L'AIGUA (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Barcelona (UB)
Grado Enfermería - 1º curso
Asignatura Bioquímica
Año del apunte 2016
Páginas 9
Fecha de subida 21/03/2016 (Actualizado: 21/03/2016)
Descargas 30
Subido por

Vista previa del texto

BIOQUÍMICA | Mireia Roca-Terry Aragüés L’AIGUA Un medi fluid líquid és imprescindible per a qualsevol forma de vida. A diferencia d’un sòlid i d’un gas, el líquid ofereix la suficient mobilitat de les molècules i les suficients possibilitats de contacte com per a que els xocs i els intercanvis siguin freqüents.
En el nostre planeta aquest líquid és l’aigua, que a diferencia d’altres molècules petites existents, es manté líquida entre 0ºC i 100 ºC (el borà (B2H6) és líquid entre -165 ºC i -93 ºC, el metà (CH4) és líquid entre -182 ºC i -160 ºC, temperatures massa baixes per permetre cinètiques de reaccions compatibles amb la vida, l’amoníac (NH3) és líquid entre -78 ºC i -33 ºC i el fluorur d’hidrogen (HF) és líquid entre -83 ºC i 20 ºC).
L’AIGUA ALS ÉSSERS HUMANS: L’ésser humà és aigua en un 60%, variant lleugerament en funció de l’edat i el sexe: 75% en el nado, 60% en adult home, 50% en dona adulta i de 45 a 50% en les persones grans d’ambdós sexes. En un home de 70 Kg el 60% d’aigua correspon a uns 42L dels quals uns 28 són aigua intracel·lular i la resta extracel·lular, amb uns 5,5 litres a la sang aprox.
A aquesta graella que trobem tot seguit, podem veure la distribució de l’aigua en els éssers humans. A mesura que ens fem grans, la concentració d’aigua va disminuint.
Els fàrmacs s’administren segons el pes. En altres termes, tants fàrmacs per tants kg de pes.
Per tant, la concentració d’un fàrmac en sang no serà la mateixa en un home que en una dona, que en les persones grans, sinó que serà superior. (Concepte important).
L’alcohol o els fàrmacs hidròfobs, com els anestèsics, difonen a través de les membranes cel·lulars de manera que tendeixen a distribuir-se en tots els líquids orgànics. Tenint en compta aquest fet: Qui dels següents humans creus que presentarà concentracions superiors del fàrmac o de l’alcohol (la dosi administrada és proporcional al pes de l’individu)? - Un adult home de 30 anys.
Un adult home de 70 anys.
Un bebè de 12 mesos.
Una dona adulta de 30 anys.
BIOQUÍMICA | Mireia Roca-Terry Aragüés L’AIGUA SEGONS ELS TEIXITS: Distribució de l’aigua per pes corporal dels diferents teixits. (No és important aprendre les xifres de memòria). El què és important d’aquesta taula és veure quin teixit té més aigua.
Com t’expliques la diferencia de proporció d’aigua en el cos de dones i homes del mateix pes? - Els homes proporcionalment tenen més teixit muscular que és ric en aigua.
- Les dones tenen més proporció de teixit adipós que és pobre en aigua.
- Els homes tenen les vísceres internes més grans.
- Les dones tenen menys teixit ossi.
ESTRUCTURA MOLECULAR DE L’AIGUA: La molècula d’aigua té un àtom d’oxigen i dos d’hidrogen. Forma una estructura tetraèdrica.
Ara bé, la peculiaritat que té és que l’oxigen, un element molt electronegatiu, té la propensió d’atraure tots els electrons cap al seu nucli. El que succeeix és que l’oxigen augmenta la densitat electrònica en una zona de la molècula d’aigua i l’hidrogen, per contra, afavorirà que tinguem un increment de densitat positiva. Per ser més clars, l’aigua és una molècula polar perquè té una diferent distribució de càrrega(Concepte important).
Aquesta estructura molecular “irregularment tetraèdrica” de l’aigua, juntament amb la major electronegativitat de l'oxigen (3,5) que la de l'hidrogen (2,1), determina que l’aigua, tot i ser elèctricament neutra, té una major densitat electrònica (càrrega negativa) damunt l'àtom d'O i un cert buit electrònic (càrrega positiva) damunt dels àtoms d'H. Aquesta distribució desigual de càrrega dins la molècula es coneix com a dipol, molècula dipolar o simplement polar i és responsable de les meravelloses i vitals propietats “anòmales” de l’aigua.
