Basi di Microbiologia Applicata – Parte II – Fondamenti di chimica
Questa serie di notizie mensili presentate dalla SIMA (Associazione Italiana di Microbiologia Applicata) ha lo scopo di rinfrescare le cognizioni che un buon microbiologo applicativo dovrebbe sempre aver bene presenti per poter svolgere al meglio la sua attività sia in laboratorio che sul campo. Nella prima parte di ogni capitolo sono riportate domande alle quali il microbiologo (od aspirante tale) deve essere in grado di rispondere. Nella seconda parte sono riportate le risposte corrette.
Sommario
I.Gli elementi: atomi, ioni atomici, elettroni, protoni, molecole
II. I legami chimici: legami ionici, legami covalenti, legami idrogeno, acidi e basi, reazioni chimiche
III. Composti chimici ed organismi: carboidrati, lipidi, proteine, acidi nucleici
Introduzione
Per poter comprendere i processi vitali che coinvolgono i microrganismi, il microbiologo deve possedere una buona conoscenza della chimica. In questa parte sono presentati i concetti fondamentali di chimica che serviranno nei capitoli successivi.
Esistono in natura 92 elementi che fanno parte di tutto quanto vivente e non vivente si trova sul nostro pianeta. I maggiori elementi che si riscontrano nei batteri ed in tutte le cellule viventi sono C, H, N, O, P, S. La più piccola parte indivisibile di un elemento è l’atomo che a sua volta è costituito da diverse particelle. Gli atomi si combinano per formare molecole. Gli atomi in una molecola sono tenuti assieme mediante legami. I legami ionici si formano quando gli elettroni si muovono da un atomo ad un altro; nei legami covalenti gli atomi si scambiano gli elettroni; i legami idrogenionici sono legami deboli che si formano tra protoni e paia di elettroni.
Le reazioni chimiche si verificano quando i legami delle molecole si spezzano e si riformano in nuove molecole. Nelle cellule viventi, queste reazioni sono catalizzate da enzimi (che sono molecole proteiche).
Le più importanti molecole dei microrganismi sono: (a) carboidrati utilizzati per l’energia e come componenti strutturali della cellula; (b) lipidi che comprendono grassi utilizzati per l’energia e come componenti della membrana cellulare; (c) proteine come componenti strutturali della cellula e degli enzimi; (d) acidi nucleici che comprendono il DNA, l’RNA contenenti informazioni genetiche.
Domande di elementi basilari
1.La più piccola parte indivisibile di un elemento è: (a) atomo; (b) protone; (c) elettrone; (d) neutrone
2. Quando due ioni sono attratti e sono trattenuti da cariche elettriche, essi formano: (a) legame covalente; (b) legame idrogeno; (c) legame ionico; (d) forte legame
3.La parte centrale di un atomo si chiama: (a) protone; (b) neutrone; (c) nucleo; (d) orbita
4.Il numero atomico di un elemento indica il numero di: (a) elettroni; (b) protoni; (c) neutroni; (d) neutroni e protoni
5. Il peso atomico indica il numero di: (a) elettroni; (b) protoni; (c) neutroni; (d) neutroni e protoni
6. Quando due atomi si uniscono, essi formano: (a) legame ionico; (b) soluzione; (c) legame covalente; (d) molecola
7. La causa diretta delle carie dei denti è: (a) alimentazione dolce; (b) batteri del cavo orale; (c) acido prodotto dai batteri; (d) spazzolatura inappropriata dei denti
8. La sequenza degli aminoacidi in una proteina è definita: (a) struttura primaria; (b) struttura secondaria; (c) struttura terziaria; (d) struttura quaternaria
9. L’uracile è uno degli: (a) aminoacidi; (b) carboidrati; (c) basi azotate; (d) grassi
10. I carboidrati più semplici sono: (a) polisaccaridi; (b) monosaccaridi; (c) disaccaridi; (d) carboidrati disidratati
11. I lipidi che contengono legami doppi perché mancano di atomi di idrogeno sono chiamati: (a) insaturi; (b) acidi grassi; (c) saturi; (d) glicerolo
12. Le proteine si formano quando gli aminoacidi si riuniscono con una reazione di disidratazione. Il legame che si forma tra gli aminoacidi è definito: (a) legame idrocarbonico; (b) legame peptidico; (c) legame primario; (d) legame idrogeno
13. Gli acidi sono composti che: (a) rilasciano ioni idrogeno; (b) prendono ioni idrogeno; (c) hanno un sapore amaro; (d) hanno un pH superiore a 7,0
14. Il 97% della sostanza secca dei batteri è costituito da atomi che includono tutti i seguenti elementi con la eccezione di: (a) H; (b) O; (c) C; (d) He
