Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica1 Corso di Scienze...

Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica 1

Corso di Scienze sperimentali 2012-2013

Basi di chimica organica

1


Riferimenti

• Libri di testo di riferimento:James E. Brady Fred SeneseChimica; La materia e le sue trasformazioni ZanichelliCamponovo Piccolo manuale tecnico Edizioni Casagrande

• Documentazione:www.lilu2.ch/ studiare in

rete/NAS/chimica/Devittori/chimica/ ....• Sito web di riferimento:

www.lilu2.ch/materie/chimica/De Vittori/portale di chimica accesso generale: nome utente= ospite / password= ospite


Energia e luce: lo spettrometro di Kirchhoff e BunsenAnnalen der Physik und der Chemie Vol. 110 (1860) pp. 161-189

Testo originale scaricabile dal sito web


Studio dello spettro dell’idrogeno

Una lampada a idrogeno emette luce visibile di color porpora che viene scomposta i 4 righe spettralihttp://www.schulphysik.de/physik/spektrum1/index.htm


Le linee spettrali degli elementi

© Donald E. Klipstein


L’atomo di Rutherford

I limiti del modello: il moto rotatorio richiede un’accelerazione centripeta; una carica elettrica accelerata emette radiazione elettromagnetica; la continua rotazione dell’elettrone gli farebbe perdere costantemente energia ed esso cadrebbe sul nucleo. Non si spiegherebbero inoltre gli spettri discontinui.


L’atomo di Bohr: il modelloDa Wikipedia:

"You see actually the Rutherford work [the nuclear atom] was not taken seriously. We cannot understand today but it was not taken seriously at all. There was no mention of it any place. The great change came from Moseley."


L’interpretazione dello spettro di emissione degli elementi

Ogni elemento emette luce di colore caratteristico:• quando viene portato ad alta temperatura (riscaldamento alla fiamma)• quando viene attraversato dall’elettricità in una lampada a bassa pressione (p~10-2 bar lampade al neon alogene …)

La luce emessa da un elemento se inviata attraverso un prisma dà luogo ad uno spettro discontinuo (insieme di righe spettrali).

Ogni riga spettrale corrisponde ad un colore puro quindi ad una precisa frequenza di luce.


L’interpretazione dello spettro di emissione degli elementi

E’ possibile interpretare le righe spettrali dell’idrogeno ammettendo che gli atomi possano esistere in stati energetici diversi e riproducibili:L’energia ceduta con la radiazione equivale alla differenza tra l’energia dell’elemento prima dell’emissione e dopo l’emissione:

Eceduta = h = Einiz – Efin

h= costante di Plank (6.6*10-34 J*s)= frequenza della radiazione [Hz o s-1]

Dato che nello spettro compaiono solo determinate righe si ammette che ogni elemento possa esistere solo in un numero limitato di livelli energetici. Questi livelli energetici vengono attribuiti agli elettroni.


Studio dello spettro dell’idrogeno

Le frequenze di tutte le righe della porzione visibile dello spettro dell’idrogeno si possono esprimere mediante la relazione:

)1

2

1(*10*287.322

15

nv n = 345…

Più generalmente:2

22

1 n

k

n

kv k = 3.287*1015 Hz

22n

hkhvEfinale

22

21 n

hk

n

hkhvEceduta

21n

hkhvEiniziale

In effetti:


L’atomo di Bohr: i limiti

• Non risulta possibile applicare il modello ad atomi con più di un elettrone non è possibile calcolare contemporaneamente posizione e velocità di un elettrone

• L’elettrone viene trattato come onda elettromagnetica (meccanica ondulatoria o quantistica)

• Occorre associare all’elettrone un « pacchetto d’onda elettromagnetica e calcolare la posizione come probabilità (Heisenberg Schrödinger De Broglie …..)

