I PROCESSI FONDAMENTALI DELLA VITA!

ESCAPE ROOM

I processi fondamentali della Vita

BENEDETTA, CAROLINA, EMMA, SOFIA & VANIA

Primo Levi E IL VIAGGIO DI UN ATOMO DI CARBONIO

Primo Levi (Torino 31 luglio 1919 - Torino 11 aprile 1987)Primo Levi, nel 1975, ha pubblicato una raccolta intitolata "Il Sistema Periodico" composta da 21 racconti. Ognuno dei 21 racconti porta il nome di un elemento della tavola periodica. Il ventunesimo ed ultimo racconto è intitolato "Carbonio" e narra la storia di un atomo di carbonio che si trasforma da un composto ad un altro nel corso del tempo, fino a finire nel cervello dello stesso Levi nel momento in cui scrive il punto che termina l'opera. Primo Levi, in questo racconto, segue proprio il viaggio di un atomo di carbonio perché è l'atomo che grazie alle sue capacità di creare strutture complesse è alla base della cosiddetta "chimica della vita". In particolare, descrive come un atomo di carbonio possa passare da una roccia a una foglia, a un essere umano, per poi diventare un gas dell'atmosfera, in attesa di rientrare magari nel ciclo della vita. L'atomo di carbonio è, infatti, all'inizio prigioniero in una roccia calcarea. Un colpo di piccone lo libera e la scheggia di pietra che lo contiene viene calcinata in un forno, l'atomo di carbonio si unisce a due atomi di ossigeno e vola via nell'aria sotto forma di anidride carbonica. Seguiranno molte vicissitudini. Complici la clorofilla e la fotosintesi, l'atomo di carbonio, passando vicino ad una foglia, verrà trafitto da un raggio di sole staccato dall'ossigeno e fissato in una molecola di glucosio. La pianta è una vite, il glucosio finirà in un acino d'uva, l'acino in vino e il vino in un fegato di un bevitore. Poi tornerà ad essere anidride carbonica, nel vento che soffia su mari e montagne, e di nuovo lo catturerà la fotosintesi per incatenarlo nella cellulosa di un tronco di cedro. Qui, un tarlo se lo mangia. Alla morte del tarlo, qualche batterio becchino rimette un'altra volta in circolazione l'atomo di carbonio, finché finisce in un bicchiere di latte da dove - facendo parte di una molecola di zucchero - passa nella cellula nervosa di un uomo che ha bevuto il latte. L'uomo è Primo Levi, e nel suo cervello l'energia della molecola di zucchero, come già detto, servirà a fargli scrivere il punto con cui concludere il racconto. Questo racconto ci mostra come gli atomi siano intorno a noi, e dentro di noi.

https://wordwall.net/it/resource/6911858/il-viaggio-di-un-atomo-di-carbonio GIOCO A ABBINAMENTI (a tempo)

LA FOTOSINTESI CLOROFILLIANA

Il termine fotosintesi significa letteralmente sintesi mediante luce. La fotosintesi clorofilliana è un processo biochimico che avviene nelle piante verdi, nelle alghe verdi e nei cianobatteri. Questi organismi sfruttano l'energia solare per produrre molecole ricche di energia a partire da acqua e anidride carbonica presenti nell'ambiente. Vediamo più da vicino come avviene questo processo nella foglia di una pianta verde! https://youtu.be/mr-dH8rAZo0

LA FOGLIA

La foglia è l’organo che contiene la clorofilla e fa la fotosintesi. All’interno delle foglie ci sono strati di cellule con funzioni diverse: l'epidermide, il tessuto a palizzata e il tessuto spugnoso. L'epidermide è la "pelle" della foglia e sta sotto la cuticola della pagina superiore e riveste anche la pagina inferiore. Sotto c’è il tessuto a palizzata che viene chiamato così perché ha cellule sistemate in modo ordinato. Queste cellule contengono i cloroplasti, gli organuli ricchi di clorofilla nei quali avviene la fotosintesi. Più sotto, nel tessuto spugnoso, le cellule sono disposte in modo irregolare: negli spazi che le separano possono circolare l'aria e il vapore acqueo, e qui passano le nervature con i vasi conduttori.

