Acqua: Struttura e Funzione PDF

Docente Sara Baldelli Lezione Acqua: struttura e funzione  Sara Baldelli Acqua: aspetti generali In Biochimica l’Acqua è estremamente importante perché: La struttura e funzione delle m...

Docente Sara Baldelli Lezione Acqua: struttura e funzione  Sara Baldelli Acqua: aspetti generali In Biochimica l’Acqua è estremamente importante perché: La struttura e funzione delle molecole biologiche dipende dalle proprietà chimiche e fisiche dell’acqua da cui sono circondate Il trasporto dentro e fuori la cellula dei prodotti e reagenti delle reazioni metaboliche dipende dall’acqua La reattività di molti gruppi funzionali di molte molecole biologiche dipende dalle concentrazioni relative degli ioni H30+ e OH- L’acqua è il mezzo in cui avviene il trasferimento dell’energia chimica Acqua: struttura e funzione 2 di 32  Sara Baldelli Gli elementi e i composti Gli ELEMENTI sono sostanze che non possono essere scomposte ulteriormente; i più abbondanti negli esseri viventi sono il carbonio (C), l’idrogeno (H), l’ossigeno (O) e l’azoto (N) I COMPOSTI sono invece sostanze formate da più elementi, tenuti insieme da legami chimici; possono essere scomposti negli elementi che li formano attraverso reazioni chimiche. Il composto più abbondante negli esseri viventi è l’acqua, poi abbiamo le proteine, i lipidi, i carboidrati e gli acidi nucleici. Acqua: struttura e funzione 3 di 32  Sara Baldelli Nell’acqua e i sistemi viventi Trattandosi del composto più abbondante nelle cellule, l’acqua svolge numerose funzioni: funzione solvente: l’interno delle cellule è costituito prevalentemente da acqua, che contiene disciolte numerose sostanze; si può comportare da reagente, prendendo parte ad alcune reazioni (p.es la fotosintesi); Acqua: struttura e funzione 4 di 32  Sara Baldelli Nell’acqua e i sistemi viventi funzione termoregolatoria: l’evaporazione permette mantenere sotto controllo la temperatura degli organismi; funzione di trasporto: spostandosi negli spazio tra le cellule distribuisce sostanze nutrienti e rimuove quelle di scarto. Acqua: struttura e funzione 5 di 32  Sara Baldelli Acqua: struttura Ogni molecola d’acqua è formata da un atomo di ossigeno che forma due legami covalenti (condividendo elettroni) con due atomi di idrogeno (H2O). La molecola dell’acqua è polare poiché in corrispondenza dell’ossigeno è presente una parziale carica negativa, in corrispondenza dell’idrogeno una parziale carica positiva. Se due molecole d’acqua si avvicinano, la parte negativa di una delle due è attratta da quella positiva dell’altra: si forma in questo modo un legame a idrogeno. Acqua: struttura e funzione 6 di 32  Sara Baldelli Acqua: Molecola polare La presenza di cariche parziali positive sugli atomi di idrogeno e negative sull’ossigeno fa sì che le molecole si orientino in modo da rendere più efficaci le attrazioni elettrostatiche. Quando le molecole d’acqua sono sufficientemente vicine, tra esse si origina un legame a idrogeno. Acqua: struttura e funzione 7 di 32  Sara Baldelli Legame idrogeno I legami idrogeno sono quelli che legano le molecole d'acqua insieme e sono legami tra zone debolmente negative e debolmente positive, non avvengono necessariamente tra molecole d'idrogeno e sono estremamente facili da spezzare, infatti un legame idrogeno dura un centomiliardesimo di secondo. Acqua: struttura e funzione 8 di 32  Sara Baldelli Legame idrogeno δ- Gli atomi di H di una molecola O vengono attirati da un atomo O di H H δ+ un’altra molecola. H δ - δ- O O H -Il legame a idrogeno è debole, δ+ H H δ+ si forma e si scinde in continuazione eliquido -per scindere i legami a idrogeno occorre fornire energia -le molecole si agitano e vapore -quando il vapore condensa, si libera l’energia ecalore latente Acqua: struttura e funzione 9 di 32  Sara Baldelli Acqua: aspetti generali Sulla terra l’acqua (è l’unica sostanza) si può trovare sia allo stato solido sia allo stato liquido che aeriforme. Vista la particolare importanza e diffusione dell’acqua, le sue proprietà chimico fisiche sono state oggetto di approfondite indagini sperimentali