• http://www.chim.unipr.it/crocoite/rizzoli/cap09/sld001.htm• http://it.wikipedia.org/wiki/Equazione_di_Schr%C3%B6dinger


L’atomo ad orbitali

Vedi wwww.webelements.com per es per il fluoro:http://www.webelements.com/fluorine/orbital_properties.html


L’atomo ad orbitali

http://winter.group.shef.ac.uk/orbitron/


Il potenziale di prima ionizzazione degli elementi

http://www.standnes.no/chemix/periodictable/ionization-potential-table.htm


L’andamento del potenziale di prima ionizzazione [V] nella Tavola periodica


Energie di ionizzazione successive (kJ/mol)

Elemento I II III IV V VI VII

Na 496 4560

Mg 738 1450 7730

Al 577 1816 2744 11600

Si 786 1577 3228 4354 16100

P 1060 1890 2905 4950 6270 21200

S 999 2260 3375 4565 6950 8490 11000

Cl 1256 2295 3850 5160 6560 9360 11000

Ar 1520 2665 3945 5770 7230 8780 12000

I valori in rosso rappresentano il salto energetico corrispondente al passaggio al guscio più interno


La struttura elettronica generale

nucleo

1° guscio: 2 elettroni

2° guscio:8 elettroni

3° guscio:8 (18)

elettroni4° guscio: 18 (18)

elettroni


Molecole monoatomiche e pluriatomiche?

Dalla Tavola periodica:

gas Densità STP (g/L)

(Tav.Per.)

Massa molare

(g/mol)*

Massa molecolare

Massa atomica

dell’elemento

Modello micro

Idrogeno 0.0899 2.02 2.02 1.008 H2

Cloro 3.17 71.0 71.0 35.45 Cl2

Ossigeno 1.43 32.0 32.0 16 O2

Azoto 1.25 28 28 14 N2

Neon 0.901 20.2 20.2 20.2 He

Ozono 1.7 (Wikipedia) 38.1 38.1 16 O3

Volume di 1 mol gas a STP: 22.4 L; Massa molare = Densità(STP)*22.4 L


Cloro e idrogeno: i loro spettri di massa


Elettroni nel guscio esterno e reattività

• Come si può spiegare l’inerzia chimica dei gas nobili?• Come si può spiegare la tendenza dei metalli alla

perdita di elettroni (quanti?) e la tendenza dei non metalli all’acquisto di elettroni (quanti?) nella formazione dei composti ionici?

• Come si possono tradurre queste osservazioni alla formazione di molecole da parte dei non metalli?


Elettroni disponibili per i legami ed elettroni in difetto per la stabilità

Elemento e- disponibili e- in difetto Num. legami

H 1 1 1

He 2 0 0

Li 1 7 1

Be 2 6 2

B 3 5 3

C 4 4 4

N 5 3 3

O 6 2 2

F 7 1 1

Ne 8 0 0

Na 1 7 1


Coppie elettroniche da disporre nello spazio

Elemento legami e- liberi Coppie e-

Li 1 0 1

Be 2 0 2

B 3 0 3

C 4 0 4

N 3 (3 coppie) 2 (1 coppia) 4

O 2 (2 coppie) 4 (2 coppie) 4

F 1 (1 coppia) 6 (3 coppie) 4

Ne 0 8 (4 coppie) 4


Coppie elettroniche e geometria molecolareElemento legami coppie e- geometria

Li 1 2 lineare

Be 2 2 lineare

B 3 3 triangolare

C 4 4 tetraedrico

N 3 4 Tetraedrico per le coppie di legame,

Piramidale per gli atomi

O 2 4 Tetraedrico per le coppie, triangolare per gli atomi

F 1 4 Lineare per gli atomi

Ne 0 8 -


Rappresentazione spaziale della geometria molecolare

Composto coppie e- geometria rappresentazione

LiH 1 lineare

BeH2 2 lineare

B2H6 3

CH4 4 tetraedrica


Rappresentazione spaziale della geometria molecolare

Composto coppie e- geometria rappresentazione

NH3 4(3 di legame + 1

libera)

piramidale

H2O 4(2 di legame + 2

libere)

triangolare

HF 4 (1 di legame e 3

libere)

lineare

H..Ne 4 libere - -


Le interazioni molecolariCome si possono spiegare l’andamento dei punti di ebollizione del diagramma?


