La biochimica studia come le caratteristiche degli esseri viventi derivino dalle differenti biomolecole e come queste interagiscano tra loro per mantenere la vita. Prima però, è necessario fare un passo indietro e ripassare (molto velocemente) le basi della chimica partendo dagli elementi che compongono tutta la materia: gli atomi.
Atomi
Lo studio della chimica comincia con delle strutture chiamate atomi. Gli atomi sono i “mattoni” che compongono tutta la materia ed hanno dimensioni molto piccole. L’unità di misura utilizzata per misurare gli atomi è l’angstrom che rappresenta un decimilionesimo di metro (1 Å = 10-10 m oppure 0,1 nanometri).
Un atomo è formato da tre particelle: i protoni che hanno carica positiva, gli elettroni con carica negativa e i neutroni che sono privi di carica elettrica. Un atomo a egual numero di protoni ed elettroni e la sua carica netta è pari a zero.
I protoni ed i neutroni costituiscono quasi l’intera massa dell’atomo e sono raggruppati al centro a formare un corpo denso chiamato nucleo. Gli elettroni si trovano nello spazio intorno al nucleo e sono in continuo movimento viaggiando su delle orbite.
Numero atomico, massa atomica e isotopi
Il numero atomico di un atomo rappresenta il numero di protoni nel nucleo e determina l’elemento al quale l’atomo appartiene. Gli elementi conosciuti si trovano sulla tavola periodica. Tra tutti questi elementi (più di 100), l’ossigeno, il carbonio e l’idrogeno costituiscono più del 90% della massa corporea; calcio, magnesio, sodio, potassio, fosforo, azoto, zolfo e cloro sono altri elementi essenziali per l’organismo. Altri elementi di cui abbiamo bisogno sono il cromo, selenio, manganese e molibdeno, questi sono classificati come oligoelementi.
La massa atomica di un atomo rappresenta la massa totale di protoni e neutroni dell’atomo. La massa atomica viene espressa in amu (atomic mass unit) dove 1 amu corrisponde a 1,6605 x 10-27 kg. Un altra unità di misura della massa atomica è il dalton (Da), dove 1 Da = 1 amu.
In chimica si definisce isotopo un atomo di un elemento che ha lo stesso numero di protoni ma differente numero di neutroni. Gli isotopi di un elemento hanno le stesse proprietà chimiche, poiché esse sono determinate dalla configurazione degli elettroni e non dal numero di neutroni.
Alcuni isotopi sono instabili ed emettono energia sotto forma di radiazioni alfa, beta e gamma; questi isotopi sono chiamati radioisotopi. Questi particolari isotopi vengono usati in medicina a scopo diagnostico o in trattamenti terapeutici, la branca della medicina che utilizza i radioisotopi si chiama medicina nucleare.
Tipi di legami
Il termine legame in chimica indica l’interazione degli elettroni di un atomo con quelli di un altro atomo per formare dei legami chiamati molecole. Esistono vari tipi di legami: legame covalente, legami ionico, legame a idrogeno e forze di van der Waals.
Il legame covalente si forma quando due atomi mettono in condivisione una coppia di elettroni, uno da parte di ogni atomo. La molecola d’acqua è un esempio di legame covalente.
Il doppio legame è una forma di legame covalente dove gli atomi condividono due coppie di elettroni anziché una.
Il legame ionico si forma quando un atomo ha una forte attrazione sugli elettroni che riesce a portare via completamente uno o più elettroni da altri atomi. Un esempio di legame ionico è il sale da cucina.
I legami ad idrogeno sono deboli forze attrattive tra un atomo di idrogeno e un atomo di ossigeno, azoto o fluoro. Una molecola di acqua può formare con altre molecole di acqua questi legami. Il legame a idrogeno tra molecole è responsabile della tensione superficiale dell’acqua, cioè la forza di attrazione tra le molecole che fa sì che si formino delle gocce sferoidali quando cade.
Le forze di van der Waals sono deboli forze di attrazione che si instaurano quando le nuvole elettroniche di due atomi si influenzano a vicenda. Le variazioni della posizione degli elettroni causano dei dipoli elettrici che si attraggono avvicinando i nuclei fino al punto in cui gli elettroni iniziano a respingersi.
Nel prossimo articolo parleremo delle biomolecole, cosa sono e come sono fatte (Introduzione alle biomolecole).