QUAL È LA COMPOSIZIONE CHIMICA DEGLI ESSERI VIVENTI? - BIOLOGIA - 2025

La composizione chimica degli esseri viventi si basa su molecole organiche e alcuni elementi inorganici, più o meno nelle stesse proporzioni e che svolgono funzioni simili in tutti loro.

Gli organismi viventi sono costituiti da cellule e queste cellule presentano diversi gradi di complessità nella loro organizzazione. Alcuni sono relativamente semplici, come i batteri, e altri sono caratterizzati da schemi di organizzazione più complessi, con molti più elementi nella loro organizzazione interna, come nel caso della maggior parte delle cellule eucariotiche.

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Gli elementi strutturali della materia vivente sono costituiti da biomolecole e i principali costituenti della maggior parte di queste biomolecole sono, nel caso dell'uomo, ad esempio, il carbonio (50%), l'ossigeno (20%), l'idrogeno (10%). ), azoto (8,5%), calcio (4%) e fosforo (2,5%) (tutti i valori relativi al peso secco).

Questi sei elementi rappresentano circa il 95% della composizione totale della materia organica, il restante 5% corrisponde ad altri elementi quali: potassio, zolfo, sodio, cloro, magnesio, ferro, manganese e iodio.

Da notare che la maggior parte della composizione degli organismi (oltre il 60% del peso corporeo) è acqua allo stato liquido, elemento fondamentale per la vita in quanto in essa sono immerse sia le strutture intracellulari che le cellule stesse. .

Questo mezzo liquido fornisce alle cellule le condizioni necessarie più importanti e in esso avvengono tutte le reazioni biochimiche rilevanti per la sopravvivenza.

composizione chimica dell'essere vivente

- Biomolecole complesse

Molti degli elementi principali che entrano nella composizione della materia vivente si combinano in proporzioni diverse per formare diversi set di piccole molecole organiche, che a loro volta servono come elementi strutturali per la formazione di biomolecole più complesse.

La relazione tra questi elementi strutturali e le principali biomolecole complesse degli organismi è la seguente:

- Desossiribonucleotidi e acido desossiribonucleico (DNA)

- Ribonucleotidi e acido ribonucleico (RNA)

- Aminoacidi e proteine

- Monosaccaridi e polisaccaridi

- Acidi grassi e lipidi

Desossiribonucleotidi e acido desossiribonucleico

L'acido desossiribonucleico o DNA contiene le informazioni ereditarie di tutti gli esseri viventi, procarioti ed eucarioti. Questa importante biomolecola determina anche le principali caratteristiche di una cellula, sia dal punto di vista morfologico, metabolico, strutturale che evolutivo.

Il DNA codifica le informazioni necessarie per la sintesi proteica, così come quelle richieste per sintetizzare l'RNA, che è un'altra importante molecola organica necessaria per la sintesi e il controllo di molti processi cellulari.

È un polimero composto da due filamenti di subunità chiamate nucleotidi, le cui strutture sono formate da una molecola di desossiribosio (un monosaccaride con 5 atomi di carbonio), uno o più gruppi fosfato e una base azotata con uno o due anelli (purina o pirimidina, rispettivamente).

Le basi puriche del DNA sono l'adenina (A) e la guanina (G), mentre le basi pirimidiniche sono la timina (T) e la citosina (C).

Linearmente, i nucleotidi dello stesso filamento di DNA sono uniti tra loro tramite legami fosfodiestere, che sono costituiti dai gruppi fosfato e dagli zuccheri ai quali sono legati covalentemente.

Le basi presenti in uno dei trefoli sono complementari con quelle opposte a queste nell'altro filamento mediante legami idrogeno, sempre allo stesso modo: adenina con timina (AT) e guanina con citosina (GC ).

Diverse basi azotate nel DNA e nell'RNA.
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Ribonucleotidi e acido ribonucleico

Come il DNA, l'acido ribonucleico è una biomolecola ed è responsabile del processo di legame degli amminoacidi che compongono le proteine, nonché di altri processi più complessi di regolazione e controllo dell'espressione genica.

È anche un biopolimero, ma i nucleotidi che lo formano sono chiamati ribonucleotidi, perché il monosaccaride che li struttura non è un desossiribosio, come nel DNA, ma un ribosio. Hanno anche uno o più gruppi fosfato e le loro basi azotate differiscono da quelle del DNA in quanto non è presente la guanina, ma l'uracile (U).

Amminoacidi e proteine

Le proteine ​​sono biomolecole che possono raggiungere diversi gradi di complessità e sono significativamente versatili in termini di struttura e funzione. Non solo danno struttura e forma alle cellule, ma possono anche svolgere attività che consentono il rapido sviluppo di reazioni biochimiche essenziali (enzimi).

Indipendentemente dal tipo di proteina in questione, sono tutti costituiti da "mattoni" di base chiamati amminoacidi , che sono molecole che hanno un atomo di carbonio "asimmetrico" attaccato a un gruppo amminico (-NH2), a un gruppo carbossilico (-COOH), un atomo di idrogeno (-H) e un gruppo R che li differenzia.