Il coefficiente di elettronegatività degli elementi

Da Google: Electronegativity Table


Legame covalente polarizzato e ponti H


Legame covalente polare

Fluoruro di idrogeno (HF)

Diossido di carbonio

(CO2)

Acqua (H2O)

ΔEN = 19 ΔEN = 10 ΔEN = 14


Legame chimico e caratteristiche fisiche

Legame Struttura partecipanti Esempi

ionico reticolo ionico

metallo-non metallo

NaCl

covalente molecolare non metalli H2O, CH4,..

covalente reticolo covalente

non metalli,

metallo-non metallo

Diamante C

SiC

NbC

metallico reticolo metallico

metalli


Legame chimico e classi di materialiLegame Ionico Covalente

-V. d. Waals

Covalente (reticolo)

Covalente

(amorfi)

Metallico

Denominazione (operativa)

Salini Volatili Adamantini Amorfi Metallici

Denominazione (strutturale)

Ionici Molecolari Covalenti

reticolati

Macromolecolari

o polimerici

Metallici

Composizione M-NM NM-NM NM C-M O-M NM M

Proprietà Isolante (s)

Elettrolita (l acq.)

Pto fus/eb elevato

Pto fus/eb basso

Durezza elevata

Fragilità

Isolante

Pto fus/eb. altissimo

Non cristallino (rammollimento no

Pto.fus.)

Isolante el. + term.

Termoplastico termoindurente o

elastico

bassa densità

Conducibilità elettrica (s) Cond. termica

Duttilità malleabilità


Il legame C-C è stabile: il carbonio è campione del mondo!

• Qual è la conseguenza della stabilità dei legami C-C in presenza di altri non metalli (H O N)?

• Esistono composti C4H10: quali possibili strutture si possono creare?

• Esistono composti C2H6O: quali possibili strutture si possono creare?

• Esiste una limitazione nel numero di atomi C che si possono legare in catena?


Idrocarburi alifaticiCatene lineari e ramificate (libro di testo pag 659)

butano o n-butano

C4H10

3-metil-esano

C7H16

C1 = metano CH4

C2 = etano C2H6

C3 = propano C3H8

C4 = butano C4H10

C5 = pentan0 C5H12

C6 = esano C6H14

C7 = eptano C7H16

C8 = ottano C8H18

Formula generale

CnH2n+2

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3


Idrocarburi alifatici saturi e insaturi

Alcani

Saturi

Legami C-C (semplici)

pentano C5H12

Alcheni

Insaturi

Legami C=C (doppi)

2-pentene C5H10

Alchini

Insaturi

Legami CΞC (tripli)

2-pentino C5H8

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3


Idrocarburi aliciclici

Cicloalcani

Saturi

Legami C-C (semplici)

1 o più anelli

cicloesano

1-etil-3-metil-ciclopentano

ciclopentil-cicloesil-metano

o metil(-cicloesil)-ciclopentano

Cicloalcheni

Insaturi

Legami C=C (doppi)

1 o più anelli

1,3-cicloesadiene

CH3

CH3


Idrocarburi aromatici

Anello aromatico

Insaturo

Legami C-C (semplici) e legami C=C

(doppi) alternati

Benzene C6H6

Alchilbenzeni

Sostituzione di 1 H con una

catena alchilica

12-di-metil-benzene

Policiclici aromatici

Anelli aromatici fusi

Naftalene C10H8

Antracene C14H10

CH3

CH3


Processi di modifica degli idrocarburi

La raffinazione del petrolio avviene attraverso processi di separazione (distillazione a pressione atmosferica (topping), distillazione a pressione ridotta (vacuum), desolforazione) e processi di modifica chimica:Cracking (termico o catalitico): rottura delle catene lunghe per ottenere catene corte tipiche delle benzine

– Aumento della frazione leggera– Impiego di catalizzatoriReforming catalitico: produzione di catene ramificate (possibile durante il processo di cracking con adatti catalizzatori)– Aumento del numero di ottani della benzina (parametro per la qualità) o del numero di cetano del gasolio


Composti con eteroatomi in catene e anelli

• Composti solforati (S)• Composti azotati (N)• Composti ossigenati (O)• Composti alogenati (F Cl. Br I)• Composti fosforilati (P)• Composti organometallici (metalli)


Gruppi funzionali (sostituenti di H) e classi di composti organici

• C-OH alcoli

• C=O aldeidi

chetoni

CH3

O

CH3

CH3

O

CH3

OH


Gruppi funzionali (sostituenti di H) e classi di composti organici

• R-COOH acidi

• C-O-C eteri

• R-COOR esteri

(R = C o catena di atomi C)

