Glossario

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Acidi grassi: lunghe catene di atomi di carbonio e idrogeno legati tra loro da le­gami covalenti, terminanti a una estremità con un gruppo carbossile –COOH e all’altra con un gruppo metile –CH₃.

Acidi nucleici: macromolecole costruite come una lunga catena (filamento) di monomeri, i nucleotidi. Il DNA e l’RNA sono acidi nucleici. Nella riproduzione degli esseri viventi essi trasmettono le informazioni necessarie per costruire un nuovo individuo.

Acqua: molecola essenziale per l’esistenza della vita, costituita da due atomi di idrogeno e da uno di ossigeno (H₂O). Essendo una molecola polare, l’ac­qua for­­ma facilmente legami a idrogeno con altre molecole polari, capacità da cui di­scendono le proprietà dell’acqua che sostentano la vita. Le molecole dell’acqua si raccolgono intorno agli ioni e alle altre molecole polari (solvatazione) e tendono a legarsi con esse. Le sostanze di queste molecole che si trovano nella trama dei legami a idrogeno dell’acqua sono quindi solubili in essa (molecole idrofile).

Adenina:una delle basi azotate, fa parte delle purine ed è indicata con A e con formula C₅H₅N₅. Si trova sia nel DNA sia nell’RNA e si accoppia con la timina. Può formare legami con l’uracile.

Amminoacidi:molecole composte da un gruppo amminico (–NH2) e un grup­po carbossilico (–COOH) separati da un atomo di carbonio; sono tutte rag­gruppabili secondo la formula NH₂–C^αHR–COOH. C^α sta a indicare car­bonio alfa, asimmetrico, ovvero un carbonio i cui 4 elettroni di legame sono tutti legati ad atomi o gruppi di atomi diversi l’uno dall’altro. La sua presenza comporta la pos­sibilità per la molecola di presentarsi come immagine speculare e di formare quindi (stereo) isomeri D e L. Nella formula invece il sim­bolo R rappresenta la catena laterale o gruppo R: questa è la porzione di molecola che rende carat­teristico ogni amminoacido e può essere polare, non polare, acida o basica. La prolina si differenzia dagli altri amminoacidi perché uno dei due atomi di idrogeno legati all’azoto nel grup­po amminico è sostituito da un legame con una catena (CH₂)₃ che si chiude ad anello sul CH. In tutte le proteine dei viventi, appartengano esse a un virus o a un essere umano, si trovano gli stessi 20 amminoacidi (vedi Tabella 2.2 nel ibro). La maggior parte delle proteine è costituita da almeno 100 amminoacidi, ma si può giungere fino a 20 000 nelle proteine più grandi. Questi amminoacidi si designano con un codice di tre lettere oppure di una lettera, come indicato nella stessa Tabella: per esempio l’amminoacido alanina si indica con Ala o A, lisina con Lys o K, arginina con Arg o R, istidina con His o H ecc.

      Nella sintesi delle proteine ogni amminoacido viene unito a un altro mediante legame peptidico, cioè un legame tra il gruppo carbossile di uno e quello am­minico dell’altro con l’eliminazione di una molecola d’acqua, formando così un polimero lungo, continuo e lineare, ovvero una catena polipeptidica.

Basi azotate: sono molecole con un’ossatura carboniosa a forma ciclica presenti negli acidi nucleici in due tipi: le purine, costituite da due anelli di car­bonio, e le pirimidine, composte invece da un solo anello di carbonio. Le ba­si puri­ni­che sono l’adenina (A) e la guanina (G), quelle pirimidiniche sono la timina (T), la citosina (C)e l’uracile (U), che si trova solo nell’RNA al posto della ti­mina.

Batteri:piccoli organismi procarioti che si riproducono per divisione cellulare (mi­tosi) e sono generalmente dotati di membrana. La loro forma può es­sere sfe­rica, a bastoncino o a spirale.

Carboidrati: gruppo di sostanze, dette anche glicidi o saccaridi, che comprende gli zuccheri semplici e tutte le molecole più grandi costituite da sub-unità di zuccheri. Le funzioni dei carboi­drati sono principalmente quelle di immagazzinare energia chimica e di produrre materiali durevoli per le costruzioni biologiche, per esempio cellulosa o cartilagine.

Carbonio:l’elemento su cui si basa la vita sulla Terra. Il suo ruolo fondamentale può essere spiegato considerando la sua struttura atomica e quindi la na­tura dei suoi legami chimici. Infatti un atomo di carbonio ha 4 elettroni non appaiati nel guscio più esterno e può formare quindi fino a quattro legami covalenti sem­plici, il tipo di legame più stabile, con altrettanti atomi di carbonio o di altri e­lementi. Da ciò deriva la sua capacità di formare lunghe catene oppure strutture ramificate o ancora anelli, in pratica quindi tutta la grande varietà di molecole biologiche più o meno complesse.

