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Università degli Studi Kore di EnnaFacoltà di Scienze dell’Uomo e della Società
CdL in “Scienze delle attività motorie e sportive”
Biochimica
Domenico Ciavardelli - Ph.D.email: [email protected]
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
Per approfondimenti sugli argomenti trattati nella lezione precedente:Cap. 1, 2 e 3 dal testo “Chimica, Biochimica e Biologia Applicata”, M. Stefani e N. Taddei, Zanichelli.
Cap. 1 del testo “Biochimica per le Scienze Motorie”, A. Di Giulio, A. Fiorilli e C. Stefanelli, Casa Editrice Ambrosiana.
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
L’ibridazione del carbonio è in accordo con la tetravalenza del carbonio e giustifica l’equivalenza di legami in molecole come CH4.La specifica ibridazione dell’atomo di carbonio determina la struttura della molecola (tetraedrica, trigonale planare o lineare.Gli orbitali che non partecipano all’ibridazione e sono occupati da un elettrone spaiato possono formare legami di tipo piùdeboli dei legami .
E= energia
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Ibridazione degli orbitali atomici e struttura.
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
L’ibridazione non è esclusiva del carbonio: anche azoto e ossigeno danno ibridazione struttura tetraedrica di ammoniaca, ammonio, acqua e idronio.
Cationi MOLECOLARImonovalenti
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
Per approfondimenti ibridazione del carbonio:
http://www.chimica-online.it/download/ibridazione _orbitalica.htm
http://ebook.scuola.zanichelli.itFile: Bagatti_Cap12_ibridizzazione.pdf
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
Idrocarburi (composti da carbonio e idrogeno) alifaticiGruppi funzionali
Alcani:•Legami singoli carbonio-carbonio (C—C) e carbonio-idrogeno (C—H).•Per ogni atomo di carbonio i 4 legami semplici sonoorientati verso i vertici di un tetraedro (IBRIDAZIONE SP3).
Alcheni:•Presenza di un doppio legame C--C.•Il doppio legame determina la planarità della molecola: i legami dell’atomo di carbonio coinvolto in un doppiolegame appartengono ad un piano (IBRIDAZIONE SP2. l’orbitale p che non partecipa all’ibridazione forma un legame doppio legame).
Alchini:•Presenza di un triplo legame C—C•Il triplo legame determina la linearità della molecola: i legami dell’atomo di carbonio coinvolto in un triplo legameappartengono ad una retta (IBRIDAZIONE SP. Gli orbitali p che non partecipano all’ibridazione formano 2 legami .
CH3
CH2
CH2
CH2
CH2
CH3
Esano
**
**
*
CH3
CH2
CH2
CH
CH
CH3*
*
2-esene (isomero trans)
CH3
CH2
CH2
C C CH3
2-esino
* *
Metano (CH4)::geometria tetraedrica dei legami C-H
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Ibridazione sp2 formazione di un doppio legame.L’orbitale p che non partecipa all’ibridazione è occupato da un elettrone spaiato e si sovrappone all’orbitale p non ibridato anch’esso contenente un elettrone spaiato di un altro atomo C ibridato sp2. La messa in compartecipazione di due elettroni spaiati genera un legame ovvero un ORBITALE MOLECOLARE di tipo .Tale sovrapposizione è STERICAMENTE sfavorita rispetto alla sovrapposizione di due orbitali ibridi di atomi diversi. Il legame ottenuto è quindi più debole di un legame . N.B.: un doppio legame costituito dalla combinazione un legame e è in ogni caso più forte di un legame semplice. ETENE, primo
membro della serie omologa degli alcheni.
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
Esempi di alcani e alcheni importanti in biochimica.
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
Gli idrocarburi alifatici possono avere anche struttura ciclica.