15. Le particelle dell’atomo cariche negativamente sono: (a) elettroni; (b) neutroni; (c) protoni; (d) isotopi.
Numero atomico e peso atomico
Scrivere il corrispondente numero atomico e peso atomico dei seguenti elementi:
(a) Ossigeno
(b) Carbonio
(c) Idrogeno
(d) Azoto
(e) Ferro
Vero o falso?
Indicare quale delle seguenti affermazioni è Vera o Falsa.
(a) Un atomo di un elemento avente un numero di neutroni differente dagli altri atomi dello stesso elemento è definito un isotopo dell’elemento
(b) Un atomo che ha perso o preso un elettrone è definito ione
(c) Un ione che ha preso un elettrone ha una carica negativa
(d) L’ossidazione è l’acquisizione di elettroni
(e) L’elemento è la parte più piccola ed indivisibile di una atomo
(f) Ogni atomo ha una parte centrale chiamata nucleo che è composto di protoni e neutroni. Una terza particella, l’elettrone, ruota attorno al nucleo.
Riempire gli spazi vuoti
(a) Quando gli atomi si riuniscono assieme per formare molecole, si dice che hanno formato un……….chimico. Esistono diversi tipi di ……….chimici. Il…………si forma quando due ioni sono attratti assieme e si tengono uniti mediante cariche……………. Non si ha trasferimento di elettroni quando si forma un legame……………….Gli elettroni sono …………da due atomi.
I …………….sono legami deboli che si formano tra protoni e paia di elettroni vicini.
(b) Identificare i seguenti ioni complessi e gruppi radicali:-OH; PO4-3; -COOH; -NH2.
(c ) Incrociare correttamente (numero-lettera) i composti seguenti biologicamente importanti con le loro corrispondenti caratteristiche:
- Carboidrati; 2. Lipidi; 3. Proteine; 4. Acidi nucleici
A .Costituiti da aminoacidi tenuti insieme con legami peptidici
B. La forma più semplice di questo composto è il monosaccaride
C. Questi composti sono utilizzati principalmente come fonti di energia, ma sono anche importanti nel formare la struttura cellulare
D. Questi composti sono costituiti da una molecola di glicerolo attaccata ad uno, due o tre acidi grassi a catena lunga
E. Questi composti sono costituiti da sottounità chiamate nucleotidi
F. Questi composti sono componenti strutturali dei cromosomi che portano le informazioni genetiche
G. Questi composti giocano un ruolo critico nelle cellule dove agiscono come enzimi per stimolare le reazioni chimiche.
Concetti
1. Recentemente è stato scritto sulla stampa che gli aminoacidi sono stati trovati in meteoriti caduti sulla terra. Perché si tratta di una importante scoperta? Ciò cambia la vostra idea sulla possibilità di vita su altri pianeti? Perché si o perché no?