Cellula:la più piccola unità biologica capace di replicarsi, rappresentata da una sostanza chiamata citoplasma racchiusa da una membrana. Tutti gli organismi sono costituiti da una cellula (organismi unicellulari) o da più cellule (or­ganismi plu­ricellulari). Le cellule possono cooperare come parti di un tessuto o di un organo o vivere e riprodursi separatamente come singoli individui vi­venti. Le cel­­lule cap­tano sostanze nutritive, le digeriscono ed eliminano i prodotti di ri­­fiu­to; man­tengono un particolare contenuto di acqua e di sali; sono capaci di ac­crescimento, riproduzione e movimento; rispondono alla sti­mo­la­zione esterna; spen­dono energia per svolgere le loro attività; ereditano un pro­gramma genetico dalle cellule genitrici e lo trasmettono alle cellule figlie; infine muoiono. Si presentano in un’ampia varietà di forme e dimensioni: dalle cellule ner­vose enormemente lunghe ai minuscoli batteri. Si possono dividere in due ti­pologie fondamentali, in base alle strutture interne che contengono: cellule pro­carioti ed euca­rioti. Le cellule pro­carioti (dal greco pro, “prima di” e kàryon, “nucleo”) sono il tipo più semplice, non hanno un nucleo vero e proprio, ma solo una regione interna non delimitata da una membrana, dove si trova il materiale genetico. Esse sono praticamente prive di organelli e capaci di attività molto meno complesse rispetto alle cellule eucarioti. I batteri sono pro­carioti. Per questo si pensa che i procarioti rappresentino uno stadio iniziale dell’evoluzione della vita prima che comparissero gli organismi eucarioti. Le cellule eucarioti invece all’interno della membrana possiedono un nucleo, un organello che contiene il materiale genetico e altre strutture ben sviluppate. Possiedono anche mitocondri, organelli dotati di un proprio DNA responsabili dell’ossidazione di sostanze energetiche. Po­trebbero essere batteri primitivi, inglobati dalle cel­lule eucarioti per produrre energia.

Cere: hanno una struttura molto simile a quella dei grassi ma contengono un numero molto maggiore di acidi grassi legati a uno scheletro a catena più lunga. Le cere sono il principale componente della cuticola, quel rive­sti­mento impermeabile delle foglie e del fusto della maggior parte delle pian­te, che impedisce loro di perdere una quantità eccessiva d’acqua e quin­di di disidratarsi. Sono state dunque indispensabili alla vita vegetale per pas­sare da un ambiente strettamente acquatico a quello terrestre. So­no inoltre presenti nella secrezione con cui gli uccelli si spalmano le penne per renderle impermeabili.

Citoplasma vedi cellula.

Citosina: una delle basi azotate, è una pirimidina indicata con C e con for­mula C₄H₅N₃O. Si trova sia nel DNA sia nell’RNA e si accoppia con la guanina.

Conduzione: la propagazione di energia o il passaggio di particelle da un punto all’altro di un corpo, senza che la struttura di esso sia alterata. Esempi: con­du­zione termica in un corpo denso, in cui il calore fluisce all’interno di esso.

Conservazione dell’energia: Si tratta di un principio della Fisica che afferma che l’energia può venire trasformata da una forma a un’altra, ma non viene creata né distrutta e perciò l’energia totale di un sistema fisico resta invariata nel tempo. Un sistema fisico collegato a un altro può perdere energia per attrito, irraggiamento o altri meccanismi di trasporto. Un sistema fisico isolato invece conserva sempre la sua energia totale.

Convezione: la propagazione di energia termica in un fluido, in cui parti di esso si dilatano per effetto del riscaldamento e si spostano, facendo muovere le parti più fredde. In una pentola che sta per bollire o nell’atmosfera, la convezione è rappresentata dai movimenti verso l’alto dell’acqua o dell’aria che viene riscaldata dal basso e da quelli verso il basso delle zone più fredde, in un ciclo continuo detto ciclo convettivo.

Cromosomi: strutture della cellula che contengono il DNA cellulare con una precisa sequenza dei geni e che sono in grado di auto-replicarsi. Nei pro­carioti il DNA dei cromosomi ha una struttura circolare e contiene in un solo cromosoma l’intero genoma. Negli eucarioti il genoma possiede un certo numero di cromosomi. Il loro DNA è associato con diversi tipi di proteine.