Catena ALIFATICA di un ACIDO GRASSO SATURO
Catena ALIFATICA di un ACIDO GRASSO INSATURO
Gli idrocarburi alifatici vengono definiti SATURI quando NON CONTENGONO DOPPI LEGAMI C-C mentre vengono definiti INSATURI quando CONTENGONO DOPPI LEGAMI C-C.
Beta-carotene precursore di vitamine LIPOSOLUBILI
Idrocarburi aromaticiGruppi funzionali
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
Es.: Benzene
•Numero definito di doppi legami
•Risonanza degli elettroni dei doppi legami gli
elettroni dei doppi legami (legami non sono
localizzati tra due specifici atomi di C.
•OSS.: la risonanza non è prerogativa esclusiva
degli idrocarburi aromatici.
•Molecole planari e cicliche. Delocalizzazione degli elettroni dei doppi legamiRisonanza;
Nuvola Elettronica
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Esempi di composti aromatici importanti in biochimica:AA aromatici; basi puriniche e primidiniche.
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N.B.: delocalizzazione degli orbitali nelle regioni aromatichedelle molecole
Gruppi funzionali contenenti eteroatomi•Differenza di elettronegatività polarità del legame
Gruppoossidrilico legato ad un atomo di carbonio sp3 mediante un legame singolo(R=gruppoalchilico).
Gruppo ossidrilico –OH Alcoli.
HH
COH
XX
X
C
H
C
OH
XX
X
X
XX
C
C
C
OH
X
X
X
X
XX
X
XX
Alcool primario Alcool secondario Alcool terziario
X=C (R), H.
•Suffisso –olo.•R=gruppo alchilico generico (insieme poliatomico contenente carbonio e idrogeno). I SOSTITUENTI dell’atomo di C legato all’ossidrile possono essere disparati.•Se l’atomo legato all’ossidrile è sp2 (coinvolto in un doppio legame) e non è legato ad altri eteroatomi il composto verrà definito ENOLO.•La presenza dell’ossigeno induce polarità e spesso solubilità in acqua possibiltà diformare legami d’idrogeno come donatori o accettori.
C COH
A
A
A
EnoloA= generico sostituente
A≠ da eteroatomi (N, O, P)
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Esempi di alcoli importanti in biochimica:Alcuni AA (serina, tirosina), glicerolo, etanolo, acido lattico.
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
Gruppo FENOLICO (FENOLI: alcoli aromatici)
Glicerolo: un poli-alcool
e indicano la posizione di tali atomi di carbonio rispetto al gruppo carbossilico
Acido lattico: un alfa-idrossi acido
Gruppo Tiolico C–SH TioliDerivati dei tioli importanti in biochimica:a) Tioeteri (gruppo funzionale tipico della metionina)b) Disolfuri che costituiscono un importante motivo strutturale dellastruttura terziaria delle proteine.
R S H
Gruppo amminico: C-NH2Ammine
NHR
H
NHR
R'N
R"R
R'
Ammina primaria Ammina secondaria Ammina terziaria
ANALOGIA CON GLI ALCOLI:Gruppo S--H legato ad un atomo di carbonio medianteun legame singolo(R=gruppoalchilico).
Gruppo N--H legato ad un atomodi carbonio sp3 mediante un legame singolo(R=gruppoalchilico).
Gruppi funzionali contenenti eteroatomi•Differenza di elettronegatività polarità del legame
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
N.B.: Il doppietto elettronico non condiviso dell’azoto(N: [He] 2s2 2p3) conferisce proprietà BASICHE alle ammine.Le ammine sono sia accettori che donatori di legame d’idrogeno
Esempi di tioli e ammine importanti in biochimica: tutti gli AA, ammine biogene; cisteina, metionina.
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Struttura di un generico AA Glutatione ridotto Glutatione ossidato
Ponte DISOLFURO
Gruppo TIOETEREO
ALDEIDIR=H
(formaldeide), alchile.