basti pensare che la maggior parte dei composti presenti nelle nostre cellule sono in soluzione acquosa. Acqua: struttura e funzione 10 di 32  Sara Baldelli Le forme dell’acqua sulla terra Gli stati fisici dipendono dall’energia cinetica delle molecole di acqua: bassa nel ghiaccio, media nell’acqua liquida, alta nel vapore L’acqua si trova nei 3 stati fisici Liquida -mari, fiumi, laghi, falde sotterranee- Gassosa o vapor d’acqua – atmosfera- Solida o ghiaccio –ghiacciai, banchisa polare, iceberg- Acqua: struttura e funzione 11 di 32  Sara Baldelli Acqua: proprietà A causa della formazione dei legami a idrogeno, l’acqua presenta alcune proprietà caratteristiche: Tensione superficiale: è la formazione di una "pellicola" dovuta ai legami tra le molecole; i saponi (tensioattivi) sono in grado di rompere questa pellicola. Capillarità: capacità di risalire attraverso spazi sottili, dovuta ai legami tra l'acqua e le superfici con cui viene a contatto. Acqua: struttura e funzione 12 di 32  Sara Baldelli Acqua: proprietà Calore specifico: è la quantità di energia (calore) da fornire ad una sostanza per far variare la sua temperatura di 1 °C; nel caso dell'acqua, i legami a idrogeno limitano i movimenti delle particelle e di conseguenza l'aumento della temperatura. Densità: è il rapporto tra massa e volume; nel ghiaccio per formare i legami a idrogeno le molecole si devono allontanare, occupando più spazio (volume) a parità di massa. Acqua: struttura e funzione 13 di 32  Sara Baldelli Acqua: proprietà fisiche La presenza del legame a idrogeno influenza fortemente le caratteristiche dell’acqua allo stato solido e allo stato liquido. Allo stato solido le molecole occupano posizioni geometriche molto precise, in un’impalcatura tridimensionale stabile chiamata reticolo cristallino. La disposizione delle molecole dell’acqua allo stato liquido è altamente disordinata. Acqua: struttura e funzione 14 di 32  Sara Baldelli Acqua: proprietà fisiche La densità dell’acqua aumenta al diminuire della temperatura fino a circa 4 ° C. A questo valore l’acqua è allo stato liquido e ha la sua massima densità (1 g/cm3). L’acqua allo stato solido occupa un volume maggiore di quando si trova allo stato liquido e ha una minore densità. L’acqua permane allo stato liquido da 0 ° C a 100 ° C. L’acqua ha un elevato calore specifico: 4,18 J/(g · ° C). Acqua: struttura e funzione 15 di 32  Sara Baldelli Acqua: il potere solvente Un miscuglio omogeneo liquido è detto soluzione; il componente più abbondante è il solvente, quello meno abbondante è il soluto. L'acqua è in grado di dissolvere un gran numero di sostanze, dette per questo idrofile; quelle che non si sciolgono sono invece dette idrofobe Acqua: struttura e funzione 16 di 32  Sara Baldelli Acqua: il potere solvente Sono solubili in acqua le sostanze formate da molecole polari (con una carica parziale sulla loro superficie, p.e. il saccarosio o l'alcol etilico) o ioniche (costituite da ioni, ossia atomi carichi, p.e. il cloruro di sodio) Sono insolubili le sostanze apolari, ossia prive di cariche (p.e. l'olio, così come tutti i grassi) Acqua: struttura e funzione 17 di 32  Sara Baldelli Acqua e pH Quando una sostanza si scioglie in acqua può determinare la formazione di ioni H3O+ (ioni idronio) o di ioni OH- (ioni ossidrile) Se una sostanza in acqua produce ioni H3O+ è un acido e la soluzione che produce è acida Se una sostanza in acqua produce ioni OH è una base e la soluzione che produce è basica Acqua: struttura e funzione 18 di 32  Sara Baldelli Acqua e pH L'acidità di una soluzione si indica sulla scala del pH, che va da 0 a 14 Una soluzione con pH tra 0 e 6,99 è acida Una soluzione con pH da 7,01 a 14 è basica Una soluzione con pH=7 è neutra Ogni grado della scala di pH indica un'acidità 10 volte maggiore del grado precedente. Acqua: struttura e funzione 19 di 32  Sara Baldelli Acqua e pH Nell'acqua, vi è sempre una piccolissima parte di molecole dissociate in uno ione idrogeno o protone H+ e uno ione idrossido OH-. Nell'acqua pura, il numero di ioni idrogeno è uguale al numero di ioni ossidrile, e