Difetto di massa: all’interno del nucleo, i nucleoni (protoni e neutroni) sono portatori di intense forze attrattive, le forze nucleari o interazioni forti. Esse tengono insieme il nucleo, producendo energia potenziale negativa (di legame). Per la relazione massa-energia, aggiungere energia negativa a un gruppo di particelle è equivalente ad abbassare la loro massa totale. Que­sto fenomeno è detto difetto di massa. La massa delle particelle che sono legate da una forza attrattiva, per esempio in un nucleo atomico, è minore della somma delle masse delle singole particelle. Questo è facile da verificare esaminando una tabella periodica degli elementi in un testo di chimica: il peso atomico dell’idrogeno è 1,008 mentre quello del­l’ossigeno, che ha 16 particelle con massa equivalente all’idrogeno, è solo 15,999. Il rapporto delle masse è quindi 15,87, inferiore a 16. Dov’è andato a finire il peso mancante? Esso corrisponde all’energia di legame dell’atomo di ossigeno, che essendo negativa (forza attrattiva) genera un difetto di massa. Fer­miamoci a pensare come sia essenziale questa proprietà all’architettura di tutto l’Universo. Se non ci fosse il difetto di massa, non ci sarebbe per una particella nessuna differenza tra lo stare legata a un atomo oppure vagare solitaria nello spazio. In questo caso la materia formerebbe spontaneamente atomi e mo­lecole che altrettanto spontaneamente si disintegrerebbero e non sarebbe possibile for­mare elementi chimici stabili. Su grande scala non vi sa­rebbero pianeti né vita e noi non saremmo qui a descrivere il fenomeno né voi a leggerlo… il difetto di massa tiene insieme l’Universo. Nel caso di un atomo con numero di massa A, il difetto di massa sarà ripartito sulle particelle presenti. Nella tabella periodica degli elementi, il difetto di massa per particella nucleare cresce fino ad ar­rivare a nuclei con A = 56, che corrisponde all’isotopo stabile del ferro più abbondante in natura; in seguito inizia a decrescere. Tutte le volte che un nucleo atomico con energia di legame minore si trasforma in un altro nucleo con energia di legame mag­giore, per fusione o fissione nucleare, il processo rilascia energia. Al contrario, per trasformare un nucleo atomico con energia di legame maggiore in un altro con energia di legame minore, occorre fornire energia. Questo avviene sia quando si va da numeri di massa minori verso numeri maggiori, per A < 56, sia viceversa per A > 56.

DNA: acido desossiribonucleico (acronimo di Deoxyribo-Nucleic Acid), ma­cro­mo­le­cola costituita da due lunghe catene (filamenti) avvolte in una doppia elica. Essa trasmette le informazioni del codice genetico ed è composta da quattro nu­cleo­tidi legati tra loro che contengono le basi azotate: adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T). In natura, le basi azotate si accoppiano soltanto fra A e T e fra G e C; così la sequenza di basi di ogni singolo filamento può es­sere dedotta da quella del filamento ad esso associato.

Elemento chimico: un atomo che possiede un determinato numero di protoni. Per esempio, l’idrogeno ne ha 1 e il carbonio 6. Il numero di neutroni può essere diverso dal numero di protoni, indicando un isotopo. In generale, un atomo viene indicato con un simbolo Z^A, dove Z è il numero di protoni (numero atomico) e viene rappresentato dal simbolo chimico dell’atomo, e A è il peso atomico, ottenuto sommando il numero di protoni e neutroni. Un atomo con 6 protoni e 6 neutroni è il Carbonio 12, indicato da C¹², mentre se ci sono 7 neutroni è il C¹³.

Enzimi:proteine che fungono da catalizzatori, accelerando la velocità delle reazioni biochimiche senza modificarne la natura.

Eucarioti vedi Cellula.

Fissione nucleare:il fenomeno di instabilità per cui un nucleo si spezza in nuclei più piccoli. Poiché i protoni presenti nel nucleo tendono a respingersi, essendo tutti portatori di cariche dello stesso segno, in nuclei con molti protoni come l’uranio la repulsione elettrica diventa importante, aggiungendo un’energia di segno positivo (repulsiva). Questa energia re­pulsiva abbassa l’energia di legame creando instabilità e favorendo la fissione spontanea dell’atomo. A causa di questa proprietà, atomi con numero atomico molto elevato non hanno isotopi sta­bili. La fissione può essere provocata anche da un’azione esterna, per esempio un bombardamento di particelle nucleari.

Fosfolipidi: in queste molecole due dei gruppi ossidrile –OH del glicerolo sono legati ad acidi grassi, mentre il terzo è legato all’acido fosforico. A sua volta il fosfato è legato a un gruppo polare. L’estremità del fosfolipide che contiene il fosfato e il gruppo polare è idrofila, mentre l’estremità opposta con le code di acidi grassi è idrofoba. Se ne ricava che i fosfolipidi, se si vengono a trovare su una superficie acquosa, si spandono formando un monostrato molecolare, dove le regioni di testa si mantengono in contatto con l’acqua e le code di acidi grassi si orientano verso l’aria. Due di tali pel­­licole tendono a combinarsi coda contro coda formando un doppio strato lipidico. La funzione più importante dei fosfolipidi consiste proprio nella costruzione della membrana plasmatica o plasmalemma, ovvero quei sottili foglietti più o meno impermeabili che avvolgono e delimitano ogni singola cellula animale e vegetale; le membrane pla­sma­tiche inoltre delimitano e/o formano numerosi organelli al suo interno.