R OH

O

R O

O

R

RO

R


Gruppi funzionali e classi di composti organici

• R-NH2 R-NHR R3-N

ammine

• R-CONH2 R-CONHR R-CONR2

ammidi

CH3

NH2

CH3 NH

CH3

CH3 N

CH3

CH3

CH3

NH CH3

OCH3

N CH3

O

CH3

CH3

NH2

O


La conferma dei gruppi funzionali: spettroscopia infrarossa (IR)


Ulteriore conferma dell’identità molecolare: spettroscopia di massa (MS)


Ulteriore conferma dell’identità molecolare: spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR)

n-propano n-propanolo o 1-propanolo


Ulteriore conferma dell’identità molecolare: spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR)


Reazioni degli alcani: sostituzione radicalica


Reazioni degli alcheni: addizione elettrofila


Reazioni di alcoli e alogenuri alchilici:sostituzione nucleofila


Reazioni degli aromatici: sostituzione aromatica elettrofila


Reazioni di acidi alcoli e ammine: attacco nucleofilo al carbonio carbonilico

O

O

R H OR H

O+

H

R'O

H

OH

OR'

R OH

OH

OR'

R O+

H

H

O+

OR'

R

H

O

O

R R'

H+ H+

Analogamente con R’-NH2 invece di R’-OH


Isomeria strutturale e spaziale

• Isomeria strutturale– Diversa concatenazione degli atomi nella molecola– Diverso “scheletro” carbonioso e/o diversi gruppi

funzionali – Proprietà fisiche e chimiche diverse

• Isomeria spaziale (stereoisomeria)– Isomeria cis/trans o geometrica (doppi legami o cicli)– Isomeria di conformazione (rotazione di gruppi)– Isomeria di configurazione (atomi C asimmetrici o chirali)


Isomeria di struttura

La diversa concatenazione dei legami genera strutture diverse:

- stessa formula molecolare- diversa formula di struttura- composti con proprietà fisiche e chimiche diverse


Isomeri di struttura

Cl

ClCl

Cl

OHO

n-pentano 2-metil-butano

1,2-dicloro-benzene 1,3-dicloro-benzene

1-propanolo metil-etil-etere


Isomeria geometrica

Un legame doppio C=C oppure un ciclo generano due diverse possibilità di disporre i leganti sui due atomi C contigui:disposizione CIS se stanno dalla stessa parte disposizione TRANS se si ritrovano opposte:composti con proprietà fisiche e chimiche diverse.

In luogo dei prefissi CIS e TRANS si usano pure i prefissi E (entgegen, contrapposti = TRANS) e Z (zusammen, insieme = CIS).


Isomeri geometrici

H

Cl

Cl

H

H

Cl

H

Cl

cis-1,2-dicloro-etene trans-1,2-dicloro-etene

OH

OHH

HH

OHH

OH

cis-1,3-esandiolo trans-1,3-esandiolo


Isomeri geometrici


Isomeria di conformazione

La rotazione attorno ad un legame semplice C-C produce forme diverse per la stessa molecola (la rotazione non è possibile attorno ad un legame doppio C=C o attorno ad un ciclo).Non si generano molecole diverse ma diverse forme spaziali per la stessa molecola. Si tratta sempre dello stesso composto!La conformazione assunta dalla molecola dipende dalla temperatura principalmente a causa di repulsioni tra gruppi presenti nella molecola stessa.


Isomeria di configurazione

Un atomo di carbonio che porta quattro leganti diversi genera un centro di asimmetria (chiralità):

- si generano molecole diverse speculari tra di loro:- composti con comportamento chimico diverso di fronte a

reagenti pure chirali- diversa direzione di rotazione della luce polarizzata


Isomeri di configurazione: visione 3D

L’atomo di carbonio centrale è legato a quattro leganti diversi: rappresenta un centro di asimmetria detto anche carbonio chirale.