CHETONIR1, R2=gruppi
alchilici
Gruppo CARBONILICO C=O
Gruppi funzionali contenenti eteroatomi•Differenza di elettronegatività polarità del legame
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+
-
+
-
Siti ELETTROFILI Siti di attacco NUCLEOFILO
Siti ACCETTORI di legame d’idrogeno
sp2 sp2
•Suffisso: -ale per le aldeidi; -one per i chetoni.•Doppio legame C—O, ibridazione sp2 planarità.•Possibilità di formare legami d’idrogeno come accettori.
Esempi di aldeidi e chetoni importanti in biochimica.
Monosaccaridi, gliceraldeide 3-fosfato, diidrossiacetone fosfato.
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
GLUCOSIO FRUTTOSIO GLICERALDEIDE DIIDROSSIACETONE
•Suffisso: -oico.•Doppio legame C—O, ibridazione sp2 planarità.•Possibilità di formare legami d’idrogeno come accettori o donatori.•Tendenza a cedere l’atomo d’idrogeno: proprietà ACIDE.
Gruppo CARBOSSILICO -COOH
Gruppi funzionali contenenti eteroatomi•Differenza di elettronegatività polarità del legame
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
ACIDI CARBOSSILICIR=H (acido formico),
alchile.
sp2
+
-
-
Il carbonio legato a due atomi di ossigeno è molto elettropositivo (sito elettrofilo) tendenza ad attrarre gli elettroni tendenza alla rottura del legame O-H con produzione di ioni H+
ACIDITA’
Derivati degli Acidi carbossilici:
•Gruppo Ammidico –CONX2(X=H oppure R)
•Gruppo Estereo –COOR
•Anidridi
Struttura PRIMARIAdi proteine.
Lipidi (trigliceridi)
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
Esempi di biomolecole contenenti gruppi fosfoesterei e
fosfoanidridici.
I derivati degli acidi carbossilici possono essere considerati i prodotti di una
reazione di CONDENSAZIONE tra il gruppo carbossilico e
1)ACIDI con produzione di ANIDRIDI
2)ALCOLI con produzione di ESTERI
C C
O
OH
A
A
A
COH
A
A
A
C C
O
O
A
A
AC
A
A
A
++ H2O
C C
O
OH
A
A
A
CC
A
A
A
OH
O
C C
O
O
A
A
AC
O
C
A
A
A
++ H2O
A = generico atomo o gruppo di atomiAA 2013-2014
Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
Gruppoanidridico
Gruppoestereo
3)AMMINE con produzione di AMMIDI
C C
O
OH
A
A
A
CN
A
A
A
H
H++ H2OC C
O
N
A
A
AH
C
A
A
A
A = generico atomo o gruppo di atomiAA 2013-2014
Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
Gruppo ammidico
La reattività dei derivati degli acidi carbossilici varia secondo il seguente ordine:
ALOGENURI ACILICI > ANIDRIDI> ESTERI> AMMIDI
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
Gli acidi carbossilici danno reazioni di condensazione non solo con gli alcoli per generare esteri ma anche con i loro analoghi TIOLI per generare TIOESTERI.
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
A C
O
OHSH
A
A
A
A C
O
S
A
A
A
++ H2O
Gruppo tioestereo
I tioesteri sono PIU’ REATTIVI degli esteri poiché i due doppietti non condivisi dello zolfo sono meno vincolati al nucleo rispetto a quelli dell’ossigeno.
A = generico atomo o gruppo di atomi
Derivati dell’ACIDO FOSFORICO: come gliacidi carbossilici anche una molecola di acidofosforico può dare condensazione con una molecoladi alcol o di un altro acido generandoFOSFOESTERI e FOSFOANIDRIDI.
•Esteri dell’acido fosforico(FOSFOESTERI)
N.B.: l’acido fosforico a pH fisiologico èdeprotonato. Il fosfoestere è un ANIONE MONOVALENTE.
•Anidridi dell’acido fosforico(FOSFOANIDRIDI)
Fosfolipidi,ATP, ADP, AMPMonosaccaridi
fosforilati.