No obstant, aquesta càrrega no és neta, és a dir, no és que tingui més o menys electrons, sinó que té diferents distribucions de càrregues. Aquesta polaritat farà que l’aigua estructuri xarxes entre les diferents molècules d’aigua. Per aquest motiu, a la nostra temperatura l’aigua és líquidaà Interaccions electrostàtiques.
BIOQUÍMICA | Mireia Roca-Terry Aragüés La diferència electrostàtica contribueix a que es formin els ‘’ponts d’hidrogen’’. Aquests, tenen l’energia necessària per a trencar un enllaç covalent. Com a recordatori, l’enllaç covalent és aquell en que els electrons es comparteixen, no pertanyen a cap element en concret. La finalitat és obtenir l’equilibri dels electrons.
Ens constaria uns 493,4 Kj trencar un enllaç covalent, per contra el pont d’hidrogen ens costaria uns 5,25KJ. Això té importància perquè gràcies al pont d’hidrogen tenim aigua líquida i participa en la formació estructural de les proteïnes.
Els ponts d’hidrogen es poden formar sempre que tinguem hidrogen i elements molt electronegatius com el nitrogen i l’oxigen pròpiament. ( Concepte important).
Per tant entre 0 i 100ºC, les molècules d’aigua van establint atraccions polars entre elles, que es fan i es trenquen i es tornen a formar, per la mateixa energia cinètica de les molècules.
Aquestes interaccions polars entre el oxigen (pol negatiu) d’una molècula d’aigua i el H (pol positiu) d’una altra es denominen ponts de hidrogen, tenen una distància que varia amb la temperatura de l’aigua.
A diferència de l'enllaç covalent que és de 493,4 KJ/mol i 0,94 Å, els ponts de hidrogen tenen una energia unes 100 vegades menor i una distància aprox. de 1,77Å.
Així doncs, l'estructura molecular de l'aigua en estat líquid és el de un conjunt de molècules interaccionant per ponts de hidrogen entre elles amb una energia cinètica (translacional + rotacional i vibracional) que augmenta amb la Tª, fins que, per sobre de 100ºC els xocs entre molècules són tals que es produeix el pas de líquid a vapor.
BIOQUÍMICA | Mireia Roca-Terry Aragüés Els grups funcionals són estructures que formen part de les molècules orgàniques que confereixen la possibilitat de que siguin més polars, es puguin dissoldre millor i que es puguin relacionar millor amb altres molècules. (Repassar els diferents grups funcionals).
Propietats de l’aigua: 1) Tensió superficial o propietat subjacent: Elevada cohesió de l’aigua degut als ponts d’hidrogen. No es pot comprimir.
2) Capil·laritat o propietat d’adhesió de l’aigua: Quan l’aigua entra dins un capil·lar molt fi, aquesta tendeix a pujar cap a la superfície. Gràcies a això la sang perfundeix millor a través dels capil·lars.
3) Calor específic: És la quantitat d’energia que hem de donar a un gram d’un medi perquè aquest pugi un grau centígrad. En el cas de l’aigua és 1kcal/g i per grau.
4) Calor latent : Energia que hem d’administrar a una grau d’una determinada substància perquè canviï el seu estat. En el cas de l’aigua, el calor latent de fusió es 80 i el de vaporització és de 327. Això és un clàssic exemple de per què quan sortim de la dutxa tenim una sensació intensa de fred.
5) Densitat del gel: Propietat rara. La seva màxima densitat de l’aigua s’aconsegueix a 4 graus centígrads. Aquest és el fet pel qual en llacs gelats tenim una capa de gel al superior però per sota hi ha vida.
6) Dissolvent: Propietat fonamental. Molt bon dissolvent que es confereix gràcies a l’elevada constant dielèctrica(capacitat que té un medi per incrementar disminuir les interaccions electrostàtiques en algun objecte que esta en aquell medi). En definitiva, la capacitat que té el medi per incrementar o disminuir que els àtoms es trobin junts o separatsà Interacció electrostàtica.