LE FASI DELLA FOTotosintesi

All'interno dei cloroplasti vi è una rete di membrane chiamate TILACOIDI che sono immerse in un liquido denso detto STROMA. Le membrane dei tilacoidi e lo stroma sono i luoghi in cui avvengono tutti i passaggi della fotosintesi. Il processo della fotosintesi, infatti, può essere suddiviso in 2 fasi che hanno luogo in 2 parti diverse dei cloroplasti: la prima fase si svolge sulla membrana dei tilacoidi ed è detta fase luminosa perché utilizza le radiazioni della luce solare; la seconda, a luogo nello stroma del cloroplasto, ed è chiamata fase oscura (perché può avvenire indifferentemente in presenza o in assenza di luce solare, ma non può avvenire in assenza dei prodotti della fase luminosa) o CICLO DI CALVIN dal nome dello scienziato che primo ha identificato il suo funzionamento.

fase luminosa

Nella fase luminosa l'energia della radiazioni solari viene convertita in energia chimica, immagazzinata in molecole di ATP e NADPH che saranno utilizzate nella seconda fase. Durante questa fase si ha anche la produzione di ossigeno come prodotto secondario. In particolare, in questa fase le radiazioni della luce solare vengono utilizzate per scomporre le molecole di acqua assorbita dal terreno, sintetizzando ATP (adenosina trifosfato) e NADPH (nicotinammide adenina dinucleotide fosfato). Le molecole di acqua cioè vengono scomposte, gli atomi di idrogeno vengono rimossi e l'ossigeno rimane libero. L'energia della luce del Sole spinge gli elettroni ricavati dall'acqua verso uno stato energetico superiore. Al termine della fase luminosa l'energia solare è quindi convertita in 2 forme diverse: l'ATP e il trasportatore NADPH, contenente elettroni eccitati. Nel suo complesso la fase luminosa serve a catturare l'energia.

FASE OSCURA

Nella fase oscura o CICLO DI CALVIN l'energia accumulata nella fase luminosa viene utilizzata per alimentare un ciclo di reazioni in cui il diossido di carbonio prelevato dall'atmosfera si combina con altri composti e genera uno zucchero ad alta energia, il GLUCOSIO. Questa fase inizia con la cosiddetta "fissazione del carbonio", in cui il carbonio presente nel gas CO2 viene incorporato in una molecola organica. La reazione avviene quando il diossido di carbonio assorbito dalle foglie della pianta si lega a uno zucchero a basso contenuto energetico, già presente nei tessuti della pianta: il RIBULOSIO DIFOSFATO o RuDP, con 5 atomi di carbonio. Per ogni molecola di RuDP e di CO2 si genera un composto instabile a 6 atomi di carbonio che subito si scinde in 2 molecole di ACIDO 3-FOSFOGLICERICO, ciascuno con 3 atomi di carbonio. Il ciclo di Calvin è anche chiamato ciclo C3 proprio perché il suo primo prodotto è un composto a 3 atomi di carbonio. Le reazioni successive costituiscono i passaggi "energizzanti" del ciclo, in cui le molecole di acido 3-fosfoglicerico e i suoi derivati vengono in contatto con i prodotti della fase luminosa, interagendo con l'ATP e successivamente acquistando gli elettroni del NADPH ricchi di energia. In questo modo, uno zucchero relativamente povero di energia aumenta il suo contenuto energetico e si trasforma in sostanza nutritiva. Lo zucchero così ottenuto, la gliceraldeide-3-fosfato, è il prodotto principale della fotosintesi. Ogni ciclo di Calvin ne produce una molecola. Nella parte restante del ciclo di Calvin, una serie di reazioni produce altro RuDP, con cui avrà inizio un nuovo giro del ciclo. Adesso il prodotto finale della fotosintesi è pronto per essere utilizzato.