Fotone: la luce e tutta la radiazione elettromagnetica possono essere rappresentate in diversi fenomeni da una particella, detta fotone. Ogni massimo di intensità della luce corrisponde in questa ipotesi al passaggio di un fotone e la frequenza indica quanti fotoni passano ogni secondo per un punto nello spazio. Il fotone rappresenta la minima quantità di energia trasportata dalla radiazione elettromagnetica.

Frequenza di un’onda: indicata con n è l’inverso del periodo con cui un’onda si ripete e si misura in s^–1 o in Hertz (Hz). Un’onda che raggiunge il mas­simo 1000 volte al secondo (1000 Hz), se lo fa un milione di volte al secondo è di 1 MHz (Megahertz).

Fusione nucleare: il processo in cui particelle atomiche o nuclei atomici si uniscono a formare un nuovo atomo. Per una delle leggi fondamentali della Fisica, la conservazione dell’energia, se due nuclei si uniscono a formare un nucleo di massa maggiore, l’energia corrispondente al difetto di massa viene trasforma­ta in fotoni di pari energia che sfuggono dal nuovo nucleo, in modo che l’energia finale sia uguale a quella iniziale. La fusione nucleare genera quindi energia elet­tromagnetica, principalmente raggi γ (gamma), ma può anche produrre altre particelle che sfuggono dall’atomo generando un decadimento radioattivo. Una vol­­ta che quest’energia è sfuggita, per spezzare l’atomo occorre rifornirlo del suo difetto di massa. Così in genere gli atomi tendono a essere stabili, a meno che non giun­ga altra energia dall’esterno a scinderli. La fusione nucleare che produca nuclei con numero atomico maggiore del ferro (Z = 56) non può ge­nerare elementi stabili, ma necessita di energia, che viene assorbita dall’esterno.

Gene: acronimo per organismo geneticamente-costruito (genetically-engi­neered). È una sequenza particolare di nucleotidi in una particolare posizione di un cromosoma, che produce una sua funzione specifica, quale la produzione di una proteina o di un acido nucleico. Nella riproduzione, la funzione di un gene si trasmette alla discendenza. L’insieme del materiale genetico dei cromosomi è detto genoma.

Gradi Kelvin: unità di misura della temperatura, per un gas legata direttamente all’energia cinetica. La scala dei gradi Kelvin viene indicata con il simbolo K, senza il valore dei gradi (°) che si usa per la scala centigrada. Più elevata è l’energia cinetica delle particelle del gas, maggiore è la temperatura. Il valore di 0 K, detto lo zero assoluto,corrisponderebbe a particelle com­ple­tamente im­mobili nello spazio. La nostra scala di gradi Centigradi differisce da quella Kelvin per 273°. Il valore di 0 °C corrisponde a 273 K e in generale la conversione vale T (K) = T (°C) + 273.

Grassi: sono costituiti da tre acidi grassi legati a una molecola di glicerolo o glicerina (CH₂)₂CH(OH)₃, che si trova a un’estremità della macromolecola così costituita. I grassi si presentano allo stato sia solido sia liquido e in quest’ultimo caso sono detti olii. A differenza dei carboidrati, la cui funzione principale è quella di sorgente energetica rapidamente disponibile, le riserve di grasso vengono utilizzate per accumulare energia a lungo termine.

Guanina: una delle basi azotate, è una purina indicata con G e con formula C₅H₅N₅O. Si trova sia nel DNA sia nell’RNA e si accoppia con la citosina.

Ioni: atomi o molecole che hanno guadagnato o perso elettroni e perciò hanno una carica elettrica negativa o positiva. Si indicano nei due casi con un + o un – in apice, per esempio O^– oppure O⁺.

Irraggiamento: l’emissione di onde elettromagnetiche attraverso lo spazio.

Isotopi: nuclei dotati di un numero di neutroni che può essere maggiore, uguale o minore di quello dei protoni. Possono essere stabili oppure instabili, e trasformarsi in un altro isotopo se perdono neutroni o in un altro elemento se perdono protoni. Per esempio O¹⁶, O¹⁷ e O¹⁸ sono tutti isotopi stabili dell’ossigeno. Il più abbondante in assoluto (O¹⁶ con il 99,8%), è anche il più stabile. Invece O¹⁵, isotopo instabile dell’ossigeno con un neutrone in meno, si trasforma (decade) in N¹⁵ nel giro di 2 minuti circa. Il carbonio possiede due isotopi stabili, C¹² e C¹³.

Legame a idrogeno: un debole legame elettrostatico tra un atomo carico negativamente e uno di idrogeno che è legato a sua volta con un altro atomo carico negativamente.

Lipidi: gruppo molto eterogeneo di macromolecole organiche la cui proprietà co­mune è l’incapacità di sciogliersi in acqua, proprietà questa che spiega molte delle loro funzioni biologiche diverse. I lipidi comprendono quattro grandi grup­pi principali quali i grassi, i fosfolipidi, le cere e gli steroidi.