Denominazione degli stereoisomeri:proiezione di Fischer e forme D/L

http://de.wikipedia.org/wiki/Fischer-Projektion


Configurazione assoluta:isomeri enantiomerici R e S (Cahn-Ingold-Prelog)

La denominazione R/S segue la regola di Prelog, Ingold e Cahn:si osserva lungo l’asse del legame C-H (C-atomo con massa atomica (MA) minore); si verifica in che direzione occorre ruotare per andare dal legantecon MA maggiore a quello con MA minore (ordine decrescente); se si ruota in senso orario = R se in senso antiorario = S.


Enantiomeri e diastereomeri

La molecola di acido tartarico: i due atomi C-2 e C-3 sono asimmetrici e danno le configurazioni R e S mentre la molecola è simmetrica:esistono quindi due enantiomeri otticamente attivi (R-R e S-S) e un diastereomero otticamente inattivo (R-S).

Pure la miscela 1:1 dei due enantiomeri è otticamente inattiva (miscelaracemica o racemato).


Cristalli di isomeri di configurazione

Cristalli di acido tartarico: i cristalli degli enantiomeri sono speculari


Funzione acida o carbossilica: gli acidi organici

R

OH

O

H

OH

O

CH3

OH

O

Formula generale

OH

O

CH3

Acido metanoico o formico Acido etanoico o acetico

Acido dodecanoico


Funzione acida o carbossilica: gli acidi organici

Acido acetico CH3COOH (aceto)

Acido tetradecanoico o mirisitico CH3[CH]12COOH (latte pesce)


Acidi grassi saturi e monoinsaturi

O

OH

CH3

O

OH

CH3

Acido grasso saturo: acido esadecanoico o palmitico C16 (burro carne palma)

Acido grasso monoinsaturo cis: acido 7-cis-esadecenoico o acido palmitoleico (C16:1 7-cis) (latte pesce grassi vegetali)

Acido grasso monoinsaturo: acido 7-trans-esadecenoico

O

OH

CH3


Acidi grassi insaturi cis e trans

Acido grasso insaturo trans (C14:2 59-trans-trans)

Acido grasso monoinsaturo cis (C14:1 9-cis)


Acidi grassi poliinsaturi

CH3

OH

O

Acido 9-cis-12-cis-ottadecadienoico o acido linoleico (omega insaturo): oli vegetali

CH3 OH

O

Acido 9-cis-12-cis-15-cis-ottadecatrienoico o acido linolenico (omega insaturoC18:3; 9-cis12-cis15-cis): pesce e oli vegetali


Esteri degli acidi grassi

CH3 O

OH

+ CH3 OH

CH3 O

O

CH3

+ OH H

La reazione tra acido linolenico e metanolo produce linolenato di metileo linolenil-metil-estere


Esteri della glicerina e degli acidi grassi: i trigliceridi

O

OH

CH3

O

OH

CH3

O

OH

CH3

OH OH

OH

La reazione tra una molecola di glicerina e tre molecole di acido palmitico produceTripalmitato di glicerile o gliceril-palmitato o tripalmitil-gliceril-estere


Stereochimica dei trigliceridi saturi

Trigliceride dell’acido palmitico


Stereochimica dei trigliceridi insaturi

Trigliceride dell’acido linolenico


Esteri di grassi e dell’acido fosforico: i fosfolipidi

O

O-

O-

O

P

R

CH3 O

O

O

O

OH

CH3

Un gruppo –OH della glicerina viene esterificato da un fosfatide (acido fosforicoportante un gruppo R: R = colina serina etanolammina ecc.)


Esteri di grassi e dell’acido fosforico: i fosfolipidi


Fosfolipidi: micelle e membrane

Ambientelipofilo

Codeidrofile


Carboidrati semplici: monosaccaridi

D-Glucosoun 6-aldoso

D-Ribosoun 5-aldoso D-Fruttoso

un 6-chetoso

D-Galattosoun 6-aldoso

OH

O

H OH

H OH

H OH

OH

O

H OH

OH H

H OH

H OH

OH

O

H OH

OH H

OH H

H OH

OH

OH H

H OH

H OH

O

OH

3 C chirali: 23 = 8 stereoisomeri; 4 C chirali: 24 = 16 stereoisomeri


Monosaccaridi: gli 8 D-aldoesosi

3 C chirali: 23 = 8 stereoisomeri; 4 C chirali: 24 = 16 stereoisomeri


Monosaccaridi: stereochimica

In natura è di importanza solo l’enantiomero D


Zuccheri semplici: ciclizzazione a piranosidi

Ciclizzazione del D-Glucosio a -D-Glucosio: il C-1 diventa chirale!