Domande incrociate
- L’universo che noi conosciamo è costituito da un numero preciso di elementi che si trovano in natura: Essi sono: (a) 50; (b) 32; (c) 92; (d) 106
- Gli acidi grassi che contengono legami doppi sono definiti: (a) insaturi; (b) saturi; (c) glicerolo; (d) saccaridi
- Un atomo contiene uno dei seguenti elementi ad eccezione di: (a) nucleo; (b) protone; (c) neutrone; (d) elettrone
- Quando un atomo (A) cattura elettroni liberati da un altro atomo (B), l’atomo (A) è definito: (a) ossidato; (b) legato; (c) ridotto; (e) acidificato
- Quando un atomo (A) cattura elettroni da un altro atomo (B), l’atomo (B) è definito: (a) ossidato; (b) elettropositivo; (c) ridotto; (d) elettronegativo
- In una reazione di disidratazione: (a) l’acqua è rimossa con la formazione di legami; (b) dai polisaccaridi si formano monosaccaridi; (c) l’acqua è incorporata in una molecola; (d) l’acqua è rimossa da una cellula batterica
- Un legame chimico formato tra lo ione sodio elettropositivo e lo ione cloro elettronegativo è un legame: (a) covalente; (b) idrogeno; (c) biologico; (d) ionico
- Il gruppo carbossilico ha una importanza biologica. La sua formula chimica è: (a) –OH; (b) –COOH, (c) –CHO; (d) –NH2
- I legami deboli che si formano tra protoni e paia di elettroni vicini sono: (a) legami ionici; (b) legami covalenti; (c) legami idrogeno; (d) legami peptidici
- Quando una proteina è denaturata: (a) è distrutta la struttura terziaria; (b) è modificata la sequenza degli aminoacidi; (c) i legami peptidici sono idratati; (d) i gruppi aminici di alcuni aminoacidi sono rimossi
- Tutte le seguenti basi nitrogene si trovano nel RNA ad eccezione di: (a) adenina; (b) timina; (c) gracile; (d) citosina
- Nella reazione chimica 2Na+Cl2 = 2NaCl, il prodotto è (o sono): (a) Na e Cl2; (b) solo Cl2; (c) solo Na; (d) NaCl
- Le molecole che catalizzano le reazioni biologiche sono conosciute come: (a) acidi nucleici; (b) enzimi; (c) carboidrati; (d) grassi
- Gli acidi nucleici sono composti da tutte le seguenti semplici molecole ad eccezione di: (a) fosfati; (b) carboidrati; (c) amino acidi; (d) grassi
- Le tossine batteriche sono composte da: (a) acidi nucleici; (b) carboidrati; (c) proteine; (d) grassi.
Risposte a Domande di elementi basilari
1.a; 2.c; 3.c; 4.b; 5.d; 6.d; 7.c; 8.a; 9.c; 10.b; 11.a; 12.b; 13.a; 14.d; 15.a
Numero atomico e peso atomico
- 1,8 e 2,16; b.1,1 e 2,12; c. 1,1 e 2,1; d. 1,7 e 2,14; e. 1,26 e 2,56
Vero o falso?
- Vero; b. Vero; c. Vero; d. Falso; e. Falso; f. Vero
Riempire gli spazi vuoti
- (a) legame; (b) legame; (c) legame ionico; (d) cariche elettriche; (e) legame covalente; (f) condivisi; (g) legame idrogeno
Identificare gli ioni complessi ed i gruppi radicali
- (a) gruppo idrossilico; (b) ione fosfato; (c) gruppo carbossilico; (d) gruppo amminico
Incrociare correttamente i composti
- (a) 3; (b) 1; (c) 1; (d) 2; (e) 4; (f) 4; (g) 3.
Concetti
Gli aminoacidi sono la parte portante di una delle più importanti macromolecole biologiche: le proteine. Il ritrovare essi in un meteorite suggerisce che la vita “per quanto ne conosciamo” possa essere presente nello spazio.
Risposte a Domande incrociate
1. (c); 2. (a); 3. (a); 4.(c); 5. (a); 6. (a); 7. (d); 8. (b); 9. (c); 10. (a); 11. (a); 12. (d); 13. (b); 14. (c); 15. (c).