Lunghezza d’onda: distanza tra due massimi (o minimi) successivi di un’onda, in­dicata con λ. Nelle onde elettromagnetiche, è legata alla frequenza dalla relazione λ = c ν.

Macromolecole: composti chimici che formano la struttura delle forme di vita e ne svolgono le funzioni. Si tratta di molecole altamente organizzate. Molti di questi composti sono enormi, contenendo da centinaia a milioni di atomi di carbonio e sono detti macromolecole. Possiedono proprietà speciali che sono assenti nei loro “parenti” più piccoli; infatti in virtù delle loro dimensioni e delle forme complicate che possono assumere, sono in grado di svolgere compiti complessi con grande precisione ed efficienza. Le ma­cromolecole si costruiscono assemblando insieme piccole sub-unità molecolari, spesso in un processo lineare che somiglia all’ap­paiamento di carrozze ferroviarie a formare un treno. Questo processo è detto condensazione, ogni sub-unità monomero e la macromolecola che ne deriva polimero. Il processo inverso in cui il polimero viene smontato nei singoli monomeri da cui è costituito è detto idrolisi, poiché il legame che unisce due monomeri in una catena viene scisso dall’inserzione di una molecola d’acqua tra le due unità. Le macromolecole biologiche rientrano in 4 famiglie fondamentali di compo­sti organici: carboidrati, lipidi, proteine e acidi nucleici.

Meiosi: il processo in cui una singola cellula diploide (con cromosomi accoppiati) si trasforma in quattro cellule aploidi (con singoli cromosomi) dopo due successive mitosi. Negli organismi pluricellulari questo avviene solo nelle cellule sessuali (gameti) e mai nelle altre cellule (cellule somatiche). Per esempio, negli esseri umani i due gameti maschili e femminili, sper­ma­tozoo e ovulo, sono cellule aploidi con 23 cromosomi e si uniscono per formare una cellula diploide con 46 cromosomi.

Membrana: struttura costituita da un doppio strato di fosfolipidi che racchiude proteine, alcune delle quali fanno da ponte tra l’interno e l’esterno della cellula regolando l’ingresso e l’uscita di alcuni ioni.

Mitosi: il processo in cui il nucleo di una cellula eucariote si divide producendo da una cellula madre due cellule figlie geneticamente identiche tra loro. Vedi anche meiosi.

Molecola: un insieme di atomi legati chimicamente tra loro attraverso forze elettriche. In un legame all’interno di una molecola gli atomi mettono in comune degli elettroni. La formula di una molecola ha i simboli degli atomi legati tra loro. Per esempio, CO è l’ossido di carbonio (Carbonio+Ossigeno) e CO₂ è l’anidride carbonica (un atomo di carbonio e due di ossigeno). Il numero di atomi di un elemento X è espresso da un numero in pedice (X_n). Se un gruppo atomico si ripete, la sua formula si scrive includendo il gruppo in una parentesi con il pedice che indica quante volte il gruppo è presente. Per esempio, se il gruppo XY₂ è presente tre volte, si scrive (XY₂)₃. La molecola può essere neutra, cioè non avere carica elettrica perché le cariche negative e positive si bilanciano, oppure essere ionizzata, con carica negativa XY⁺ o positiva XY^–.

Molecola idrofila: molecola di una sostanza che assorbe, attrae o si dissolve nelle molecole d’acqua. La maggior parte delle sostanze biologicamente importanti, in particolare le molecole polari (come gli zuccheri e gli am­mi­noacidi), e gli io­ni, come il sale da cucina, è altamente solubile in acqua, più solubile che in qualsiasi altro solvente. Una goccia di pioggia, giunta al termine del­la sua caduta, contiene numerosi gas disciolti, principalmente azoto, ossigeno e anidride car­bonica.

Molecola idrofoba: molecola di una sostanza che repelle o non assorbe le mo­lecole d’acqua. Si tratta di molecole non polari che si legano tra loro iso­landosi dall’acqua e sono perciò insolubili.

Molecola polare: molecola che, pur essendo elettricamente neutra (il numero dei protoni eguaglia quello degli elettroni), mostra una distribuzione asim­metrica degli elettroni di legame che la rende elettricamente negativa da una parte e positiva dall’altra. Le molecole polari si sciolgono in acqua e so­no definite mo­lecole idrofile, quelle non polari sono dette molecole idrofobe.

Nucleosidi: composti formati da una base azotata legata a uno zucchero.

Nucleotidi: composti formati da una base azotata, da uno zucchero pentoso (il ri­bosio nell’RNA e il desossiribosio nel DNA) e da un gruppo trifosfato (tre ioni di fosfato legati insieme, ab­breviato come TP = tri-phosphate). Negli acidi nucleici le basi presenti sono ade­nina (A), guanina (G), citosina (C), timina (T) e ura­cile (U). Oltre a essi, e­sistono diversi tipi di nucleotidi che svolgono molte altre funzioni: trasportare energia come per esempio ATP (adenosin­trifosfato), partecipare alla formazione di coenzimi (o cofattori), fungere da molecole segnalatrici specifiche all’interno della cellula, come il cAMP (adenosinmonofosfato ciclico).