ATP e ADP ma non AMP.
P PR1 O O R2
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
-
Esempi di biomolecole
contenenti gruppi fosfoesterei e
fosfoanidridici.
In modo analogo agli acidi carbossilici, l’acido fosforico può dare due tipi di derivati per condensazione con:
1) ALCOLI generando FOSFOESTERI
2) ACIDI generando FOSFOANIDRIDI O ANIDRIDI MISTE
La reattività delle fosfoanidridi è maggiore rispetto a quella dei fosfoesteri
P OH
O
OH
OH
++ H2O
P OH
O
OH
OH
CA
O
OH
P O
O
OH
OH
P OH
O
OH
P O
O
OH
OH
CA
O
P OH
O
OH
OH
++ H2OCA
A
OH
A
P O
O
OH
OH
C A
A
A
A = generico atomo o gruppo di atomi AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
FOSFOANIDRIDE
ANIDRIDE MISTA
Biochimica-Lezione 2Domenico Ciavardelli
Per approfondimenti sugli argomenti appena trattati:Cap. 10 dal testo “Chimica, Biochimica e Biologia Applicata”, M. Stefani e N. Taddei, Zanichelli.
Cap. 2 del testo “Biochimica per le Scienze Motorie”, A. Di Giulio, A. Fiorilli, C. Stefanelli, Casa Editrice Ambrosiana.
Gruppi funzionali presenti in molecole organiche e proprietàchimico-fisiche formazione di legami di idrogeno.
La presenza di questi gruppi funzionali aumenta la solubilita’ in acqua di molecole organiche.
Accettore di legame d’idrogeno
Donatore di legame d’idrogeno
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
Esempi
Timina
Adenina
Gruppo ossidrilico di un alcool
e acqua
Gruppo carbonilico di un aldeide o chetone
e acqua
Gruppi ammidici di due peptidi
Oss.: questi legami d’idrogeno possono essere sia intermolecolari (tra molecole diverse) che intramolecolari (tra parti della stessa molecola)
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
EsempiFosfolipidi (membrane cellulari)Albumina (trasporto ematico di lipidi insolubili in acqua)
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
Non confondere la solubilità con la reattività!
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
9. Quale tra le seguenti non è una trasformazione chimicaa) l’acqua che evaporab) Il legno che marciscec) Il ferro che arrugginisced) Il metano che brucia
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
Modelli di base della Chimica:•Modello atomico della materia•Modello elettronico dell’atomo•Modello del legame chimico
Materia: caratterizzata da volume insieme omogeneo (monofasico) o eterogeneo di entitàchimiche.
Tre stati di Aggregazione solido, iquido, gassoso.
Sostanza Composizione, Struttura, Stato di Aggregazione.
G LcondensazioneL GevaporazioneL SsolidificazioneS GsublimazioneS Lfusione
passaggioprocesso
Molecole di solvente
Molecole di soluto non
volatile
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CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + calore
Fe (0) Fe(III)O2
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
Trasformazioni Chimiche: Reattivita’.
A + B
C + D
G
Coordinata di Reazione
G1 = GReagenti
G2 = GProdotti
A + B C + D, keq = ([C][D])/([A][B])>1
G = Variazione di Energia libera di Gibbs= =G2 – G1 < 0
Processo EsoergonicoLa reazione procede
spontaneamente
A + B
C + D
Coordinata di Reazione
G1 = GReagenti
G2 = GProdotti
G = G2 – G1 >0Processo Endoergonico
La reazione richiedeenergia
A + B C + D, keq = ([C][D])/([A][B])<1keq= costante di Equilibrio[X]=concentrazionemolare di X
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
G=G2-G1= energia dei prodotti - energia dei reagenti
G<0 Processo esoergoniche
G>0 Processo endoergoniche
G=0 Equilibrio
Equilibrio chimico: Principio d’azione delle masseKeq=Quantità dei prodotti/Quantità dei reagenti
Principio di Le Chatelier: ogni sistema all’equilibrio si oppone a perturbazioni dell’equilibrio chimico.