Monosaccaridi: equilibrio tra forma aperta e ciclica

D-Glucosio -D-Glucosio o Glucopiranoso

O

OH

HH

H

OH

OH

H OH

H

OH

OH

O

H OH

OH H

H OH

H OH


Monosaccaridi in forma ciclica (piranosidi)

-D-Fruttosoo Fruttopiranoso

-D-Glucosoo Glucopiranoso

-D-Galattosoo Glucogalattoso

O

OH

HH

H

OH

OH

H OH

H

OH

O

OH

HH

OH

H

OH

H OH

H

OH

O

OH

OHH

H

OH

H

OH H

HOH


Monosaccaridi in nforma ciclica: stereochimica

O

HHH

H

OHOH

H OH

OH

OH

-D -G lu co p yran o se

O

OHH

HH

OHOH

H OH

H

OH

-D -G lu co p yran o se


Disaccaridi: il saccarosio

Saccarosio (-D-Glucosio--D-Glucosio)

Lo zucchero invertito è il prodotto dell’idrolisi acida o enzimatica del saccarosioin glucosio e fruttosio (più dolce)


Carboidrati complessi (polisaccaridi): glicogeno

Polisaccaride ramificato dell’-D-Glucosio (legami 1-4 e 1-6): rappresenta la riserva di glucosio localizzata nel fegato


Carboidrati complessi (polisaccaridi): amido

Amilopectina: polimero ramificato dell’ -D-Glucosio (legami 1-4 e 1-6): 70-80%

Amiloso: polimero lineare dell’ -D-Glucosio (legami 1-4): 20-30%

Riserva energetica nei vegetali


Polisaccaridi: cellulosa pectina e chitina

Chitina: polimero lineare dell’Acetilglucosammina: struttura in funghi e crostacei molluschiartropodi ecc.

Cellulosa: polimero lineare dell’ -D-Glucosio (legami 1-4): struttura cellulare in vegetali

Pectina: polimero lineare dell’acido -D-Galacturonico: struttura in vegetali


Funzione acida e funzione aminica nella stessa molecola: gli aminoacidi

NH2

R

H O

OH


I 20 aminoacidi naturali


Stereochimica degli aminoacidi



L’atomo di carbonio è chirale!Si possono quindi avere due configurazioni speculari



Gli aminoacidi naturali hanno sempre configurazione L (secondo la regola di Fischer)http://it.wikipedia.org/wiki/Aminoacidi

O

NH2

CH3OH


Reazione tra due aminoacidi: dipeptidi e legame peptidico

O

NH2

CH3OH

O

NH2

SH OH

O

NH

CH3OH

O

NH2

SH

+H OH

Reazione di condensazione:attacco dell’azoto al carboniocarbonilico (videata 50)


Derivatizzazione di un dipeptide: l’aspartame

Il gruppo carbossilico dellafenilalanina è esterificato con metanolo


Proteine: struttura primaria e secondaria

La struttura primaria è determinata dalla sequenza di aminoacidi (linguaggio a 20 lettere)

La struttura secondaria è la forma spaziale determinata dalle interazioni tra atomi di ossigeno carbossilici (elettronegativi) e atomi di idrogeno amminici (elettropositivi) di gruppi annmidici diversi (ponti a idrogeno o ponti H) . Queste interazioni stabilizzano la struttura spaziale generata dalla sequenza di aminoacidi.


Struttura primaria e secondaria: in ponti H



-elica (elica generalmente destrogira o destrorsa)

Struttura (pieghe)


Struttura secondaria delle proteina: i gomiti (Turns)

L’aminoacido ciclico prolina è spesso determinante per l’interruzione de segmentia elica e a pieghe e per la forma spaziale della proteina


Struttura secondaria delle proteina: i gomiti (Turns)

L’aminoacido ciclico prolina legandosi con un altro aminoacido attraverso l’atomodi azoto perde il suo unico atomo H e perde la capacità di formare ponti H

prolina Alanina


Proteine in 3D: la struttura terziaria e i siti attivi


Struttura primaria e funzione della protenia

• La struttura primaria (sequenza di aminoacidi) conduce attraverso l’organizzazione spaziale della catena (struttura secondaria-> struttura terziaria) alla funzione specifica della proteina.