Numero atomico: numero di protoni presenti nei nuclei di un elemento chimico, che de­termina la specie chimica. Un nucleo con due protoni è di elio; uno con sei protoni è di carbonio ecc. Atomi con lo stesso numero atomico appartengono allo stesso elemento. Si indica con il simbolo chimico dell’elemento (H, C, O ecc.) o genericamente con Z.

Numero di massa: numero totale di particelle (protoni + neutroni), presenti nel nucleo di un elemento chimico. È simile al peso atomico . Per molti di es­si, soprattutto quelli con basso numero atomico Z, il numero dei neutroni è uguale a quello dei protoni e il numero di massa è il doppio del numero atomico. Questi elementi chimici sono generalmente i più stabili, cioè non decadono in altri elementi. Alcuni nuclei possono avere un numero di neutroni maggiore o minore rispetto a quello dei protoni; sono detti isotopi di quell’elemento. Il numero di massa si indica come apice al simbolo dell’elemento, per esempio O¹⁶, isotopo stabile dell’ossigeno con 8 protoni e 8 neutroni. In generale, un nucleo atomico può essere indicato con il simbolo Z^A, come descritto nella voce del glossario “elemento chimico“

Onde elettromagnetiche: variazioni nello spazio e nel tempo del campo e­lettrico e di quello magnetico che si propagano insieme e possono essere rappresentate sotto forma di un’onda, simile alle oscillazioni meccaniche di un fluido. Possiamo immaginarla come una pulsazione dotata di una certa intensità o ampiezza che si ripete a un preciso intervallo di tempo, detto periodo. La ve­locità dell’onda dipende dal mezzo in cui si propaga. Per le onde elettromagnetiche, nel vuoto essa è sempre pari alla costante c = 299 792,458 km/s detta ve­locità della luce ed è legata alla lunghezza d’onda e alla sua frequenza.

Organelli: strutture racchiuse da una membrana che si trovano nel citoplasma delle cellula e che svolgono funzioni specifiche. Per esempio, il nucleo cellulare e i mitocondri.

Parallasse annua: metà dell’angolo a cui appare una stella vista da due punti opposti dell’orbita terrestre, che è tanto più piccolo quanto più la stella è lontana dal Sole. Con il metodo della triangolazione, è possibile stabilire la distanza d di questa stella. L’unità basata sulla parallasse è il parsec.

Parsec: distanza a cui, con una base di triangolazione di 1 U.A., un oggetto ha una parallasse di 1”. Esso corrisponde a una distanza di circa 3 10¹³ km. La distanza in parsec è l’inverso della parallasse annua in secondi d’arco. Perciò una stella a 1 parsec ha una parallasse annua di 1”, un oggetto a 10 pc una parallasse di 0,1” e così via, fino a giungere a stelle con parallasse di un millesimo di secondo d’arco (mas), a distanze di 1000 pc. Per oggetti molto distanti, la misura delle distanze non avviene per triangolazione, ma con altri metodi; la loro distanza continua a essere misurata in parsec e suoi multipli. Se Proxima Centauri è a 1 pc, il centro della Via Lattea è a circa 10 kpc (chiloparsec) e la grande Galassia di Andromeda, M31, è a 1 Mpc (Megaparsec).

Peso atomico: rapporto tra il peso medio di un atomo e quello di 1/12 dell’atomo di C¹², che è adottato come unità. È pari al nu­mero di massa atomica, una volta detratto il contributo degli elettroni e il difetto di massa.

Polimerasi: enzima che aggiunge nuove parti a una catena di macromolecole, fa­ci­litandone la formazione (catalisi). Per esempio, la DNA polimerasi, che catalizza la duplicazione del DNA.

Pressione: forza per unità di superficie che viene esercitata su un oggetto. In un gas essa dipende dagli urti delle particelle del gas ed è legata direttamente alla temperatura: più alta è la temperatura, maggiore sarà la pressione. Sulla Terra a livello del mare, dove l’atmosfera raggiunge la sua maggiore densità, circa 1,225 kg m^–3, è concentrato un numero incredibilmente elevato di particelle d’aria, cir­ca 2,6 10²⁵ ogni metro cubo. Queste particelle, alla temperatura me­dia di 15 °C, si muovono a velocità di quasi 500 m/s (= 1800 km/h) e producono una pressione di 101,3 kPa (kiloPascal). Questa pressione viene detta anche 1 atmosfera (1 atm) e corrisponde a poco meno di 100 bar. Negli oceani, la pressione aumenta di una atmosfera ogni dieci metri di profondità. Nell’alta atmosfera, a circa 100 km di quota, la pressione scende a meno di 10–12 atmosfere (10^–7 Pascal), diminuendo progressivamente nello spazio interplanetario, dove anche le densità crollano fino a 5 10⁶ particelle m^–3.

