Gruppi Funzionali e Carboidrati

Ogni molecola organica ha delle "antenne" speciali chiamate gruppi funzionali che determinano come si comporta! Gli alcoli $-OH$ amano l'acqua, mentre aldeidi e chetoni $-CHO e -CO$ creano ponti con altre molecole. Gli acidi carbossilici $-COOH$ rendono acide le sostanze, e le ammine $-NH2$ le rendono basiche.

I carboidrati sono la benzina del tuo corpo! Hanno una formula semplice: C(H2O)n, praticamente carbonio più acqua. Il glucosio ti dà energia immediata, mentre glicogeno e amido sono le tue riserve per dopo. Pensa al glicogeno come alla batteria di riserva del tuo smartphone.

I carboidrati si dividono in zuccheri semplici (monosaccaridi come glucosio e fruttosio) e quelli complessi (polisaccaridi come l'amido della pasta). La cellulosa delle piante è così resistente che il nostro corpo non riesce nemmeno a digerirla - per questo le fibre sono importanti ma passano attraverso di noi!

Ricorda: Il ribosio e il desossiribosio non sono solo zuccheri qualunque - sono i componenti fondamentali di RNA e DNA, quindi letteralmente i mattoni del tuo codice genetico!

Polisaccaridi e Lipidi

L'amido delle patate e il glicogeno dei tuoi muscoli sono entrambi fatti di glucosio, ma hanno strutture diverse. L'amido è meno ramificato (come un albero con pochi rami), mentre il glicogeno è super ramificato (come un cespuglio fitto) per rilasciare energia più velocemente quando ne hai bisogno.

I lipidi sono i veri campioni dell'energia - ti danno 9 kcal per grammo, più del doppio dei carboidrati! I trigliceridi sono le tue riserve di grasso, mentre i fosfolipidi formano le membrane delle cellule grazie alla loro natura anfipatica (testa che ama l'acqua, coda che la odia).

Gli steroidi come il colesterolo non sono solo "cattivi" - sono fondamentali per le membrane e per produrre ormoni sessuali. Le vitamine liposolubili (A, D, E, K) si sciolgono nei grassi, per questo hai bisogno di un po' di olio per assorbirle bene.

Curiosità: Gli oli sono liquidi perché hanno acidi grassi insaturi (con doppi legami), mentre i grassi solidi sono saturi. È come la differenza tra spaghetti dritti (saturi) e ricci (insaturi) - questi ultimi non si impacchettano bene!

Proteine, Struttura e Vitamine

Le proteine sono come LEGO molecolari fatti di 20 amminoacidi diversi. Ogni amminoacido ha un gruppo NH2, un COOH, e una catena laterale R che gli dà personalità. Nove di questi sono essenziali - il tuo corpo non sa farli, quindi devi mangiarli!

La struttura delle proteine è come un palazzo a 4 piani: primaria (sequenza), secondaria $α-eliche e β-foglietti$, terziaria (forma 3D) e quaternaria (più catene insieme). L'emoglobina è un perfetto esempio di struttura quaternaria con 4 subunità che trasportano ossigeno.

Gli enzimi sono proteine super-specializzate che accelerano le reazioni chimiche. Funzionano come chiavi che aprono serrature specifiche (modello chiave-serratura). Hanno spesso bisogno di aiutanti chiamati cofattori o coenzimi per lavorare bene.

Le vitamine sono piccole molecole potentissime che spesso diventano coenzimi. Le idrosolubili (gruppo B e C) vanno prese regolarmente, mentre le liposolubili (A, D, E, K) si accumulano nel grasso. La vitamina D viene prodotta dalla pelle con il sole - ecco perché uscire fa bene!

Attenzione: La denaturazione proteica (come quando cucini un uovo) distrugge tutto tranne la struttura primaria. Per questo la febbre alta è pericolosa - "cucina" le tue proteine!

Chimica dei Viventi e Bioelementi

I bioelementi sono gli ingredienti base della vita. Carbonio, ossigeno, idrogeno, azoto, fosforo e zolfo formano il 99% del tuo corpo. Poi ci sono elementi come calcio (ossa), ferro (sangue) e iodio (tiroide) in quantità minori ma essenziali.