La respirazione cellulare avviene sia nelle cellule animali che in quelle vegetali. Quindi è eseguita da tutti gli organismi viventi. E' un processo chimico e avviene nei mitocondri. Nelle cellule vegetali con la respirazione cellulare le sostanze prodotte dalla fotosintesi, glucosio e ossigeno, vengono trasformate in sostanze più semplici, acqua e anidride carbonica e, poi, viene liberata energia. Con la respirazione cellulare, infatti, le cellule demoliscono gli zuccheri, facendoli combinare con l'ossigeno estratto dall'aria, così da liberare energia per le funzioni vitali. I prodotti di scarto della respirazione sono le stesse sostanze inorganiche (acqua e anidride carbonica) che le piante usano per costruire, grazie all'energia luminosa del Sole, il glucosio con la fotosintesi clorofilliana. Quindi si può dire che la respirazione cellulare è il processo inverso della fotosintesi clorofilliana nelle piante. Il motivo per il quale i vegetali effettuano questo ciclo del carbonio è che in questa maniera riescono ad immagazzinare l'energia della luce solare così da avere a disposizione tale energia anche quando è buio. Con la fotosintesi l'energia della luce, viene intrappolata, dentro le cellule delle foglie, nei legami chimici tra gli atomi che costituiscono il glucosio. Questa scorta di energia chimica viene poi distribuita a tutto l'organismo. Nelle cellule animali gli zuccheri da cui produrre energia derivano dagli alimenti ed in particolare dai vegetali.

RESPIRAZIONE CELLULAREintroduzione

RESPIRAZIONE CELLULARE: PROCESSO CHIMICO

Vediamo adesso più da vicino questo processo chimico! E' una reazione chimica che brucia=ossida il glucosio che è un composto organico diffuso in natura (sotto forma di polimeri o libero) e si divide in due fasi la glicolisi, che è un processo metabolico in cui la molecola viene spartita in due di piruvato, mentre la seconda fase è la respirazione cellulare, che è un processo di combustione che riduce le sostanze semplici in altre più semplici. Il glucosio poi produce energia che viene immagazzinata nelle molecole di ATP (adenosina trifosfato)La respirazione cellulare è il processo che permette di sfruttare il contenuto energetico delle molecole utilizzate nel metabolismo. La respirazione permette, infatti, di ossidare il piruvato proveniente dai processi di glicolisi, sfruttando così al massimo il contenuto energetico iniziale del glucosio, zucchero esoso intorno al quale ruota il metabolismo centrale della maggior parte degli esseri viventi. Negli eucarioti gli enzimi che intervengono in queste reazioni si trovano nei mitocondri, dove avviene il ciclo di Krebs, o ciclo dei TCA (acidi tricarbossilici) e ciclo dell'acido citrico. Il ciclo è costituito da 8 passaggi. Ma prima di inserirsi in questa via, il piruvato deve essere trasportato attraverso la doppia membrana del mitocondrio. I vari passaggi di ossidazione, catalizzati dalle deidrogenasi, producono cofattori ridotti: 3 NADH e 1 FADH2 per ogni piruvato utilizzato, il doppio per ogni glucosio, dato che la glicolisi permette di ottenere 2 molecole di piruvato per ogni glucosio. Gli altri prodotti ottenuti sono 2 CO2 (che diffonde dalle membrane) e 1 GTP dal quale indirettamente si ottiene 1 ATP. Il ciclo di Krebs è costituito da 8 reazioni catalizzate da enzimi, i cui intermedi sono spesso substrato di altre vie metaboliche: per questo motivo è necessario che la cellula li sostituisca mediante reazioni di "riempimento" chiamate reazioni anaplerotiche. Visto che non risulta conveniente coinvolgere così tanti enzimi per guadagnare solo 1 ATP, la cellula sfrutta i cofattori ridotti accumulati nella glicolisi e nel ciclo di Krebs per produrre altro ATP. C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 36 (o 38) ATP

https://wordwall.net/it/resource/6829040/fotosintesi-e-respirazione-cellulareGIOCO RIASSUNTIVO SULLA FOTOSINTESI E SULLA RESPIRAZIONE CELLULARE

CELLULA VEGETALE

Le cellule vegetali rispetto a quelle animali hanno degli elementi in più: una spessa parete cellulare, degli organuli chiamati cloroplasti e i vacuoli. Come quelle animali, le cellule delle piante sono eucariotiche, cioè dotate di un nucleo centrale in cui è conservato il DNA. La parete cellulare è un rivestimento che avvolge, protegge e dà una forma ben definita alla cellula. E' formata da cellulosa, sostanza che conferisce robustezza alla cellula e le permette di mantenere la sua forma anche quando è sottoposta a forti sollecitazioni esterne. I cloroplasti sono organuli di forma ovoidale che presentano una membrana di rivestimento a doppio strato e diversi granuli interni, formati dalla sovrapposizione di una rete di membrane chiamate TILACOIDI. All'interno dei TILACOIDI è contenuta la clorofilla utilizzata per la fotosintesi clorofilliana. I vacuoli sono delle vescicole (cavità endocellulari, avvolti da una membrana, detta tonoplasto) piene di acqua e varie sostanze che spingono il citoplasma contro la parete cellulare dando sostegno alla cellula e quindi alla pianta (turgore cellulare). Sono, inoltre, implicati nel controllo del passaggio di molecole dalla linfa al citosol (soluzione di sali minerali, molecole organiche e macromolecole), nel mantenimento del pH ottimale del citosol, e svolgono funzioni di riserva di varie sostanze.