BIOQUÍMICA | Mireia Roca-Terry Aragüés L’AIGUA COM A DISSOLVENT: Es considera que un medi té una elevada constant dielèctrica si aquest té una constant dielèctrica superior a 1. Amb tot això i sabent que la constant dielèctrica de l’aigua és de 78,5 entenem que és un excel·lent dissolvent.
La solubilitat de l'aire en l'aigua és funció també de la P de l'aire, de manera que a major pressió es pot dissoldre més aire.
En el busseig amb botelles, la P de l'aire en les botelles i per tant en els pulmons augmenta i els teixits s'han d'adaptar a una major quantitat d'aire dissolt. Una disminució ràpida de la pressió fa disminuir la solubilitat dels gasos inerts, especialment el N2 i l'Ar, que formen bombolles de gas, si no es produeix bé la descompressió, aquestes bombolles poden obstruir els vasos terminals, produir isquèmia i aturada respiratòria.
L’O2 i el CO2 tenen solubilitats majors i es poden adaptar. Les bombones dels bussejadors duen N2 i He. Així, la immersió amb botelles ha de ser prou lenta com per a que els teixits es saturin i després la descompressió també ha de ser gradual per evitar la formació de bombolles.
INTERACCIONS HIDROFÒBIQUES DELS COMPOSTOS APOLARS: Les interaccions polars entre les molècules d'aigua també són responsables de l'aparició de les forces o interaccions hidrofòbiques entre molècules apolars: l’aigua obliga a les molècules apolars (com les grasses) a acostar-se i relacionar-se entre elles per a minimitzar l'efecte de la repulsió que exerceixen les molècules d'aigua.
Aquestes forces hidrofòbiques es donen també en l'interior d'una macromolècula, de manera que les seves parts més hidrofòbiques es repleguen cap endins i les parts més hidròfiles queden a la superfície en contacte amb l'aigua. En l'estructura terciària d'una proteïna, les interaccions hidrofòbiques juguen un paper fonamental.
Des del punt de vista biològic, són molt interessants els compostos que tenen una part polar hidròfila, que pot interaccionar amb l'aigua, i una part apolar, hidrofòbica, subjecta a interaccions hidrofòbiques, aquests compostos es diuen amfipolars o amfipàtics. En la superfície de l'aigua formaran monocapes. I en el sí de l’aigua fan micel·les o liposomes, depenen de la mida dels compost BIOQUÍMICA | Mireia Roca-Terry Aragüés Els compostos amfipolars són tensioactius (disminueixen la tensió superficial de l'aigua, es a dir disminueixen les interaccions polars entre les molècules d’aigua), un exemple fisiològic és el tensioactiu o SURFACTANT PULMONAR ( Síndrome de distrès respiratori en pre.maturs).
Els fosfolípids tenen una part hidròfila i una hidròfoba.
PROPIETATS COL·LIGATIVES DE LES SOLUCIONS AQUOSES: Les propietats col·ligatives de les solucions aquoses depenen exclusivament del solut que tinguem en el medi. Independentment de les propietats del solut, el que determinarà aquestes propietats serà la concentració que tinguem.
Per exemple, si afegim algun solut a l’aigua, aleshores la seva pressió d’evaporació baixarà, s’incrementarà la temperatura d’ebullició, disminuirà la temperatura de congelació i sobretot, apareix una nova propietatà La pressió osmòtica.
La pressió osmòtica es produeix quan hi ha el contacte de dues solucions amb diferents concentracions que estan separades per una membrana semipermeable(deixa passar el líquid però no els soluts). Cal dir que sempre hi ha una direcció de pas del líquid, sempre anirà de la solució hipotònica( -solut) a la hipertònica(+solut), de manera que s’igualaran les concentracions. Obtindrem, doncs, una solució isotònica.
Aquesta pressió es mesura en milosmols.
Tipus de membranes: • impermeables: no permeten el pas ni de soluts ni del dissolvent d’una dissolució • semipermeables: no permeten el pas dels soluts vertaders, però sí de l’aigua • dialítiques: permeables a l’aigua i soluts vertaders, però no als soluts col·loïdals • permeables: permeten el pas del dissolvent i de soluts col·loïdals i vertaders; són impermeables a a partícules grolleres La osmolaritat d'una solució és una mesura de la concentració de tots els soluts (electròlits, molècules i macromolècules) responsables de la pressió osmòtica. La dels fluids fisiològics és BIOQUÍMICA | Mireia Roca-Terry Aragüés de 0,281 Osm o 281 mOsm, que equival a la osmolaritat d'una solució 0,9% de NaCl, que és el que sovint es considera com a sèrum fisiològic salí.