• La struttura terziaria determina l’interazione con l’ambiente (idrofilicità o lipofilicità) attraverso i gruppi sporgenti e l’interazione con substrati (reazioni e trasporto) attraverso i gruppi interni idrofili o lipofili e le « buche » che ne permettono l’accesso.


Proteine: struttura quaternaria

Subunità proteiche si organizzano in complessi proteici:L’emoglobina si forma da quattro subunità ognuna con la propria struttura

terziaria


Proteine: funzioni

• Strutturale (tessuto muscolare epidermico connettivo..)

• Immunitario (anticorpi)• Trasporto (ossigeno lipidi metalli..)• Identificazione genetica• Ormonale• Enzimatica• Energetica


Regolazione dell’attività proteica: Cofattori

• Metalli• Coenzimi

– Gruppi prostetici:eme biotina..– Cosubstrati: vitamine idrosolubili (non

accumulabili) C B H; vitamine liposolubili (accumulabili) A D E K; CoQ10 CoA citocromi…


Il codice per la struttura primaria delle proteine


DNA: acido deossiribonucleicoIl linguaggio a quattro lettere

N

N

NH

N

NH2

N

NH

NH2

O N

NH

NH

N

NH2

O

NH

NH

O

O

CH3

Adenina Citosina Guanina Timina


DNA: formazione dei nucleotidi

N

N

NH

N

NH2

N

NH

NH2

O

N

NH

NH

N

NH2

O

NH

NH

O

O

CH3

OHO

OH

OH

P

O

OH

OH

OH

E OH2

E

Acido fosforico Deossiribosio

Base azotata


La traduzione DNA-Proteina

Ad ogni tripletta di nucleotidi corrisponde un aminoacidoNumero di sequenze >> 20 !!


La struttura del DNA: la doppia elica

N

NH

NH2

O N

NH

NH

N

NH2

O

N

N

NH

N

NH2

NH

NH

O

O

CH3

Le due sequenze (eliche) si tengono unite mediante ponti H: CΞG e A=T


La struttura del DNA: la doppia elica


La sintesi delle proteine codificata dal DNA

1. Trascrizione del DNA: sintesi e trasporto del RNA messaggero (mRNA)

• Un enzima (RNA-polimerasi) apre j due filamenti della doppia elica del DNA e unisce i nucleotidi complementari (GC e AU) a quelli del DNA in un filamento di RNA (acido ribonucleico)

• L’RNA di prima trascrizione viene modificato in una sequenza di vari processi e reso maturo per il passaggio dal nucleo al citoplasma

• L’RNA messaggero maturo lascia il nucleo passando per la membrana nucleare e migra nel citoplasma verso i ribosomi


Acido ribonucleico (RNA)

OHO

OH

OHOH

P

O

OH

OH

OH

NH

NH

O

O

N

NH

NH

N

NH2

O

N

NH

NH2

O

N

N

NH

N

NH2

+ +

Uracile

G uanina

C itosina

Adenina

Acido fosforico R ibosio

La base azotata uracile sostituisce la timina del DNA



2. Traduzione del mRNA sui ribosomi tramite il complesso RNA-transfer (tRNA)

tRNA



3. Liberazione della proteina e degradazione (enzimatica) del mRNA

Conclusione: il linguaggio a 4 lettere del DNA si è tradotto in una struttura tridimensionale avente funzioni specifiche attraverso la sua forma spaziale e la localizzazione precisa di funzioni chimiche. tRNA


Mutazioni

Un cambiamento nella sequenza del DNA o una trascrizione sbagliata può tradursi in una funzionalità diversa della proteina (funzione assente o anomala o diversa): si possono generare malattie genetiche malattie degenerative o mutazioni.Le cause possono essere radiazioni virus attacchi chimici …..Nella gran parte dei casi le proteine anomale vengono riconosciute ed eliminate dal sistema immunitario.

Liceo Lugano 2. Corso di Scienze sperimentali 2012-13. Basi di chimica organica1 Corso di Scienze...

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