l'acqua pura è dunque neutra. Acqua: struttura e funzione 20 di 32  Sara Baldelli Acqua e pH Si definisce neutra qualunque soluzione acquosa che contenga un'uguale concentrazione di ioni negativi (OH-) e di ioni positivi (H+); Si definisce acida la soluzione in cui prevalgono ioni H+ (e acidi sono i composti che in acqua liberano ioni H+); Si definisce basica la soluzione in cui prevalgono ioni OH-(e basi o idrossidi sono i composti che in acqua liberano ioni OH-). Acqua: struttura e funzione 21 di 32  Sara Baldelli Acqua e pH L'acidità (o la basicità) di una soluzione dipende dalla quantità di ioni H+ (o di ioni OH) presenti. Per poterla misurare, i chimici fanno riferimento alla scala del pH, divisa in 14 gradi: a metà della scala, il valore 7 (pH= 7) significa che nella soluzione vi è un ugual numero di ioni H+ e OH-, cioè la soluzione è neutra; i valori inferiori indicano che la soluzione è acida, i valori superiori che la soluzione è basica. Acqua: struttura e funzione 22 di 32  Sara Baldelli Contenuto di acqua nei tessuti L’acqua è il componente più abbondante, seguito da proteine, lipidi, acidi nucleici, carboidrati e minerali. Le singole cellule, i tessuti del parenchima e il tessuto muscolare hanno una elevata analogia composizionale con l’acqua che costituisce il 68-74% del peso fresco. Acqua: struttura e funzione 23 di 32  Sara Baldelli Contenuto di acqua nei tessuti Il t.adiposo ha il più basso contenuto di acqua (10- 12%) e il più elevato contenuto di lipidi (70-82%) in quanto addetto appunto al deposito di trigliceridi. Il t.nervoso è il più ricco di acqua (75-78%) ed ha pure un elevato contenuto lipidico (10-15%), in particolare fosfolipidi e glicolipidi. Il t.osseo contiene il 30% di acqua e il 60% di minerali Acqua: struttura e funzione 24 di 32  Sara Baldelli Contenuto di acqua nei tessuti Il contenuto di acqua negli organi e tessuti di soggetti in età infantile è più elevato (fino al 20% in più) che nell’adulto. L’acqua in soggetti adulti, è distribuita per circa il 65% intracellularmente e per il 35% extracellularmente ed il rimanente come acqua dei tessuti di sostegno. Acqua: struttura e funzione 25 di 32  Sara Baldelli Contenuto di acqua nei tessuti Maggiore è lo sviluppo del tessuto muscolare maggiore è pure il contenuto di acqua. Al contrario maggiore è lo sviluppo del tessuto adiposo, minore è il contenuto di acqua Acqua: struttura e funzione 26 di 32  Sara Baldelli Introito ed escrezione Introduzione v bevande 1 - 1,5 litri Escrezione v alimenti 1 litro vurine 1- 1,5 litri vsudore 400 - 600 ml vrespirazione 400 ml vfeci 100 - 200 ml Acqua: struttura e funzione 27 di 32  Sara Baldelli Acqua: funzioni Bere in maniera adeguata: favorisce l'eliminazione delle sostanze di rifiuto dall'organismo in quanto aumenta l'escrezione di urina e sudore. Acqua: struttura e funzione 28 di 32  Sara Baldelli Acqua: funzioni Favorisce lo sviluppo muscolare in soggetti che praticano attività fisica in quanto: a) il 75% della massa muscolare è costituita da acqua; b) l'acqua antagonizza gli effetti catabolici del cortisolo. Acqua: struttura e funzione 29 di 32  Sara Baldelli Acqua: funzioni Se l'attività fisica è prolungata le ghiandole surrenali aumentano la produzione di cortisolo. Il cortisolo è un ormone che ha un effetto catabolico sul tessuto muscolare, cioè tende a "disgregarlo" per produrre energia. L'acqua contrasta tale attività catabolica. Acqua: struttura e funzione 30 di 32  Sara Baldelli Acqua: funzioni Ha un effetto "estetico" in quanto l'acqua conferisce forma e rigidità ai tessuti. Consente di mantenere adeguatamente umide le superfici di: naso, occhi, orecchie. Favorisce una adeguata lubrificazione delle articolazioni tramite la produzione di liquido sinoviale Acqua: struttura e funzione 31 di 32  Sara Baldelli Conclusioni In questa lezione abbiamo trattato di: Aspetti generali dell’acqua; Elementi e composti; Struttura chimica; legami idrogeno; proprietà chimiche e fisiche dell’acqua; le forme dell’acqua; pH; contenuto di acqua nei vari tessuti; quanto è importante bere? Acqua: struttura e funzione 32 di 32