Procarioti: vedi cellula.

Proteine: polimeri costituiti da amminoacidi, per cui ogni singola proteina ha una determinata sequenza di amminoacidi che conferisce alla molecola le sue proprietà esclusive. Le proteine svolgono numerose e importantissime funzioni: determinano molto di ciò che entra ed esce in una cellula, regolano l’espressione dei geni, formano i meccanismi per i movimenti biologici come le contrazioni muscolari. Esse costituiscono il principale componente strutturale dei peli, dei capelli, delle penne, delle unghie, della cute, dei legamenti, dei tendini ecc. Svol­gono anche la funzione di enzimi, cioè di mediatori delle reazioni metaboliche. Se si estraesse tutta l’acqua da un organismo, più della metà del residuo secco sarebbe costituito da proteine. Si stima che la cellula tipica di un mammifero ne contenga almeno 10 000 tipi differenti. Le proprietà delle proteine non dipendono solo dalla catena di amminoacidi che le compongono, ma anche dalla loro struttura nello spazio, come descritto nel Capitolo 2 del libro.

Quanti: nella fisica classica, è possibile pensare a una luce di intensità sempre più fioca fino a raggiungere valori nulli. In realtà, ogni radiazione di una certa frequenza trasporta con sé energie che sono multipli di una grandezza sotto la quale non si può scendere. Questo fenomeno è alla base di quella parte della fisica che è la Fisica Quantistica. La quantità più piccola di energia scambiabile è detta quanto e si basa come unità di misura sulla costante h, detta costante di Planck. Questo ci indica che il comportamento microscopico dell’energia è quantizzato, cioè non può assumere qualsiasi valore, ma solo valori precisi, multipli di h. L’energia trasportata da una radiazione di frequenza ν è pari a E = h ν. Per avere un’idea di quanto piccola sia questa quantità di energia, consideriamo che un fotone di luce visibile trasporta 3,6 10^–19 J. Allora per e­­mettere la stessa potenza (cioè energia al secondo) di una lampadina da 100 W occorrono circa 10²⁰ fotoni!

Relazione massa-energia: nella teoria della relatività ristretta, massa ed energia corrispondono a due quantità equivalenti tra di loro: per esempio, posso descrivere una particella come un protone in termini di massa oppure di energia che può essere liberata con la sua completa disintegrazione (annichilazione). Proprio come se trattassimo di lire o di euro, la massa fisica in kg di un corpo può essere convertita in misure di energia come J o eV. Questa non è semplicemente una convenzione: aggiungere energia a un oggetto, per esempio dandogli velocità (energia cinetica) è equivalente a fornirgli una massa maggiore. Secondo la relatività, far raggiungere a un corpo la velocità della luce corrisponderebbe ad aumentare la sua massa facendola tendere all’infinito. In altri termini, per arrivare ad accelerare una particella dotata di massa alla velocità della luce occorrerebbe un’energia infinita, e per questo la velocità della luce nel vuoto c non può essere mai superata, poiché nell’universo non vi è un’energia infinita a disposizione. Per un corpo immobile rispetto a chi lo osserva, la formula che esprime l’equivalenza tra la massa m e l’energia E di un corpo può essere scritta come E = mc². Questa energia di un corpo in quiete è immensa: un chilogrammo di materia ha un’energia corrispondente a 25 mila miliardi di wattora (25 TWh)! La relazione tra massa ed energia assumerà un ruolo importantissimo quando gli oggetti considerati saranno le particelle (per esempio protoni o neutroni) legate in un nucleo atomico, a causa del difetto di massa.

Ribosomi: complessi di rRNA (RNA ribosomiale) e proteine che si trovano nelle cellule eucarioti e sono la sede della sintesi di proteine. Possono trovarsi liberi nel citoplasma, nel reticolo endoplasmatico o nei mitocondri. La loro dimensione è di circa 25 nm.

Righe spettrali: emissioni o assorbimenti di energia che appaiono a una pre­cisa frequenza nello spettro della radiazione elettromagnetica. Essi corrispondono a variazioni di energia di atomi o molecole che vengono trasmessi nello spazio sotto forma di onde elettromagnetiche. Le variazioni di energia ΔE producono una frequenza ν data dalla relazione ΔE = hν, in cui h è la costante di Planck. La radiazione che viene emessa appare luminosa negli spettri producendo righe di emissione. La radiazione che invece viene assorbita mostrerà una mancanza di energia in corrispondenza delle frequenze caratteristiche della sostanza che assorbe (righe di assorbimento). L’analisi delle righe spettrali permette di dedurre le sostanze che emettono o assorbono la luce, la loro quantità e il loro movimento rispetto a chi osserva.

