Bioelementi e biomolecole inorganiche

Spiega la differenza tra bioelementi primari, secondari e oligoelementi, e fai un esempio concreto per ciascuno dei tre gruppi.

Osserva il grafico a barre dell'abbondanza dei principali bioelementi nella materia vivente. Indica a quale gruppo di bioelementi appartengono i quattro elementi più abbondanti, quale percentuale della materia vivente rappresentano approssimativamente nel complesso e perché sono considerati indispensabili per formare le biomolecole.

Puoi farlo su carta e inviare una foto con la tua risposta.

Si analizza in laboratorio la composizione elementare (% in massa secca) di due campioni sconosciuti:

• Campione 1: Ossigeno 62,4 %, Carbonio 19,8 %, Idrogeno 9,5 %, Azoto 3,1 %, Calcio 1,4 %, Ferro 0,005 %, Zinco 0,003 %.

• Campione 2: Ossigeno 46,6 %, Silicio 27,7 %, Alluminio 8,1 %, Ferro 5,0 %, Calcio 3,6 %, Carbonio 0,03 %.

1. a) Deduci in modo motivato quale dei campioni proviene da materia vivente e quale dalla crosta terrestre, giustificando la tua scelta a partire dalle proprietà fisico-chimiche del carbonio che lo rendono più idoneo del silicio a costituire le biomolecole.
2. b) A partire dai dati del campione biologico, classifica i suoi elementi in primari, secondari e oligoelementi in base alla loro abbondanza relativa.
3. c) Giustifica perché un oligoelemento come lo zinco è tanto indispensabile per il mantenimento della vita cellulare quanto il carbonio, nonostante si trovi in una proporzione migliaia di volte inferiore.

Indica due funzioni dell'acqua negli esseri viventi che siano conseguenza diretta della sua polarità e spiega brevemente ciascuna di esse.

A differenza di quasi tutti i liquidi, la cui densità aumenta in modo continuo man mano che si raffreddano fino a solidificare, l'acqua raggiunge la sua densità massima a 4 °C (1,000 g/cm³) e diminuisce a 0,917 g/cm³ al congelamento a 0 °C.

1. a) Spiega la causa molecolare di questa anomalia termica dell'acqua, descrivendo come si riorganizzano i legami a idrogeno nel passaggio da acqua liquida a ghiaccio.
2. b) Immagina uno scenario ipotetico in cui l'acqua non presentasse questa anomalia e il ghiaccio fosse più denso dell'acqua liquida. Prevedi in modo motivato l'evoluzione termica e fisica che subirebbe un lago di montagna profondo 20 m durante un inverno con temperature di -10 °C, e giustifica come influirebbe sulla sopravvivenza degli organismi acquatici bentonici e nectonici.

Metti in relazione l'elevata capacità termica dell'acqua con la termoregolazione degli organismi e fai un esempio che mostri tale funzione in un essere vivente concreto.

Una cellula accumula ioni $\text{K}^+$ al suo interno e mantiene ioni $\text{Na}^+$ all'esterno. Spiega in che forma si trovano questi sali minerali nel mezzo cellulare (disciolti o precipitati) e indica due funzioni che possono svolgere.

Lo scheletro umano contiene sali di calcio in forma precipitata. Indica un sale minerale concreto che lo costituisce e spiega quale vantaggio comporta il fatto che sia precipitato invece che disciolto.

In una coltura idroponica sperimentale si studia l'effetto della carenza di bioelementi in piantine di pomodoro. Il lotto 1 cresce in un mezzo privo di azoto e il lotto 2 in un mezzo privo di ferro. Dopo due settimane, entrambi i lotti presentano clorosi grave e arresto della crescita. Uno studente afferma che le conseguenze nel lotto 2 dovrebbero essere trascurabili rispetto al lotto 1, sostenendo che l'azoto rappresenta circa il 3 % della massa secca della pianta (bioelemento primario), mentre il ferro costituisce meno dello 0,01 % (oligoelemento).

1. a) Confuta l'argomento dello studente spiegando la differenza fondamentale tra il ruolo biologico dei bioelementi primari e quello degli oligoelementi.
2. b) Giustifica a livello biochimico perché la carenza di una quantità così minuscola di ferro blocca la sintesi della clorofilla e la fotosintesi con una gravità paragonabile alla mancanza di azoto.