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
Calcolo dell’ energia libera di formazione (G°f≡G°f KJ mol-1):
variazione di energia libera che accompagna la formazione di una
quantità definita (MOLE) di una specifica sostanza nello stato
standard (indicato con il simbolo°) a partire dagli elementi che la
compongono nello stato standard.
G°f degli elementi puri (C, N2, H2…) a P=1tm, T=298K, nella forma
più stabile (O2 e non O3) è posta uguale a zero.
G°f<0 formazione esoergonica, G°f> formazione endorgonica
H2O -237.2 KJ mol-1
CO2 -394.4 KJ mol-1
H2 0 KJ mol-1
O2 0 KJ mol-1
N2O 104.2 KJ mol-1AA 2013-2014
Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
La variazione di energia libera standard per una reazione può
essere ottenuta sottraendo le energie di formazione dei prodotti alle energie di formazione
dei reagenti:
A+BC+D
G°=G°f (C+D)-G°f(A+B)
Es.:H2S+2O2 SO42-+2H+ ,
Le energie libere di formazione di reagenti e prodotti sono
G°f (H2S)=-27.82KJ mol-1,
G°f (O2)=0,
G°f(SO42-)=-744.6,
G°f (H+)=-39.83
Quindi
G°= G°f (SO42-+H+)-G°f(H2S+O2)=[-744.6+2*(-39.83)]-(-27.82+0)=-796.44KJ mol-1
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Potenziali elettrochimico e processi ossidoriduttivi
•Ossidazione e riduzione
Riduzione
Ossidazione
B ossidato A ridotto
Aumento della carica positiva
Riduzione della carica positiva
B A
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
An+Ossidato +BRidotto ARidotto +Bn+
Ossidato
Es.: Cu2++Zn Cu + Zn2+
Stato ossidato del rame(numero di ossidazione maggiore)
Stato ridotto dello zinco(numero di ossidazione minore)
Stato ridotto del rame(numero di ossidazione minore)
Stato ossidato dello zinco(numero di ossidazione maggiore)
•Il processo ossidoriduttivo può essere decomposto in una semireazione di riduzioneAn+
Ossidato + n e-ARidottoe in una semireazione di ossidazioneBRidotto Bn+
Ossidato + n e-
Perché il passaggio di elettroni avviene da B ad A?Perché non avviene il processo inverso?
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
Per una reazione di ossidoriduzione G è inversamente proporzionale al lavoro elettrico ed alla differenza di potenziale (E) da applicare per permettere lo scambio di elettroni•Ossidoriduzioni corrispondenti a E > 0 sono favorite•Ossidoriduzioni corrispondenti a E< 0 sono sfavorite
G 1/E oppure G E
Proporzionalitàdiretta
Proporzionalitàinversa
•Ogni reazione di riduzione è associato ad un potenziale di riduzione E=energia necessaria all’acquisto di elettroniEA=energia necessaria al processo An+ + ne- AEB=energia necessaria al processo Bn+ + ne- B
•Il lavoro elettrico necessario a trasferire gli elettroni è proporzionale alla DIFFERENZA DIPOTENZIALE E) tra due potenziali di riduzione
•Il lavoro elettrico deve essere svolto segno positivo
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
Relativamente all’esempio precedente, la spontaneità del processo precedente ( ossidazione di A e riduzione di B) è dovuta al fatto che EA < EBE=EB - EA >0 G<0
Tanto minore è il potenziale di riduzione tanto maggiore è il potere riducente ovvero tanto maggiore è la tendenza a cedere elettroni riducendo un’altra specie!