CELLULA ANIMALE

La cellula ​animale ​è la più piccola componente dell’organismo animale a possedere tutte le caratteristiche della vita. Essa ne rappresenta l’unità strutturale e funzionale. Le dimensioni di una cellula animale variano dai 10 ai 30 micron, mentre quelle vegetali possono arrivare fino ai 100 micron. Generalmente, quindi, la cellula vegetale risulta essere più grande di quella animale. Questa situazione è dovuta alla presenza nella cellula vegetale dei vacuoli. ​

https://wordwall.net/it/resource/6828388/scienza/quiz-cellula-animale-e-vegetale GIOCO (QUIZ) CELLULA ANIMALE E VEGETALE

Da quanto abbiamo visto fino a ora protagonista sia della fotosintesi che della respirazione cellulare è il carbonio. Non ci resta ora che vederlo da vicino!

l'atomo delcarbonio

In natura esiste un solo elemento che può formare molecole di centinaia, migliaia o addirittura milioni di atomi: è l’atomo del carbonio.

Gli atomi del carbonio, infatti, hanno la capacità di legarsi fra loro formando lunghe catene alle quali possono unirsi atomi di altri elementi. Unendosi fra loro e legandosi ad altri elementi, come l’idrogeno, l’ossigeno e l'azoto gli atomi di carbonio formano le molecole organiche, biologiche e non; ha, quindi, un ruolo importante nella vita degli organismi viventi ed è alla base della chimica organica. Per questo motivo si dice che il carbonio fa da ossatura a ogni molecola biologica oppure che è l’elemento chiave per la vita. Il carbonio è un elemento appartenente al secondo periodo e al quarto gruppo della tavola periodica ed ha come simbolo chimico “C”, numero atomico “6 ” e peso atomico 12,01115. Possiede 6 elettroni, 2 disposti sul primo guscio elettronico e 4 sul secondo. Avendo 4 elettroni negli orbitali più esterni, abbastanza vicini al nucleo l’atomo di carbonio non tende a perdere o ricevere elettroni formando legami ionici (sono legami chimici che si stabiliscono quando un atomo cede uno o più elettroni a un altro atomo formando così ioni di carica opposta), ma piuttosto a formare legami di tipo covalente (legame chimico nel quale gli atomi che si uniscono condividono una o più coppie di elettroni).

Il carbonio esiste in natura in tre forme caratterizzate da diversa struttura cristallina: il diamante, la grafite e il carbonio amorfo. I diamanti sono enormi cristalli di carbonio puro. La loro struttura è molto solida e compatta perché ogni atomo è legato ad altri 4 con un legame covalente. Il diamante, infatti, è il materiale più duro che si trova in natura. La grafite è un solido fragile e friabile, tanto che si può usare per scrivere: la mina di una matita infatti non è altro che un bastoncino di grafite. Nella grafite, gli atomi di carbonio sono uniti fra loro in modo da formare degli strati, che possono scivolare l’uno sull’altro rendendo fragile la sua struttura. Gli atomi, infatti, sono disposti in modo da formare degli esagoni affiancati su piani orizzontali. Il carbonio amorfo è caratterizzato da un basso grado di cristallinità. Il diamante, la grafite e il carbonio amorfo sono caratterizzati da diverse strutture cristalline e da proprietà fisiche diverse ma hanno tutti punti di fusione estremamente alti e, a temperatura ambiente sono insolubili in tutti i solventi. Torniamo adesso a parlare del carbonio come elemento che fa da ossatura a ogni molecola biologica. Attraverso la fotosintesi il carbonio presente in atmosfera come anidride carbonica, viene fissato in composti organici come carboidrati, grassi, proteine e altre molecole biologiche o biomolecole. Attraverso la respirazione da parte degli esseri viventi (animali e vegetali) una quota di questo carbonio incamerato viene reimmesso in atmosfera o nelle acque (se gli organismi vivono in acqua). Una parte del carbonio immagazzinato nei tessuti degli organismi vegetali passa agli animali che se ne cibano. Ulteriori processi propri degli animali erbivori degraderanno i composti del carbonio per riutilizzare questa preziosa risorsa come energia.