Rappresentazione grafica della struttura di una proteina ribosomiale (Fonte: Jawahar Swaminathan e personale MSD presso l'European Bioinformatics Institute tramite Wikimedia Commons)

Gli amminoacidi più comuni in natura sono 20 e sono classificati in base all'identità del gruppo R; questi sono:

- asparagina, glutammina, tirosina, serina, treonina (polari)

- acido aspartico, acido glutammico, arginina, lisina, istidina (quelli con carica) e

- glicina, alanina, valina, leucina, isoleucina, triptofano, prolina, cisteina, metionina e fenilalanina (quelle apolari).

Una volta che il DNA viene tradotto in una molecola di RNA, ciascuna tripletta di nucleotidi rappresenta un codice che indica alla struttura che sintetizza le proteine ​​(ribosomi) quale tipo di amminoacido incorporare nella catena peptidica in crescita.

I polipeptidi che compongono le proteine ​​vengono prodotti, quindi, grazie all'unione tra i loro amminoacidi, che consiste nella costituzione di un legame peptidico tra il carbonio del gruppo carbossilico di un amminoacido e l'azoto del gruppo amminico dell'amminoacido adiacente.

Monosaccaridi e polisaccaridi

I carboidrati sono una delle biomolecole più abbondanti negli esseri viventi. Svolgono funzioni di base come elementi strutturali, nutrizionali, di segnalazione, ecc. Sono costituiti da complessi chimici di carbonio, idrogeno e ossigeno in proporzioni diverse.

Le piante sono uno dei principali produttori di carboidrati naturali degli esseri viventi e la maggior parte degli animali dipende da questi per la loro sussistenza, poiché da questi estraggono energia, acqua e carbonio.

Cellulosa, un biopolimero strutturale (Fonte: Vicente Neto tramite Wikimedia Commons)

I carboidrati strutturali dei vegetali (cellulosa, lignina, ecc.), Così come i carboidrati di riserva delle piante (amido) e di molti animali (glicogeno), sono polisaccaridi più o meno complessi costituiti da polimeri di unità semplici o zuccherine. monosaccaridi (principalmente glucosio).

Acidi grassi e lipidi

I lipidi sono composti insolubili in acqua che costituiscono la sostanza fondamentale delle membrane biologiche, elementare dal punto di vista funzionale e strutturale di tutte le cellule viventi.

Sono molecole anfipatiche, cioè molecole che hanno un'estremità idrofila e una idrofobica. Sono costituiti da catene di acidi grassi attaccate a uno scheletro di carbonio, generalmente glicerolo, il cui terzo atomo di carbonio “libero” è attaccato a un particolare sostituente che conferisce a ciascuna molecola la sua identità.

Alcuni dei lipidi più comuni (Fonte: l'uploader originale era Lmaps su Wikipedia in inglese. Via Wikimedia Commons)

Gli acidi grassi sono idrocarburi, cioè sono composti esclusivamente da atomi di carbonio e idrogeno legati insieme.

L'associazione di più lipidi sotto forma di un doppio strato è ciò che rende possibile la formazione di una membrana e le caratteristiche di idrofobicità di questa struttura, così come la presenza di proteine ​​integrali e periferiche, ne fanno una struttura semipermeabile.

- Acqua

Fotografia di José Manuel Suárez, tramite Wikimedia Commons

L'acqua (H2O) è uno degli elementi chimici più importanti per gli esseri viventi e le cellule che li compongono. Gran parte del peso corporeo di animali e piante è costituito da questo liquido incolore.

Attraverso la fotosintesi svolta dalle piante, l'acqua è la principale fonte di ossigeno che gli animali respirano e anche di atomi di idrogeno che fanno parte dei composti organici.

È considerato il solvente universale e le sue proprietà lo rendono particolarmente importante per lo sviluppo di quasi tutte le reazioni biochimiche che caratterizzano gli organismi viventi.

Se vista da un punto di vista cellulare, l'acqua è suddivisa in "compartimenti":

• Lo spazio intracellulare, dove il citosol è formato dall'acqua con altre sostanze miscelate, un fluido in cui sono sospesi gli organelli delle cellule eucariotiche.
• Lo spazio extracellulare, che consiste nell'ambiente che circonda le cellule, in un tessuto o in un ambiente naturale (organismi unicellulari).

- Ioni

Gran parte degli elementi chimici nelle cellule si trovano nella forma delle biomolecole sopra menzionate e molti altri sono stati omessi da questo testo. Tuttavia, altri importanti elementi chimici sono sotto forma di ioni.

Le membrane cellulari sono generalmente impermeabili agli ioni disciolti nell'ambiente interno o esterno delle cellule, quindi questi possono entrare o uscire da questi attraverso trasportatori o canali speciali.

La concentrazione ionica del mezzo extracellulare o del citosol influenza le caratteristiche osmotiche ed elettriche delle cellule, nonché i diversi processi di segnalazione cellulare che dipendono da queste.

Tra gli ioni più importanti per i tessuti animali e vegetali ci sono calcio, potassio e sodio, cloro e magnesio.

Riferimenti

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