Calcolo di E da due potenziali di riduzione
Es.: O2+4H++4e- : 2H2O, E°(O2)=0.816 V elevato potenziale tendenza a ossidare tendenza alla riduzione ovvero ad acquistare elettroni da parte di O2
2H++2e- : H2, E°(H2)=-0.421V basso potenziale tendenza a ridurre tendenza alla ossidazione ovvero a cedere elettroni da parte di H2
Accoppiando le due SEMIREAZIONI il processo spontaneo sarà:1/2O2+H2 H2OL’idrogeno cede il proprio elettrone ossidandosi (potenziale minore)L’ossigeno acquista due elettroni riducendosi (potenziale maggiore)Il processo inverso è sfavorito.
Un processo è quindi tanto più spontaneo (G<0) quanto maggiore è la differenza di potenziale (E>0)
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
Nicotinamide adenina dinucleotide ridotto (NADH)E (NAD+/NADH)=-0.32VE(1/2O2/O2-)=0.82Ossidazione di NADH a NAD+ e riduzione dell’ossigeno Catena respiratoriaI due atomi d’idrogeno in rosso provengono da un substrato (molecola organica) che subisce l’ossidazione: uno riduce NAD+legandosi all’anello nicotinammidico, l’altro viene rilsciato nell’ambiente come H+.
CH
CHN
+ CH
O
NH2
O
H H
OH
H
OH
H
N
N
N
N
NH2
OPO
O
OH
O
H H
OH
H
OH
H
OPOH
O
H
CH
CHN
CH
O
NH2
O
H H
OH
H
OH
H
N
N
N
N
NH2
OPO
O
OH
O
H H
OH
H
OH
H
OPOHO
H H
Nicotinamide adenina dinucleotide (NAD+)
Ossidazione
Riduzione2H++2e-
Nicotinammide
Adenina
+ H+
Atomo d’azoto tetravalente!a
aL’azoto ha ceduto il proprio doppietto non condiviso nella formazione di un legame dativo ed è quindi carico positivamente.
-1 -2
Come varia l’energia durante la trasformazione?
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
E
Reagenti
Prodotti
Stato di Transizione Struttura Intermediaa Reagenti e Prodotti
Massimo di Energia Non IsolabileEnergia di
AttivazioneEatt
Processo ad uno stadio. Processo a due stadi.
E
Reagenti
Eatt2
Eatt2
Prodotti
[Stato di Transizione 1]
[Stato di Transizione 2]
Intermediodi
Reazione
Non è detto che una trasformazione favorita dal punto di vista energetico avvenga velocemente! CINETICA
• La costante di equilibrio non da’ informazioni sulla cinetica della reazione.
•V = (Frequenza degli urti) * (Fattore Energetico) * (Fattore Sterico)
•Fattore Energetico: frazione degli urti con energia sufficiente = f (T, Eatt)
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
OCH2
HH
OH
H
OH
OH
H OH
H
OH
Glucosio (C6H12O6)
+ 6O2
Combustione(fuoco)
Ener
gia
Energia di attivazione
Energia dissipata come calore e non conservata
6CO2 + 6H2O
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
OCH2
HH
OH
H
OH
OH
H OH
H
OH
Glucosio (C6H12O6)
+ O2
Cellula
Ener
gia
6CO2 + 6H2O
Il processo è costituito da diversi stadi corrispondenti a diverse energie di attivazioneL’energia d’attivazione si riduce grazie alla catalisi enzimaticaL’energia viene conservata come energia chimica
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
Per approfondimenti sugli argomenti appena trattati:Cap. 4 (Par. 7), Cap. 6 e Cap. 28 (Par. 1-2) dal testo
“Chimica, Biochimica e Biologia Applicata”, M. Stefani e N. Taddei, Zanichelli.
Cap. 8 (Par.1, 2, 3, 5) e Cap. 9 (Par. 1) del testo “Biochimica per le Scienze Motorie”, A. Di Giulio, A. Fiorilli, C. Stefanelli, Casa Editrice Ambrosiana.