Le interazioni deboli sono come il velcro molecolare - singolarmente deboli ma potentissime quando lavorano insieme. I legami a idrogeno tengono unite le eliche del DNA, le forze di Van der Waals stabilizzano le proteine, e le interazioni idrofobiche formano le membrane cellulari.

L'acqua è speciale per le sue proprietà: polare (scioglie tutto), coesiva (alta tensione superficiale), alto calore specifico (regola la temperatura), e alto calore di evaporazione (il sudore ti raffredda). Queste proprietà rendono possibile la vita!

Gli enzimi si organizzano in catene metaboliche dove il prodotto di uno diventa il substrato del successivo. Se manca un enzima (errori congeniti del metabolismo), si accumulano metaboliti tossici - come un ingorgo stradale molecolare.

Principio fondamentale: Le superfici complementari permettono interazioni specifiche tra molecole. È come avere la chiave giusta per la serratura giusta - base di tutto il riconoscimento molecolare!

Proprietà dell'Acqua e Regolazione Proteica

L'acqua è il solvente universale della vita grazie alla sua polarità. La coesione (molecole che si attraggono) e l'adesione (attrazione con altre sostanze polari) spiegano perché le piante riescono a far salire l'acqua dalle radici alle foglie contro la gravità - è la capillarità in azione!

Il calore specifico alto dell'acqua significa che ci vuole tanta energia per scaldarla - per questo il mare d'estate è fresco e d'inverno è caldo. Il calore di evaporazione alto fa sì che quando sudi, porti via molto calore dal corpo, rinfrescandoti efficacemente.

Le macromolecole (proteine, polisaccaridi, acidi nucleici) si formano per condensazione (togliendo acqua) e si distruggono per idrolisi (aggiungendo acqua). È come costruire e smontare un puzzle molecolare usando o togliendo acqua come collante.

La regolazione allosterica permette alle proteine di accendersi e spegnersi come interruttori. Un effettore allosterico si lega in un sito diverso da quello attivo e cambia la forma della proteina. La modificazione covalente è invece come applicare un adesivo che attiva o disattiva la proteina.

Strategia di studio: La regolazione per taglio proteolitico è irreversibile - una volta tagliata, la proteina non torna come prima. È come tagliare un nastro per inaugurare qualcosa!

Teoria Cellulare e Procarioti

La teoria cellulare è una delle basi della biologia: la cellula è l'unità fondamentale della vita, tutti gli esseri viventi sono fatti di cellule, e le cellule derivano solo da altre cellule. Semplice ma rivoluzionario!

I procarioti (batteri e archeobatteri) sono cellule semplici e veloci. Hanno il DNA libero nel nucleoide (non racchiuso in un nucleo), si riproducono per scissione binaria ogni 20 minuti in condizioni ottimali, e hanno una parete cellulare di peptidoglicano che li protegge.

La distinzione gram-positivi/negativi si basa su una colorazione: i positivi hanno una parete spessa che trattiene il colorante violetto, i negativi hanno una parete sottile che diventa rossa. I gram-negativi sono spesso più pericolosi perché più resistenti.

I batteri possono essere commensali (vivono con noi in pace, come quelli intestinali), patogeni facoltativi (diventano cattivi solo se troppo numerosi), o patogeni obbligati (sempre pericolosi). La tua flora batterica intestinale è essenziale per la digestione e l'immunità!

Dimensioni da ricordare: I procarioti sono piccoli come i mitocondri. Usa micrometri $μm = 10⁻⁶ m$ per le cellule e nanometri $nm = 10⁻⁹ m$ per gli organuli!

Eucarioti e Membrana Plasmatica

Gli eucarioti sono cellule evolute con compartimenti specializzati. Protisti (spesso unicellulari), funghi (decompositori), piante (autotrofe con fotosintesi) e animali (eterotrofi) appartengono tutti a questo gruppo. La compartimentazione è il loro superpotere!

La membrana plasmatica è come il controllo di frontiera della cellula. Il modello a mosaico fluido la descrive come un oceano di fosfolipidi dove galleggiano proteine che si possono muovere. È asimmetrica - dentro e fuori sono diversi.

I fosfolipidi formano il doppio strato con teste idrofile fuori e code idrofobe dentro. Le proteine transmembrana attraversano la membrana creando tunnel per sostanze polari, mentre il colesterolo regola la fluidità come un termostato molecolare.

