di Benedict. Agitare
le provette per mescolarne il contenuto.
d) Scaldare ogni provetta a piccola fiamma agitando continuamente. Quando bolle
smettere di scaldare.
e) Osservare qualsiasi mutamento di colore, trascrivere i risultati in tabella.
78

79. 79
MOLECOLE E VITA
Zucchero Colore dopo riscaldamento con la
soluzione di Benedict o Fehling
Glucosio 10%
Saccarosio 10%
Maltosio 10%
Fruttosio 10%
Procedimento (2^ fase)
a) Riempire un beker con acqua e sistemarlo su un treppiede con una reticella, scaldare
l'acqua fino ad ebollizione, poi abbassare la fiamma mantenendo l'acqua in ebollizione.
b) Contrassegnare tre provette da 1 a 3.
c) Nella provetta 1 mettere circa 5 cc di soluzione di saccarosio e due gocce di acido
cloridrico diluito, mettere la provetta nel bagno caldo per circa due minuti.
d) Nella provetta 2 mettere circa 5 cc di soluzione di saccarosio.
e) Nella provetta 3 mettere acqua distillata e due gocce di acido cloridrico.
f) Dopo che la provetta 1 è stata due minuti nell'acqua calda, aggiungere circa 2 cc di
soluzione di Benedict alle tre provette.
g) Mettere tutte e tre le provette in bagno nell'acqua del beker per uno o due minuti.
Trascrivere i risultati in tabella
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80. 80
MOLECOLE E VITA
Campioni Cambiamento di colore
Saccarosio bollito con HCl
Saccarosio non trattato
Acqua e HCl
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81. 81
MOLECOLE E VITA
Esperimento n° 6
RICONOSCIMENTO DELLE PROTEINE (REAZIONE DEL BIURETO )
Premessa:
Riconoscimento delle proteine dell’uovo
Materiale occorrente: albume d'uovo acqua distillata soluzione di NaOH al 10% (100 ml
soluzione di solfato di rame all' 1% o soluzione di Fehling A
Apparecchiature
Imbuto, carta da filtro becher, asta di sostegno con molletta, bacchetta di vetro,provette,
porta provette, pipette graduate
Procedimento.
1) Raccogliere l'albume d'uovo in un becher e diluirlo con acqua distillata mescolando
bene;
2) Filtrare l'albume.
3) Introdurre in una provetta 2-3 cc di albume filtrato e aggiungere 3-4 cc di acqua
distillata;
4) Introdurre in una seconda provetta solo acqua distillata.
5) Aggiungere in entrambe le provette 2 ml della soluzione di idrossido di sodio e in
seguito, goccia a goccia, agitando bene, la soluzione di solfato di rame.
6) Il viraggio verso il colore viola indica la presenza di proteine nel materiale biologico
testato.
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82. 82
MOLECOLE E VITA
Esperimento n° 7
GAS ASSORBITO NELLA FOTOSINTESI
Premessa: per riconoscere il gas assorbito nella fotosintesi si può usare un particolare
indicatore.
Materiale: blubromotimolo, acqua minerale gassata
Procedimento:
Poche gocce di blu di bromotimolo colorano in azzurro una soluzione leggermente basica
e il blu vira verso il giallo in condizioni di debole acidità, non appena si aggiunge
dell’acqua minerale gassata con l’aggiunta di biossido di carbonio. Il gas si solubilizza
facilmente in acqua rendendo acide le soluzioni acquose. La soluzione ritorna azzurra o
per lenta degassificazione o più rapidamente immergendo qualche piantina di Heloidea.
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83. 83
MOLECOLE E VITA
Esperimento n° 8
Premessa: Separare i pigmenti contenuti presenti in alcuni vegetali mediante
cromatografia su strato sottile
Materiale
Alcool etilico, carbonato di calcio, acetone, etere di petrolio, foglie di spinaci carota
grattugiata, lastre TLC per cromatografia, becker, mortaio e pestello, pipette Pasteur
Procedimento
1) Mettere le foglie di spinaci tritate o le carote grattugiate in un bicchierino; coprire con
alcool etilico, aggiungere carbonato di calcio per neutralizzare le sostanze acide estratte
dalle foglie che, altrimenti, tendono a scolorire i pigmenti e aspettare che il solvente si
colori.
2) Mettere le foglie di spinaci tritate o le carote grattugiate in un bicchierino; coprire con
acetone e aspettare che il solvente si colori.
3) Separare il liquido colorato dalla parte solida rimasta.
4) Si esegue a questo punto una TLC.
La TLC, si esegue su di una lastra di vetro (5X10 cm) nella quale è stato disteso uno strato
sottile di circa 0,25 mm di gel di silice, questa tecnica si usa solo per piccolissime quantità
di sostanza al solo scopo di verificarne la purezza.
Si tira una linea ad un centimetro dalla base della lastra, quindi ogni cm lungo questa linea
si caricano con un tubicino capillare le sostanze raccolte, in questo caso, l’estratto di carote
e l’estratto di spinaci.
Si immerge la lastra su una piccola quantità, 10 ml, di miscela eluente composta da etere di
petrolio ed acetone, in rapporto 8:2, posta in un becher da 250 ml.
Il becher va tappato per evitare che l’eluente evapori, per capillarità esso salirà lungo la
lastra “trascinando” con sé, le macchie caricate. Il principio di separazione è legato agli
equilibri tra la fase mobile ed il solvente.
Quando il solvente sarà salito di circa 10 cm, si sospende la TLC, si estrae la lastra dal
becher e si segna con una matita il fronte del solvente cioè l’altezza massima da esso
raggiunta. Si asciuga la lastrina e si osservano le varie macchie perpendicolari a quelle
caricate.
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84. 84
MOLECOLE E VITA
Nella tecnica del TLC, per identificare le macchie si usa solitamente calcolare il fattore di
ritardo RF. L’RF è dato dal rapporto tra la distanza percorsa da ciascuna macchia, e la
distanza percorsa dal solvente. Peculiarità dell’ RF è quella di assumere valori inferiori a 1,
dal momento che il solvente sale più delle altre macchie, aventi ciascuna altezza diversa.
Le sostanze da estrarre e isolare presenti negli spinaci sono fondamentalmente di due tipi:
a) Il Beta-Carotene, colorato in giallo/arancio, è un carotenoide precursore della vitamina
A; a livello strutturale è un polimero dell'isoprene. b) La Clorofilla, presente negli spinaci
nelle forme molecolari di clorofilla A e B, presenta un'intensa colorazione verde; è una
magnesio-porfirina, con un centro metallico di magnesio all'interno di una struttura
tetrapirrolica a sua volta caratterizzata da vari sostituenti. - In più troviamo in modesta
quantità delle Xantofille, cromaticamente affini al Beta-Carotene (e quindi tendenti al
giallo) ma con peculiari differenze a livello chimico.
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85. 85
MOLECOLE E VITA
Indice
1. Introduzione pag. 3
2. Gli Idrocarburi pag. 4
3. Gruppi funzionali organici pag. 12
4. Le Biomolecole pag. 16
5. La Fotosintesi pag. 33
6. La Glicolisi pag. 48
7. La respirazione cellulare pag. 58
8. Laboratorio pag. 71
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