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
Acidi e Basi
Gli elettroni di legame provengono solo dall’acquaLegane dativo
Ione IDRONIO
L’acqua acquista il protone si comporta da base
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
NH3 + H2O ?
OH-: ione ossidrilico
Doppietto non condiviso capace di essere ceduto nella formazione di un legame con una specie povera di elettroni
Eccesso di elettroni carica negativa dell’anione molecolare
L’acqua cede il protone(si comporta da acido)
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
L’azoto cede il suo doppietto elettronico non condiviso al protone
H+ formazione di unLEGAME DATIVO.
Acidi e Basi deboli
Acido Acetico(acido debole)
Anione Acetato(base coniugata)
Ammoniaca(base debole)
Ammonio (Catione,Acido coniugato)
EQUILIBRIO CHIMICO
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
HCl
H ClH
Cl
H
HO H
H
O
H HO
H
HO
H
H
O
H HO
H
+
H
H
+
+
Cl-Cl-
Cl-
ACIDO FORTE(Completa Dissociazione)
H
H
HF
H
HO H
H
O
H HO
HH
OH
H
O
H
HO
H
+H
+
ACIDO Debole(Dissociazione parziale)
•Tutte le molecole di acido cloridrico sono dissociate•Un numero uguale di molecole di acqua èprotonata•CH3O+ aumenta proprzionalmente•Abbassamento proporzionale di pH
•Non tutte le molecole di acido fluoridrico sono dissociate•Un numero minore di moelcole di acqua è protonata•Minore abbassamento di pH a parità di acido aggiunto
F
F
F- F-
HF
Non dissociata Non protonata
Che cosa si intende per pH?
In che modo acidi e basi alterano il pH dell’acqua?
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
Perché l’acqua pura pur non essendo un elettrolita ha conducibilitànon nulla?
H2O + H2O H3O+ + OH-
Autoprotolisi dell’acqua:LA CONCENTRAZIONE DI IONI IDRONIO E IONI OSSIDRILICI IN ACQUA PURA E COSTANTE A T COSTANTE.
Prodotto ionico dell’acqua
Kw=[H3O+]*[OH-]=10-14 a T=25°C
[H3O+]=[OH-]=10-7 mol L-1
(acqua pura, T=25°C)AA 2013-2014
Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
Effetto degli acidi sulla concentrazione ( C) di ioni idronio e ossidrilico
HA + H2O H3O+ + A-
Effetto delle basi sulla concentrazione di ioni ossidrilici e idronio
B + H2O BH+ + OH-
Es.: HCl + H2O H3O+ + Cl-
Es.: CH3COOH + H2O H3O+ + CH3COO-
Es.: NaOH Na+ + OH-
Es.: NH3 + H2O NH4+ + OH-
CH3O+>10-7
COH-<10-7
COH->10-7
CH3O+<10-7AA 2013-2014
Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
H3O+
OH-
pH=-log CH3O+
pOH=-log COH-
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
Sistema tampone: si oppone alle variazioni di pH
Addizione di 3 molecole di
HCl alla soluzione tampone
Soluzione contenenteTampone bicarbonato Solo un atomo d’idrogeno
rimane libero (idronio)rispetto ai 3 previsti
L’anione HCO3- è capace di reagire con due dei 3 ioni H+
generati dalla dissociazione dell’acido forte riducendo l’abbassamento del pH rispetto a quello previsto.
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli
Per approfondimenti sugli argomenti appena trattati:Cap. 8 (Par. 1, 2, 3, 9) e Cap. 9 (Par. 1, 2, 3, 4, 5, 6) dal testo “Chimica, Biochimica e Biologia Applicata”, M. Stefani e N. Taddei, Zanichelli.
Cap. 1 (Par. 6.1, 6.2 e 6.3) del testo “Biochimica per le Scienze Motorie”, A. Di Giulio, A. Fiorilli, C. Stefanelli; Casa Editrice Ambrosiana.
AA 2013-2014Biochimica-Lezione 1Domenico Ciavardelli