RNA: acido ribonucleico (acronimo di Ribo-Nucleic Acid), macromolecola costituita da una lunga catena (filamento) avvolta a elica. Si trova nel nucleo e nel ci­to­plasma delle cellule; svolge un ruolo importante nella sintesi delle proteine e nelle attività chimiche cellulari. La sua struttura è composta da quattro nu­cleo­tidi legati tra loro che contengono le basi azo­tate: adenina (A), guanina (G), citosina (C) e uracile (U). Esistono diversi tipi di RNA, come l’RNA mes­sag­ge­ro, l’RNA di trasferimento, l’RNA ribosomiale e altri, che svolgono ognuno una differente funzione.

Secondo d’arco: unità di misura degli angoli, indicata con il simbolo ”, sot­to­multiplo dei gradi. 1” (secondo d’arco) è 1/60 di 1’ (primo) e 1/3600 di 1° (grado) .

Sostanza inorganica: sostanza formata da atomi e ioni che non derivano da processi di organismi viventi, non sono formate esclusivamente da carbonio e idrogeno (idrocarburi) o non sono in generale sostanze organiche. Sostanze inorganiche sono per esempio il cloruro di sodio (NaCl), il carbonato di calcio (CaCO₃) e l’a­nidride carbonica (CO₂).

Sostanza organica: sostanza basata su composti di carbonio. La maggior parte delle reazioni chimiche che avviene negli organismi viventi riguarda molecole organiche, dai semplici idrocarburi come il metano (CH₄) alle complicate molecole degli anticorpi. Le sostanze prodotte dalle cellule viventi sono dette composti biochimici, per distinguerle da quelle che vengono sintetizzate oggi dai chimici organici.

Spettro: la scomposizione della radiazione elettromagnetica nelle sue frequenze (o lunghezze d’onda). Nel caso della luce visibile, lo spettro appare all’occhio come un arcobaleno e le diverse frequenze producono un colore, dal rosso al violetto.

Steroidi: molecole costituite intorno a una struttura comune a 4 cicli o anelli (struttura policiclica), a cui sono attaccati diversi altri atomi o gruppi di atomi che li caratterizzano. Uno dei più comuni steroidi è il colesterolo, un componente delle membrane cellulari animali e un precursore per la sintesi di numerosi ormoni, tra cui il testosterone e gli estrogeni, ovvero quei messaggeri chimici inviati da una parte dell’organismo ad altre per coordinare e regolare molte funzioni e processi.

Timina: una delle basi azotate, è una pirimidina indicata con T e con formula C₅H₆N₂O₂. Si trova solo nel DNA e si accoppia con l’adenina.

Tipi spettrali: parametri di classificazione delle stelle in base alla loro temperatura. La classificazione standard è data da una lettera seguita da un numero da 0 a 9. La sequenza di lettere è O, B, A, F, G, K, M. Per esempio, nella sequenza a un tipo spettrale A9 seguono i tipi spettrali B0, B1, B2 ecc.

Trasporto del calore: passaggio di energia termica da un punto all’altro dello spazio. Esso può avvenire in una sostanza per conduzione,  convezione o irrag­giamento. Nello spazio vuoto o nelle sostanze a bassa densità l’energia si trasmette esclusivamente o prevalentemente per irraggiamento.

Uracile: una delle basi azotate, è una pirimidina indicata con U e con formula C₄H₄N₂O₂. Si trova solo nell’RNA e può formare un legame con l’adenina.

Zuccheri: gruppo di molecole dette anche saccaridi. I singoli zuccheri sono detti monosaccaridi o zuccheri semplici e la loro formula generale è (CH₂O)_n. Tra di essi vi sono il glucosio, il fruttosio, presente nella frutta, il ribosio che si trova nell’acido ribonucleico (RNA). Lo zucchero è denominato pentoso se vi sono 5 atomi di carbonio, esoso se ve ne sono 6 ecc.    I monosaccaridi possono essere legati tra loro per formare una nuova molecola costituita da due unità di zucchero cioè un disaccaride. Per e­sempio il lattosio, presente nel latte, costituito da glucosio e galattosio op­pure il saccarosio, il co­mune zucchero da tavola, costituito da glucosio e fruttosio. Quest’ultimo è la com­ponente principale della linfa delle piante e trasporta energia da una parte della pianta a un’altra. Quando tanti singoli zuccheri si legano insieme in una lunga catena si ha un polisaccaride. Per esempio il glicogeno, formato in­te­ramente da molecole di glucosio; quasi tutti gli animali depositano la loro ener­gia chimica in eccesso sotto forma di glico­geno. Un altro polimero del glucosio è l’amido, che nelle piante ha la stessa funzione del glicogeno negli a­ni­mali e cioè di riserva energetica; le patate e i cereali, per esempio, sono co­stituiti principalmente da amido. Altri polisaccaridi svolgono invece una funzione strutturale e tra i più importanti troviamo la chitina e la cellulosa. Que­st’ultima è il più abbondante polisaccaride sulla Terra, poiché forma le robuste pareti cel­lulari di ogni cellula vegetale. La chitina è un polisaccaride azotato ed è un importante costituente del rivestimento esterno di ragni, crostacei e insetti.