Anche dalla respirazione degli erbivori un’altra quota di carbonio, combinato sempre in CO2, verrà reintrodotta nell’atmosfera. Gli stessi erbivori saranno cibo per altri animali e una quota di carbonio ( quella organicata nei tessuti) passerà a nuovi organismi. Miliardi di tonnellate è la quantità di carbonio che resta imprigionata nei tessuti e nelle secrezioni di animali e vegetali una volta morti. Questa enorme quantità di materia organica è una delle principali fonti di cibo per gli organismi decompositori che vivono nel suolo o nei mari. Piccoli invertebrati batteri e funghi con la loro azione liberano gli elementi che costituiscono la materia vivente, permettendo quindi al carbonio di essere nuovamente liberato nell’atmosfera e nelle acque, e quindi tornare a disposizione delle piante.

https://wordwall.net/it/resource/6916125GIOCO SULL'ATOMO DI CARBONIO

https://wordwall.net/it/resource/6917319GIOCO SUL PASSAGGIO DEL CARBONIO DALL'AMBIENTE FISICO AGLI ESSERI VIVENTI

CARBONIO & tavola periodica

Il carbonio come abbiamo visto, è un elemento chimico di cui alla tavola periodica degli elementi. Il primo tentativo di classificare gli elementi chimici nel senso di elaborazione di uno schema basato su un sistema di classificazione scientifico lo si attribuisce al chimico russo DIMITRIJ MENDELEEV. Nel 1870, infatti, Mendeleev propose un sistema di classificazione degli elementi chimici fino ad allora conosciuti ordinato in base al loro peso atomico perché era stato accertato che gli atomi dei diversi elementi chimici hanno una massa diversa fra loro. Il sistema di Mendeleev si strutturava su colonne e righe. Gli elementi erano ordinati dal più leggero al più pesante. Il sistema di classificazione proposto da Mendeleev costituì una grande novità sia perché gli elementi erano ordinati secondo il loro peso atomico sia perché il chimico russo capì che esistevano altri elementi chimici ancora da scoprire, tanto che lasciò degli spazi vuoti per loro nel suo sistema di classificazione. Negli anni successivi vennero scoperti gli elementi chimici per i quali Mendeleev aveva lasciato gli spazi vuoti nonché il concetto di NUMERO ATOMICO (primi anni del novecento). Gli studiosi, quindi, ripresero la struttura del modello di classificazione degli elementi proposto da Mendeleev, ma alla luce delle nuove scoperte posero il concetto di numero atomico dell’atomo (Z) alla base della tavola periodica. L’attuale tavola periodica classifica gli elementi chimici cioè ordinandoli in base al numero atomico che è il numero dei protoni presente nel nucleo di ciascun elemento. Il numero atomico è poi anche uguale al numero di elettroni che orbitano intorno al nucleo. La tavola periodica oggi usata è poi strutturata, come quella di Mendeleev, in colonne e in righe. In ciascuna colonna, chiamata gruppo vi sono ordinati gli elementi chimici chimicamente simili fra loro (ovvero hanno in comune il fatto che tutti possiedono lo stesso numero di elettroni nel guscio esterno) e in ciascuna riga, detta periodo, ci sono gli elementi che presentano sempre la stessa sequenza di proprietà chimiche (ovvero la tendenza degli elementi a reagire con altri elementi, combinandosi tra loro). Si legge da sinistra a destra. La periodicità della tabella degli elementi sta nel fatto che spostandosi da sinistra a destra in ciascuna riga ci sono elementi chimici che hanno la stessa sequenza di proprietà chimiche, cioè si comportano in modo simile.

https://wordwall.net/it/resource/6913717GIOCO SULLA TAVOLA PERIODICA

https://www.bookwidgets.com/play-links/5984811750522880 GIOCO MEMORY RIASSUNTIVO SUL CARBONIO, TAVOLA PERIODICA E LIBRO DI PRIMO LEVI

GIOCO RIASSUNTIVO

https://www.bookwidgets.com/play/VBMFNV6 GIOCO "MEMORY" RIASSUNTIVO

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