Il citoscheletro è l'impalcatura della cellula: microtubuli (più grandi, fatti di tubulina), filamenti intermedi (resistenza meccanica), e microfilamenti (più sottili, di actina per movimento). I centrioli sono fatti di microtubuli e organizzano la divisione cellulare.

Differenza chiave: I procarioti non hanno citoscheletro né centrioli. È come confrontare una tenda (procariote) con una casa con struttura metallica (eucariote)!

Reticolo Endoplasmatico e Apparato di Golgi

Il RER (reticolo endoplasmatico rugoso) è la fabbrica di proteine della cellula. Ha i ribosomi attaccati che gli danno l'aspetto "rugoso". Qui si producono proteine destinate all'esterno, alla membrana o ai lisosomi. La sequenza segnale dirige il traffico proteico come un codice postale molecolare.

Il REL (liscio) non ha ribosomi e si occupa di lipidi, ormoni steroidei, e detossificazione. Nel fegato è sviluppatissimo per neutralizzare alcol e farmaci. Nei muscoli diventa reticolo sarcoplasmatico per controllare la contrazione tramite il calcio.

L'apparato di Golgi è come l'ufficio postale molecolare: riceve pacchi dal RER (faccia cis), li modifica nelle cisterne intermedie, e li spedisce (faccia trans). Aggiunge "etichette" molecolari (glicosilazione) che decidono la destinazione finale delle proteine.

Insieme, RER + REL + Golgi + lisosomi formano il sistema delle endomembrane - una catena di montaggio molecolare che produce, modifica e distribuisce tutto quello che serve alla cellula per funzionare.

Trucco per ricordare: Cis = "qui" (vicino al nucleo), Trans = "là" (verso la membrana). Il Golgi riceve da qui e spedisce là!

Organuli Specializzati e Trasporti

I lisosomi sono gli "spazzini" della cellula con idrolasi acide che funzionano a pH 5. Fanno autofagia (digeriscono componenti interni vecchi) ed eterofagia (digeriscono materiale esterno). Se si rompono, gli enzimi uccidono la cellula!

I mitocondri sono le "centrali energetiche" con doppia membrana e DNA proprio. La membrana interna forma creste dove avviene la respirazione cellulare. Hanno ribosomi batterici e si replicano da soli - supportano la teoria endosimbiontica.

Il nucleo è il "centro di comando" con involucro nucleare bucherellato da pori nucleari. Contiene la cromatina $DNA + proteine$ che può essere attiva (eucromatina) o inattiva (eterocromatina). Il nucleolo assembla i ribosomi.

Il trasporto passivo non costa energia: diffusione semplice per molecole apolari, diffusione facilitata con proteine carrier per quelle polari, e diffusione regolata per ioni tramite canali voltaggio o ligando-dipendenti.

Potenziale di membrana: A riposo è -70 mV perché dentro c'è più K⁺ e proteine negative, fuori più Na⁺. La pompa sodio-potassio mantiene questo equilibrio consumando ATP!

Trasporto Attivo e Osmosi

Il trasporto attivo va contro gradiente e costa energia. La pompa sodio-potassio è il re: sposta 3 Na⁺ fuori e 2 K⁺ dentro usando ATP. Ricorda: NOKIA (Na Out K In ATP)! Nel trasporto attivo secondario, una sostanza "va in autostop" con un'altra.

L'osmosi è il movimento dell'acqua attraverso membrane semipermeabili. L'acqua va sempre verso la soluzione più concentrata tramite acquaporine. In ambiente ipotonico la cellula si gonfia, in ipertonico si raggrinzisce, in isotonico resta uguale.

Il trasporto di massa muove grosse particelle con vescicole. Endocitosi (pinocitosi per liquidi, fagocitosi per solidi, endocitosi mediata da recettore per sostanze specifiche) porta dentro, esocitosi porta fuori. Entrambi costano energia!

Nelle infusioni si usa soluzione salina 0,9% perché è isotonica - non fa scoppiare né raggrinzire i globuli rossi. Le cellule vegetali resistono meglio agli ambienti ipotonici grazie alla parete cellulare che impedisce la rottura.

Regola d'oro dell'osmosi: L'acqua segue sempre il sale! Va dove c'è più concentrazione di soluti per cercare di equilibrare le concentrazioni.