Com que les membranes plasmàtiques són semipermeables, una cèl·lula immersa en una solució hipotònica (inferior a 281 mOsm) s'inflarà per entrada d'aigua extracel·lular.
Si la solució que banya la cèl.lula és molt hipotònica (per exemple aigua destil·lada), l'entrada d'aigua extracel.lular pot ser tal que trenqui les membranes i provoqui la lisi cel·lular.
En canvi, una solució per sobre de 281 mOsm (hipertònica) extraurà aigua de la cèl·lula, sempre per tal d'igualar la concentració extra e intra cel·lular, la cèl·lula s'encongirà.
Això, en el laboratori, pot anar bé en petita mesura per preservar un cultiu cel·lular o per evitar la lisi de cèl·lules en suspensió.
Si la hipertonicitat de la solució que banya les cèl·lules és molt elevada, aquestes es deshidraten i ja no es recuperen. Per això els aliments es poden conservar en sal, perquè és una manera de deshidratar els teixits i els microorganismes que els podrien malmetre, per cuinar-los naturalment s'ha d'eliminar la sal amb aigua, de manera que es garanteixi novament la seva hidratació.
L'osmolaritat és la mesura de la concentració d'una dissolució aquosa osmòticament activa, expressada en mols de partícules per litre de dissolució. En substàncies no electrolítiques equival a la molaritat, però en els electròlits hom obté el valor de l'osmolaritat multiplicant la molaritat pel nombre de ions que es formen en IONITZACIÓ DE L’AIGUA PURA: Encara que l’aigua hagi de tenir una [H+] = [OH-], el fet que a l’aigua es puguin dissoldre tot una sèrie de compostos que poden aportar H+ o OH-, fa que les concentracions d’aquests electròlits puguin ser superiors o inferiors a 10-7 M.
Compostos del tipus clorur d’hidrogen, HCl, sulfur d’hidrogen, H2S, o cianur d’hidrògen, HCN, poden dissoldre’s bé en aigua aportant protons (en realitat hidronis): HCl(g) + H2O .........
Cl-(aq) + H3O+.
BIOQUÍMICA | Mireia Roca-Terry Aragüés Els compostos HCl(g), H2S(g), HCN(g) dissolts en H2O passen de ser –urs d’hidrogen per convertir-se en àcids, clorhídric, sulfhídric, cianhídric, fent que la [H+] > 10-7 M. Compostos com la sosa càustica, NaOH, la calç viva, Ca(OH)2, en forma sòlida i corrosiva, dissolts en l’aigua augmenten la quantitat d’hidroxils: NaOH(s) + H2O ...... Na+(aq) + OH-. Fent que la [OH-] > 10-7 M.
Així sorgeix la necessitat d’introduir el concepte d’àcid, com a compost que augmenta la [H+] en l’aigua i base (o àlcali) com a compost que augmenta la [OH-] en l’aigua.
pH: El concepte de pH està estrictament lligat a la dissolució aquosa, no té sentit fora d’una solució d’aigua.
Quan diem que un compost és àcid o bàsic i aquest compost està en forma de gas o sòlid, ens estem referint a com es comportaria aquest compost un cop dissolt en aigua. Fora de l’aigua HCl és un gas, en l’aigua és l’àcid clorhídric.
Tampoc té sentit parlar de pH si la solució no és aquosa, és una situació que en un medi biològic no es dona mai.
Per a dissolucions no aquoses, s’hauria de redefinir el pH per a cada dissolvent.
El pH óptimo de la sangre humana debe ser ligeramente alcalino con un valor entre 7.35 y 7.45, pero por desgracia se estima que el 90% de los habitantes de los países supuestamente desarrollados sufren una cierta acidosis, incluyendo a los niños debido a la alimentación, los hábitos respiratorios.
BIOQUÍMICA | Mireia Roca-Terry Aragüés SISTEMES AMORTIDORS, TAMPONS O BUFFERS: ...